光伏發電變流器的製作方法

2023-12-04 15:31:56 3

本實用新型涉及光伏發電領域，具體而言，涉及一種光伏發電變流器。

背景技術：

新能源發電技術是當前發電領域的重要發展方向，如風力發電、光伏發電、潮汐發電、海浪發電等。其中，光伏發電由於具有無噪音、能源分布廣泛、發電不產生環境汙染等優點受到國內外的廣泛推廣。目前光伏電站的容量可以達到百兆瓦級以上，但是光伏電池的轉換效率並不高，此外，光伏電池發電需要進行直流到交流的電壓轉換，在遠距離傳輸時，還需要進行升壓，在這些轉換過程中往往需要多級電力電子變換器、變壓器等設備，光伏電池總體發電的效率就會產生很大的折扣，造成能源的浪費，這是當前光伏發電的一個關鍵問題。

光伏變流器效率的提高，對於提高整個光伏發電系統的效率非常重要，目前的各種光伏變流器的電路結構往往會有一級直流/直流升壓電路，再有一級直流/交流的逆變電路，後又經過升壓變壓器進行升壓，然後才能進行輸送。電路結構比較複雜，成本也比較高。各種光伏變流器的電路結構中存在的直流/直流升壓電路是為了實現最大功率跟蹤控制，這級直流/直流升壓電路會顯著降低系統效率，同時控制也比較複雜。如果利用阻抗變換器可以將直流升壓的功能和逆變的功能結合起來，產生比較好的效果，但是，阻抗網絡還需要有兩個功率電容和一個高頻變壓器，以及二極體等原件，並不利於系統效率的提高。

針對現有技術中的光伏變流器的電路結構複雜導致功率轉換效率不高的技術問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術實現要素：

本實用新型實施例提供了一種光伏發電變流器，以至少解決現有技術中的光伏變流器的電路結構複雜導致功率轉換效率不高的技術問題。

根據本實用新型實施例的一個方面，提供了一種光伏發電變流器，包括：三個逆變閥體，每個逆變閥體均包括串聯的N個功率發電單元，其中，N為大於1的自然數，每個功率發電單元包括功率逆變橋，三個逆變閥體的負極互相連接；三個濾波電感，三個濾波電感與三個逆變閥體的正極一一對應連接；三個接觸器，每個接觸器串聯在三個濾波電感之一與一相電源之間。

進一步地，功率發電單元串聯的埠為功率逆變橋的正極和負極。

進一步地，功率逆變橋包括：第一單向功率開關，其中，功率逆變橋的正極為第一單向功率開關的負極；第二單向功率開關，第二單向功率開關的正極與第一單向功率開關的負極相連接；第三單向功率開關，第三單向功率開關的正極與第一單向功率開關的正極相連接，其中，功率逆變橋的負極為第三單向功率開關的負極；第四單向功率開關，第四單向功率開關的正極與第三單向功率開關的負極相連接，第四單向功率開關的負極與第二單向功率開關的負極相連接。

進一步地，第一單向功率開關和第四單向功率開關與第一微控制器相連接並受第一微控制器的控制驅動，第二單向功率開關和第三單向功率開關與第二微控制器相連接並受第二微控制器的控制驅動。

進一步地，第一單向功率開關、第二單向功率開關、第三單向功率開關和第四單向功率開關均包括串聯的功率半導體開關與二極體。

進一步地，功率半導體為IGBT功率半導體開關、GTO功率半導體開關和IGCT功率半導體開關之一。

進一步地，功率發電單元還包括：光伏電池，用於利用光伏發電；直流濾波電容，與光伏電池並聯且直流濾波電容的正極與光伏電池的正極相連接，直流濾波電容的負極與功率逆變橋的負極相連接；直流濾波電感，直流濾波電感的正極與光伏電池的正極相連接，直流濾波電感的負極與功率逆變橋的正極相連接。

進一步地，功率發電單元還包括：交流濾波電容，交流濾波電容的正極與功率逆變橋的正極相連接，交流濾波電容的負極與功率逆變橋的負極相連接。

進一步地，每個功率發電單元並聯有一個旁路開關。

進一步地，每個功率發電單元並聯的旁路開關與故障檢測器相連接，用於在故障檢測器檢測出對應的功率發電單元發生故障時斷開。

在本實用新型實施例中，通過三個逆變閥體，每個逆變閥體均包括串聯的N個功率發電單元，其中，每個功率發電單元包括功率逆變橋，三個逆變閥體的負極互相連接；三個濾波電感，三個濾波電感與三個逆變閥體的正極一一對應連接；三個接觸器，每個接觸器串聯在三個濾波電感之一與一相電源之間，解決了現有技術中的光伏變流器的電路結構複雜導致功率轉換效率不高的技術問題，進而實現了降低光伏變流器的電路結構複雜度以提高功率轉換效率的技術效果。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本申請的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中：

圖1是根據本實用新型實施例的一種可選的光伏變流器的示意圖；

圖2是根據本實用新型實施例的一種可選的功率發電單元的示意圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型方案，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分的實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本實用新型保護的範圍。

需要說明的是，本實用新型的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語「第一」、「第二」等是用於區別類似的對象，而不必用於描述特定的順序或先後次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這裡描述的本實用新型的實施例能夠以除了在這裡圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語「包括」和「具有」以及他們的任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含。

根據本申請實施例，提供了一種光伏發電變流器的實施例。

圖1是根據本實用新型實施例的一種可選的光伏變流器的示意圖，如圖1所示，該光伏變流器包括三個逆變閥體，分別為逆變閥體11、逆變閥體12和逆變閥體13，以及三個濾波電感LA、LB、LC，和三個接觸器KA、KB、KC。

三個逆變閥體中每個逆變閥體均包括串聯的N個功率發電單元，其中，N為大於1的自然數。如圖1中所示，逆變閥體11包括N個串聯的功率發電單元：A相功率發電單元1～A相功率發電單元N，逆變閥體12包括N個串聯的功率發電單元：B相功率發電單元1～B相功率發電單元N，逆變閥體13包括N個串聯的功率發電單元：C相功率發電單元1～C相功率發電單元N。

三個逆變閥體的負極互相連接，每個逆變閥體的正極分別與一個濾波電感相連接。逆變閥體11的正極與濾波電感LA相連，逆變閥體12的正極與濾波電感LB相連，逆變閥體13的正極與濾波電感LC相連。

每個接觸器串聯在三個濾波電感之一與一相電源之間。接觸器KA串聯在濾波電感LA與電源ua之間，接觸器KB串聯在濾波電感LB與電源ub之間，接觸器KC串聯在濾波電感LC與電源uc之間。

每個功率發電單元包括功率逆變橋。優選地，功率發電單元串聯的埠為功率逆變橋的正極和負極。

圖2是根據本實用新型實施例的一種可選的功率發電單元的示意圖。如圖2所示，功率發電單元中的功率逆變橋包括四個單向功率開關：第一單向功率開關S1，第二單向功率開關S2，第三單向功率開關S3和第四單向功率開關S4。

第一單向功率開關，其中，功率逆變橋的正極為第一單向功率開關的負極；第二單向功率開關，第二單向功率開關的正極與第一單向功率開關的負極相連接；第三單向功率開關，第三單向功率開關的正極與第一單向功率開關的正極相連接，其中，功率逆變橋的負極為第三單向功率開關的負極；第四單向功率開關，第四單向功率開關的正極與第三單向功率開關的負極相連接，第四單向功率開關的負極與第二單向功率開關的負極相連接。

第一單向功率開關和第四單向功率開關與第一微控制器相連接並受第一微控制器的控制驅動，第一微控制器向第一單向功率開關和第四單向功率開關發出相同的驅動信號，第二單向功率開關和第三單向功率開關與第二微控制器相連接並受第二微控制器的控制驅動，第二微控制器向第二單向功率開關和第三單向功率開關發出相同的驅動信號。

第一微控制器和第二微控制器可以通過SPWM調製方法對功率逆變橋進行調製。功率逆變橋為了實現BOOST的升壓功能，在開關調製過程中，可以注入橋臂直通量，進行電感電流調節，以更好實現光伏發電的最大功率追蹤控制，因此控制方法比較簡單，控制電路可以採用常規的微控制器如單片機、DSP、FPGA等。

第一單向功率開關、第二單向功率開關、第三單向功率開關和第四單向功率開關均包括串聯的功率半導體開關與二極體。

其中，功率半導體可以為IGBT功率半導體開關、GTO功率半導體開關和IGCT功率半導體開關之一。

如圖2中所示，功率發電單元還可以包括：光伏電池PV1，用於利用光伏發電；直流濾波電容C1，與光伏電池PV1並聯且直流濾波電容C1的正極與光伏電池PV1的正極相連接，直流濾波電容C1的負極與功率逆變橋的負極，也即T2端相連接；直流濾波電感L1，連在直流母線中，直流濾波電感L1的正極與光伏電池PV1的正極相連接，直流濾波電感L1的負極與功率逆變橋的正極，也即T1端相連接。

功率發電單元還可以包括交流濾波電容C2，交流濾波電容C2的正極與功率逆變橋的正極，也即T1端相連接，交流濾波電容C2的負極與功率逆變橋的負極，也即T2端相連接。

每個功率發電單元可以並聯有一個旁路開關，如圖1中所示，A相功率發電單元1旁邊並聯有旁路開關Ka1，A相功率發電單元2旁邊並聯有旁路開關Ka2，A相功率發電單元3旁邊並聯有旁路開關Ka3，B相和C相的逆變閥體中的每個功率發電單元與旁路開關的並聯方式相同，在此不再贅述。

每個功率發電單元並聯的旁路開關與故障檢測器相連接，用於在故障檢測器檢測出對應的功率發電單元發生故障時斷開。

本實用新型實施例提供的可以應用於高壓大容量光伏發電系統的光伏變流器，通過N個電流型的功率發電單元進行串聯構成高壓的變流器逆變閥體，3個逆變閥體進行星型連接構成三相變流器。逆變閥體中的每個功率發電單元均包含一個用於提供能源的光伏電池，一個作為本功率發電單元的直流電壓支撐的直流濾波電容，一個用於斬波續流儲能能量的直流濾波電感，四個單向功率開關連接成橋式電路，構成功率逆變橋，通過功率逆變橋進行逆變斬波，功率發電單元的交流輸出經過交流濾波電容平滑電流脈衝，每個功率發電單元還可以並聯旁路開關，以便在功率發電單元出現故障時進行旁路。

由於功率發電單元採用的是電流型的逆變器，因此可以實現BOOST升壓的功能，省去原來在光伏電池和逆變器之間的直流/直流變換器，電路結構簡單，有利於提高效率；

各個功率發電單元採用級聯形式進行升壓擴容，無需升壓變壓器，因此體積小，成本較低；

由於基本採用相同的功率發電單元的重複串聯構成，每個功率發電單元的電壓等級相同，因此拓撲結構模塊性很強，很容易串聯實現高電壓輸出。

功率發電單元中的直流母線存在直流濾波電感，因此對於光伏板對地寄生電容的洩漏電流有抑制作用，有利於降低光伏板洩露的功率。

該實施例提供的光伏變流器通過各個功率發電單元的級聯實現了無變壓器的升壓功能，並經過交流濾波電感進行濾波，最終經過交流接觸器並聯到電網上，實現併網發電。

以上所述僅是本申請的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本申請的保護範圍。