基於三相多分裂變壓器的chb級聯型光伏逆變電路的製作方法

2023-07-20 08:10:06 1

專利名稱：基於三相多分裂變壓器的chb級聯型光伏逆變電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種CHB級聯型光伏逆變電路，尤其涉及一種基於三相多分裂變壓器的CHB級聯型光伏逆變電路。
背景技術：
目前，大功率光伏電站運行的逆變裝置大都採用兩電平三相半橋逆變拓撲，輸出接隔離變壓器的電路結構。兩電平三相半橋逆變拓撲簡單，易於控制，但存在以下缺點1.輸出兩電平的諧波含量高，需要LC或LCL濾波器，增大了逆變裝置的體積和重量，效率比多電平逆變器低，並會出現LC諧振的現象。2.大功率光伏組件佔地面積大，採用一個MPPT控制，組件供電不匹配對系統發電效率的影響大。3.輸出功率超過500kVA時，IGBT並聯的個數較多，需解決均流、散熱等技術問題。4.太陽組件的絕緣電壓提高後，關鍵器件IGBT、母線電容的耐壓值隨之提高，導致成本大幅度提高。為解決兩電平拓撲的固有缺陷，多電平逆變器在高壓、大功率場合的應用受到了廣泛的關注，其多電平疊加的電路拓撲，有利於減少諧波含量，極大的減小了所需濾波器件的體積重量。多電平逆變器的電路拓撲可分為二極體箝位型、飛跨電容型以及具有獨立直流電壓源的CHB (Cascaded H-Bridge級聯H橋)級聯型。第三種CHB級聯型逆變拓撲不需要前兩種電路所需的箝位二極體和飛跨電容，結構簡單，易於模塊化。CHB級聯型多電平逆變拓撲可應用在大功率光伏行業，具有多路獨立MPPT算法最優化，可最大程度減小組件供電不匹配造成的影響，提高光伏電站整體的發電效率；多電平疊加拓撲及SPWM調試方式可成倍的降低系統開關頻率，使輸出諧波含量小，無需LC濾波器，消除存在於大功率光伏系統的LC諧振現象；輸出可直接接入中壓電網等優點。採用CHB級聯型多電平拓撲的光伏逆變器，在電站運行的主要局限在於太陽能組件、線纜及真空開關等器件的對地絕緣電壓為1000V，無法滿足CHB級聯型多電平光伏逆變器輸入高壓的應用條件。大幅度的提升系統絕緣等級需要的成本較高，且研發生產周期較長。為解決以上技術瓶頸，將CHB級聯型多電平逆變拓撲的優勢充分發揮出來，發明了一種採用三相多分裂變壓器的CHB級聯型光伏逆變電路。

發明內容
本發明解決的技術問題是構建一種基於三相多分裂變壓器的CHB級聯型光伏逆變電路，克服現有技術CHB級聯型多電平逆變拓撲在電站運行，光伏組件、線纜及真空開關等器件對地絕緣耐壓為1000V的技術問題。本發明的技術方案是構建一種基於三相多分裂變壓器的CHB級聯型光伏逆變電路，包括三相多分裂變壓器和多個CHB級聯型逆變單元，所述CHB級聯型逆變單元包括直流母線，所述多個CHB級聯型逆變單元的直流母線與多路獨立的光伏組件分別連接，所述每個逆變單元與的所述三相分裂變壓器之間設置濾波電感Lf，其感值較小，可由三相分裂變壓器的漏感代替，所述每個逆變單元為單相全橋電路拓撲，將獨立直流母線轉換為方波後，由濾波電感Lf將方波濾成含有諧波分量的正弦波，該正弦波接入所述三相多分裂變壓器，通過磁耦合的方式將該正弦波串聯疊加起來。本發明的進一步技術方案是:採用載波移相的SPWM調製技術將獨立直流母線轉換為方波。本發明的進一步技術方案是:所述載波移相的角度與H橋的級聯個數η有關，η個H橋的左橋臂的三角波載波依次滯後(31/η)° ,右橋臂的三角波載波應超前左橋臂180°，每相左、右橋臂採用同一正弦波進行調製，對於三相正弦，每相正弦調製波依次滯後120°。本發明的進一步技術方案是:所述三相多分裂變壓器包括鐵芯、線圈和支撐架，所述線圈為三相，每相線圈的鐵芯軸向上設有多個繞組，每個繞組中由外到內依次設有一次側線圈、二次側線圈、穩定繞組線圈，所述一次繞組與高壓控制端連接，所述二次繞組與所述逆變單元連接，所述穩定繞組為所述一次繞組和所述二次繞組提供中性點。本發明的進一步技術方案是:所述一次繞組為多層層式或餅式繞組，軸向分裂為多個部分，各部分繞組串聯連接，三相採用星形連接。本發明的進一步技術方案是:所述二次繞組為軸向分裂為多個輸入線圈。本發明的進一步技術方案是:所述穩定繞組的繞組線圈採用三角形接法。本發明的技術效果是:構建一種基於三相多分裂變壓器的CHB級聯型光伏逆變電路，包括三相多分裂變壓器和多個CHB級聯型逆變單元，所述CHB級聯型逆變單元包括直流母線，所述多個CHB級聯型逆變單元的直流母線為多路獨立的光伏組件，所述每個逆變單元與的所述三相分裂變壓器之間設置濾波電感Lf，所述每個逆變單元為單相全橋電路拓撲，將獨立直流母線的電流轉換為方波後，由濾波電感Lf將方波濾成含有諧波分量的正弦波，該正弦波接入所述三相多分裂變壓器，通過磁耦合的方式將該正弦波串聯疊加起來。本發明基於多分裂變壓器的CHB級聯型光伏逆變電路，不改變現有光伏系統器件的對地絕緣電壓，通過磁耦合將大功率CHB級聯型多電平光伏逆變器的輸出串聯起來，可實現其在光伏電站安全可靠運行。本發明低壓側繞組連接多個獨立等功率的逆變輸出，使用一個分裂變壓器比多臺普通變壓器更經濟、佔地小、維護管理也較方便。本發明降低關鍵器件的耐流值，避免了 IGBT的並聯。


圖1為本發明的結構示意圖。圖2為本發明的三相三分裂變壓器的接線原理圖。圖3為本發明的三相三分裂變壓器的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例，對本發明技術方案進一步說明。如圖1所示，本發明的具體實施方式
是:構建一種基於三相多分裂變壓器的CHB級聯型光伏逆變電路，包括三相多分裂變壓器和多個CHB級聯型逆變單元，所述CHB級聯型逆變單元包括直流母線，所述多個CHB級聯型逆變單元的直流母線為多路獨立的光伏組件，所述每個逆變單元與的所述三相分裂變壓器之間設置濾波電感Lf，所述每個逆變單元為單相全橋電路拓撲，將獨立直流母線的電流轉換為方波後，由濾波電感Lf將方波濾成含有諧波分量的正弦波，該正弦波接入所述三相多分裂變壓器，通過磁耦合的方式將該正弦波串聯疊加起來。如圖1所示，本發明的具體實施過程是:本發明基於三相多分裂變壓器的CHB級聯型光伏逆變電路，由一個三相多分裂變壓器和多個CHB級聯型逆變單元組成。多路獨立的光伏組件作為三相k個CHB級聯型逆變單元的直流母線。圖中所示，一路光伏組件構成a相CHB級聯型逆變單元的直流母線VBUSal-VBUSak，一路光伏組件構成b相CHB級聯型逆變單元的直流母線VBUSbl-VBUSbk、一路光伏組件構成C相CHB級聯型逆變單元的直流母線VBUSc;1-VBUSc;k。每個CHB級聯型逆變單元為單相全橋電路拓撲，採用載波移相的SPWM調製技術，將獨立的直流母線斬成方波。每個CHB級聯型逆變單元通過一個感值較小的濾波電感Lf，連接到所述三相多分裂變壓器，將方波濾成含有一定諧波分量的正弦波，即a相得到的電壓Val-Vak, b相得到的電壓Vbl- Vbk, c相得到的電壓Vcl-Vdt,均含有一定諧波分量的正弦波，通過磁耦合的方式將含有諧波的正弦波串聯疊加起來，消除某些次數的諧波分量，得到質量較好的三相正弦波，然後接入電網。

如圖2所示，為描述方便，以3個逆變單元串聯為例，闡述兆瓦級三相三分裂變壓器與7電平CHB級聯型光伏逆變電路的工作方式，每個逆變單元的輸出功率為lllkVA，其載波移相60°，載波頻率為1kHz，相電壓(Un-U13、U21-U23、U31-U33)，有效值為220Vac。三相三分裂變壓器每相輸入連接三個獨立的7電平CHB級聯型逆變器，其輸出連接三相中壓電網，每相輸出功率為333kVA，線電壓(UA、UB、UC)有效值為10kV。其升壓比為N，則有以下等式成立:
Ua=N (U11+ U12+U13)
Ub=N (U21+ U22+U23)
Uc=N (U31+ U32+U33)
疊加後的υΑ、UB、U。，可消除59次以下的諧波分量，再利用三相三分裂變壓器的穩定線圈，可消除其中的零序諧波分量。另外，每個逆變模塊IGBT開關管流過電流為三相半橋逆變拓撲的1/9，可使用常規型號，避免了 IGBT並聯。當逆變單元的級聯個數拓展為η個，則可實現2η+1電平CHB級聯型光伏逆變拓撲，採用三相η分裂變壓器。每個H橋的載波移相為(π/n) °，相應的有以下等式成立:
Ua=N (U11+ U12+U13+…+Uln)
Ub=N (U21+ U22+U23+...+U2n)
Uc=N (U31+ U32+U33+…+U3n)
如圖3所示，本發明的三相多分裂變壓器，是一種50Hz的工頻變壓器，包括鐵芯、線圈和支撐架，線圈為三相，每相線圈的鐵芯軸向上設有多個繞組，每個繞組中由外到內依次設有一次側線圈、二次側線圈、穩定繞組線圈。一次繞組為多層層式或餅式繞組，軸向分裂為多個部分，各部分繞組串聯連接，三相採用星形連接方式，引出四線與高壓控制櫃相連。二次繞組為軸向分裂為多個輸入線圈，每個輸入線圈額定容量相等，沒有電氣聯繫，僅有較弱的磁聯繫，且各線圈之間有較大的阻抗，引出線與逆變器輸出相連。穩定繞組線圈採用三角形(即「Λ」)接法，允許同相的三次諧波電流流過，為一次線圈和二次線圈提供中性點，穩定繞組沒有引出線。本發明的技術效果是:構建一種基於三相多分裂變壓器的CHB級聯型光伏逆變電路，包括三相多分裂變壓器和多個CHB級聯型逆變單元，所述CHB級聯型逆變單元包括直流母線，所述多個CHB級聯型逆變單元的直流母線為多路獨立的光伏組件，所述每個逆變單元與的所述三相分裂變壓器之間設置濾波電感Lf，所述每個逆變單元為單相全橋電路拓撲，將獨立直流母線的電流轉換為方波後，由濾波電感Lf將方波濾成含有諧波分量的正弦波，該正弦波接入所述三相多分裂變壓器，通過磁耦合的方式將該正弦波串聯疊加起來。本發明基於多分裂變壓器的CHB級聯型光伏逆變電路，不改變現有光伏系統器件的對地絕緣電壓，通過磁耦合將大功率CHB級聯型多電平光伏逆變器的輸出串聯起來，可實現其在光伏電站安全可靠運行。本發明低壓側繞組連接多個獨立等功率的逆變輸出，使用一個分裂變壓器比多臺普通變壓器更經濟、佔地小、維護管理也較方便。本發明降低關鍵器件的耐流值，避免了 IGBT的並聯。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種基於三相多分裂變壓器的CHB級聯型光伏逆變電路，其特徵在於，包括三相多分裂變壓器和多個CHB級聯型逆變單元，所述CHB級聯型逆變單元包括直流母線，所述多個CHB級聯型逆變單元的直流母線與多路獨立的光伏組件分別連接，所述每個逆變單元與的所述三相分裂變壓器之間設置濾波電感Lf，所述每個逆變單元為單相全橋電路拓撲，將獨立直流母線的電流轉換為方波後，由濾波電感Lf將方波濾成含有諧波分量的正弦波，該正弦波接入所述三相多分裂變壓器，通過磁耦合的方式將該正弦波串聯疊加起來，所述三相多分裂變壓器包括鐵芯、線圈和支撐架，所述線圈為三相，每相線圈的鐵芯軸向上設有多個繞組，每個繞組中由外到內依次設有一次側線圈、二次側線圈、穩定繞組線圈，所述一次繞組與高壓控制端連接，所述二次繞組與所述逆變單元連接，所述穩定繞組為所述一次繞組和所述二次繞組提供中性點。
2.根據權利要求1所述基於三相多分裂變壓器的CHB級聯型光伏逆變電路，其特徵在於，採用載波移相的SPWM調製技術將獨立直流母線的電流轉換為方波。
3.根據權利要求2所述基於三相多分裂變壓器的CHB級聯型光伏逆變電路，其特徵在於，所述載波移相的角度與H橋的級聯個數η有關，η個H橋的左橋臂的三角波載波依次滯後(π/n) ° 。
4.根據權利要求1所述基於三相多分裂變壓器的CHB級聯型光伏逆變電路，其特徵在於，所述一次繞組為多層層式或餅式繞組，軸向分裂為多個部分，各部分繞組串聯連接，三相採用星形連接。
5.根據權利要求1所述基於三相多分裂變壓器的CHB級聯型光伏逆變電路，其特徵在於，所述二次繞組為軸向分裂為多個輸入線圈。
6.根據權利要求1所述基於三相多分裂變壓器的CHB級聯型光伏逆變電路，其特徵在於，所述穩定繞組的繞組線圈採用三角形接法。
全文摘要
本發明涉及一種基於三相多分裂變壓器的CHB級聯型光伏逆變電路，基於多分裂變壓器的CHB級聯型光伏逆變電路，不改變現有光伏系統器件的對地絕緣電壓，通過磁耦合將大功率CHB級聯型多電平光伏逆變器的輸出串聯起來，可實現其在光伏電站安全可靠運行。本發明低壓側繞組連接多個獨立等功率的逆變輸出，使用一個分裂變壓器比多臺普通變壓器更經濟、佔地小、維護管理也較方便。本發明降低關鍵器件的耐流值，避免了IGBT的並聯。
文檔編號H02M5/10GK103078532SQ20131001831
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月18日 優先權日2013年1月18日
發明者谷宇, 邢浩江, 王毅, 張東來, 吳斌, 張華 申請人:深圳航天科技創新研究院