[发明专利]一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器的可拓展拓扑结构

说明书

一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器的可拓展拓扑结构，涉及电力系统，尤其涉及光伏发电系统。本发明解决了现有光伏系统电压等级难以进一步提升，不利于系统的提效降本的问题。本发明在通过多电平和级联的方式提高光伏逆变器的直流输入和交流输出的电压等级，减小相同功率下的输入和输出电流，降低电路和线缆上的功率损耗，提高整套光伏系统的整体发电效率。本发明的可拓展拓扑结构中，An模块、Bn模块和Cn模块组成三相电源的三角形连接，所述A0模块、B0模块和C0模块分别作为三相电源的三个输出端，A0模块和An模块之间串联Ai模块，B0模块和Bn模块之间串联Bi模块，C0模块和Cn模块之间串联Ci模块。本发明适用于光伏发电系统中。

技术领域

本发明涉及电力系统,尤其涉及到光伏发电系统。

背景技术

为了解决能源短缺的现状，实现绿色能源的发展目标，减少大气污染，实现能源发展的可持续性。光伏系统在可再生能源发电系统中是最成熟的技术之一，具有电力可扩展，安装简单，维护量少和模块化等优点。现有光伏逆变设备，直流输入电压等级在1500V以内，交流输出电压等级在800V以内，通过工频升压变压器接入电网，受制于组件耐压等级，目前光伏系统电压等级难以进一步提升，不利于系统的提效降本。传统光伏逆变器需要数量巨大的电力电子开关器件，并且每个开关器件都需要一个与之相关的门极驱动电路和保护电路，导致整个系统非常昂贵和复杂。中压直挂式光伏变流装置自适应控制，受到制造技术的限制，电压等级、功率等级要求越高，电力电子器件开关频率反而越低，为适应高压大功率场合，通常将开关管进行串并联，但这样会引发的开关管的均压等问题。若直接采用传统的两电平逆变器，则需要对逆变器进行串并联，但如何实现开关器件的同时触发、保证各逆变器所承担电流的平衡成为棘手的问题。因此探求更适合高压大功率领域应用的逆变器结构成为目前中高压光伏并网逆变器领域的主要研究内容。模块化多电平换流器通过将多个子模块进行串联，实现电压和功率的拓展，在诸多高压大功率逆变器拓扑中脱颖而出，但由于模块化多电平逆变器自身存在的均压、环流、故障容错等问题，使其控制复杂，应用并不广泛。现有专利文献CN114189168A是通过三个半桥电路的级联实现输出电压的提高，并且由于前级的多电平LLC电路和后级的级联多电平电路采用的都是半桥的形式，可以有效的降低功率器件的数量，节约光伏逆变器的成本，但是由于光伏逆变器的拓扑是已经确定的了，因为在电路中功率器件耐压等级不变的的情况下，想要继续提高电压，就只能靠修改级联电路的多电平的数量，目前采用的是三电平的形式，如果要输出更高的交流电压，那么就必须要选择5电平或者7电平的三相半桥电路进行级联，这样会使操作和控制会变的复杂。

发明内容

本发明解决了现有光伏系统电压等级难以进一步提升，不利于系统的提效降本的问题。

本发明在现有的功率器件电压等级的限制条件之下，通过多电平和级联的方式提高光伏逆变器的直流输入和交流输出的电压等级，减小相同功率下的输入和输出电流，降低电路和线缆上的功率损耗，提高整套光伏系统的整体发电效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种宽输入和高压交流输出的光伏逆变器的可拓展拓扑结构包括A0模块、B0模块、C0模块、Ai模块、An模块、Bi模块、Bn模块、Ci模块和Cn模块，i＝1、2、……、n-1；An模块、Bn模块和Cn模块组成三相电源的三角形连接，所述A0模块、B0模块和C0模块分别作为三相电源的三个输出端，其中，n-1个Ai模块串联在A相输出端的A0模块与An模块之间，所述n-1个Bi模块串联在B相输出端的B0模块与Bn模块之间，所述n-1个Ci模块串联在C相输出端的C0模块与Cn模块之间。

优选地，上述A0模块、B0模块和C0模块结构相同，所述A0模块包括3个光伏组串、3个隔离型DC/DC变换电路、级联三相逆变半桥电路和3个滤波电路，每个隔离型DC/DC变换电路串联在一个光伏组串和级联三相逆变半桥电路的一相信号输入端之间，所述级联三相逆变半桥电路的三个输出端分别与A0模块的三个输出端之间均串联连接一个滤波电路。