高升壓比變換器、太陽能逆變器與太陽能電池系統的製作方法
2023-05-03 00:04:11 4
專利名稱：高升壓比變換器、太陽能逆變器與太陽能電池系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及升壓電路及太陽能併網發電技術領域，具體地，涉及高升壓比變換器、 太陽能逆變器與太陽能電池系統。
背景技術：
在近幾年中，以風能和太陽能為主的可再生能源發電系統，在世界範圍得到越來越多的應用。對於太陽能併網發電系統來說，除了目前佔主流的集中式大功率太陽能電站外，分布式太陽能併網發電系統，由於其能優化太陽能電池板的工作狀態，在多數情況下可以提高系統的年發電量，目前日益得到重視並成為一個研究熱點。其中，基於太陽能微逆變器的分布式發電系統，尤為引人注目，並在美國得到廣泛使用。太陽能微逆變器的核心是高效率升壓電路、逆變電路及其控制技術，升壓電路主要包括反激變換器及其衍生電路。對於太陽能微逆變器的應用來說，它需要的升壓比很高。比如，一般的200W多晶矽太陽能電池板在最大功率點處的輸出電壓為25V 36V左右，通過微逆變器接MOV單相電網併網發電時，微逆變器輸出電壓要達到340V左右，需要的電壓變比最大為13.6。目前，有源箝位反激變換器(previous art)作為一種常用反激變換器，由於具有較高的升壓比、以及可以實現變壓器原邊開關管的零電壓開通和副邊二極體的零電流關斷的優點，在很多中小功率變換場合以及太陽能發電場合得到廣泛應用。在傳統有源箝位反激變換器中，包括圖Ia顯示的低端箝位反激變換器與圖Ib顯示的高端箝位反激變換器。在圖la與圖lb中，開關管a和a互補開通和關斷。為實現Gk的零電壓開通，
外加諧振電感￡的電感值較小，在電路穩態分析過程中Iv可以忽略。於是可以得到有源箝位反激變換器的輸出電壓的表達式為 ND
權利要求
1.一種高升壓比變換器，其特徵在於，包括直流輸入電源，半波整流電容 Cjr ,箝位電容€^ ,變壓器，變壓器原邊勵磁電感4，諧振電感ι ,功率半導體開關達與達，β,與這的體二極體或額外的並聯二極體％與％3 ,輸出電阻知，以及變壓器副邊整流二極體場；其中所述直流輸入電源的正極，與變壓器原邊線圈的始端連接；經箝位電容Ca後，與變壓器副邊線圈的始端、變壓器副邊整流二極體U1的陰極、功率半導體開關ft的漏極、達的體二極體或額外的並聯二極體~的陰極、以及輸出電阻的第一連接端連接；依次經變壓器原邊勵磁電感4與諧振電感矣後，與功率半導體開關色的源極、03的體二極體或額外的並聯二極體的陽極、功率半導體開關ft的漏極、以及達的體二極體或額外的並聯二極體Λβ!的陰極連接；並經半波整流電容&後，與直流輸入電源的負極、功率半導體開關01的源極、Qt的體二極體或額外的並聯二極體％的陽極、以及輸出電阻的第二連接端連接；所述變壓器原邊線圈的末端，與變壓器原邊勵磁電感、及諧振電感A的公共端連接；變壓器副邊線圈的末端，與變壓器副邊整流二極體錢的陽極連接；功率半導體開關Gk的柵極，用於輸入佔空比為 的脈衝信號；功率半導體開關O2的柵極，用於輸入佔空比為 1-Λ的脈衝信號。
2.根據權利要求1所述的高升壓比變換器，其特徵在於，還包括變壓器副邊濾波電容 C1 ；所述變壓器副邊濾波電容C1,連接在變壓器副邊線圈的始端與變壓器副邊整流二極體 D1的陰極之間。
3.根據權利要求1或2所述的高升壓比變換器，其特徵在於，還包括旁路電容^與 Cm ；所述旁路電容％，並接在0!的體二極體或額外的並聯二極體^！的陽極與陰極之間；所述旁路電容；，並接在ft的體二極體或額外的並聯二極體^^的陽極與陰極之間。
4.根據權利要求1或2所述的高升壓比變換器，其特徵在於，所述直流輸入電源，為至少包括太陽能電池板PV或蓄電池的儲能設備或風能發電設備或光熱發電裝置；所述功率半導體開關G11 Uft ,至少包括金屬氧化物場效應電晶體M0SFET、絕緣柵極雙極型電晶體IGBT與二極體中的至少一種。
5.一種高升壓比變換器，其特徵在於，包括直流輸入電源，全波整流電容G ,箝位電容Ca，變壓器，變壓器原邊勵磁電感&，諧振電感知，功率半導體開關達與達，fit和込的體二極體或額外的並聯二極體^1與J^2 ,輸出電阻Iff,以及變壓器副邊整流二極體錢與 ^3 ；其中所述直流輸入電源的正極，與變壓器原邊線圈的始端連接；經箝位電容Ca後，與變壓器副邊整流二極體IJi的陽極、變壓器副邊線圈的始端、變壓器副邊整流二極體U2的陰極、 功率半導體開關02的漏極、Q1的體二極體或額外的並聯二極體的陰極、以及輸出電阻 ^O的第一連接端連接；依次經變壓器原邊勵磁電感4與諧振電感後，與功率半導體開關込的源極、Qs的體二極體或額外的並聯二極體~的陽極、功率半導體開關C1的漏極、 以及fik的體二極體或額外的並聯二極體Dbi的陰極連接；並經全波整流電容C2後，與直流輸入電源的負極、功率半導體開關fii的源極、&的體二極體或額外的並聯二極體J^I的陽極、以及輸出電阻A0的第二連接端連接；所述變壓器原邊線圈的末端，與變壓器原邊勵磁電感￡■及諧振電感矣的公共端連接； 變壓器副邊線圈的末端，與變壓器副邊整流二極體Bi的陰極及變壓器副邊整流二極體的陽極連接；功率半導體開關込的柵極，用於輸入佔空比為JJ的脈衝信號；功率半導體開關達的柵極，用於輸入佔空比為U的脈衝信號。
6.根據權利要求5所述的高升壓比變換器，其特徵在於，還包括變壓器副邊濾波電容 MC4 ;所述變壓器副邊濾波電容連接在變壓器副邊線圈的始端與變壓器副邊整流二極體線的陽極之間；所述變壓器副邊濾波電容C4 ,連接在變壓器副邊線圈的始端與變壓器副邊整流二極體的陰極之間。
7.根據權利要求5或6所述的高升壓比變換器，其特徵在於，還包括旁路電容％與 Cm ；所述旁路電容並接在Q1的體二極體或額外的並聯二極體^1的陽極與陰極之間；所述旁路電容％，並接在達的體二極體或額外的並聯二極體％的陽極與陰極之間。
8.根據權利要求5或6所述的高升壓比變換器，其特徵在於，所述直流輸入電源，為至少包括太陽能電池板PV或蓄電池的儲能設備或風能發電設備或光熱發電裝置；所述功率半導體開關& US3 ,至少包括金屬氧化物場效應電晶體M0SFET、絕緣柵極雙極型電晶體IGBT與二極體中的至少一種。
9.一種高升壓比變換器，其特徵在於，包括直流輸入電源，半波整流電容Cjw ,箝位電容Ca，變壓器，變壓器原邊勵磁電感,諧振電感ι ,功率半導體開關込與這，Gk和02的體二極體或額外的並聯二極體,輸出電阻,以及變壓器副邊整流二極體U1 ；其中所述直流輸入電源的正極，與變壓器原邊線圈的始端連接；經箝位電容Qs後，與變壓器副邊線圈的始端、變壓器副邊整流二極體錢的陰極、功率半導體開關fib的漏極、ft的體二極體或額外的並聯二極體J^2的陰極、以及輸出電阻Iff的第一連接端連接；依次經變壓器原邊勵磁電感4與諧振電感4後，與功率半導體開關込的源極、Gb的體二極體或額外的並聯二極體的陽極、功率半導體開關&的漏極、以及&的體二極體或額外的並聯二極體~的陰極連接；並經半波整流電容Cw後，與直流輸入電源的負極、功率半導體開關 Q1的源極、以及達的體二極體或額外的並聯二極體~的陽極連接；所述變壓器原邊線圈的末端，與變壓器原邊勵磁電感^及諧振電感矣的公共端連接； 變壓器副邊線圈的末端，與變壓器副邊整流二極體錢的陽極連接；輸出電阻Ασ的第二連接端與直流輸入電源的正極連接；功率半導體開關fik的柵極，用於輸入佔空比為Λ的脈衝信號；功率半導體開關達的柵極，用於輸入佔空比為l-β的脈衝信號。
10.根據權利要求9所述的高升壓比變換器，其特徵在於，還包括變壓器副邊濾波電容 C1 ；所述變壓器副邊濾波電容C1,連接在變壓器副邊線圈的始端與變壓器副邊整流二極體 D1的陰極之間。
11.根據權利要求9或10所述的高升壓比變換器，其特徵在於，還包括旁路電容％與 ；所述旁路電容Cfl1,並接在達的體二極體或額外的並聯二極體~的陽極與陰極之間；所述旁路電容，並接在達的體二極體或額外的並聯二極體％!的陽極與陰極之間。
12.根據權利要求9或10所述的高升壓比變換器，其特徵在於，所述直流輸入電源，為至少包括太陽能電池板PV或蓄電池的儲能設備或風能發電設備或光熱發電裝置；所述功率半導體開關S1 Uft ,至少包括金屬氧化物場效應電晶體M0SFET、絕緣柵極雙極型電晶體IGBT與二極體中的至少一種。
13.—種高升壓比變換器，其特徵在於，包括直流輸入電源，全波整流電容q，箝位電容Ca，變壓器，變壓器原邊勵磁電感4，諧振電感知，功率半導體開關fit與込，fik和込的體二極體或額外的並聯二極體^！與^^=，輸出電阻,以及變壓器副邊整流二極體B1 與瑪；其中所述直流輸入電源的正極，與變壓器原邊線圈的始端連接；經箝位電容Ce後,與變壓器副邊整流二極體從的陽極、變壓器副邊線圈的始端、變壓器副邊整流二極體力2的陰極、功率半導體開關込的漏極、Q2的體二極體或額外的並聯二極體~的陰極、以及輸出電阻的第一連接端連接；依次經變壓器原邊勵磁電感4與諧振電感4後，與功率半導體開關込的源極、達的體二極體或額外的並聯二極體~的陽極、功率半導體開關Q1的漏極、以及&的體二極體或額外的並聯二極體Λβ!的陰極連接；並經全波整流電容G後，與直流輸入電源的負極、功率半導體開關S1的源極、以及G1的體二極體或額外的並聯二極體Λβ 的陽極連接；所述變壓器原邊線圈的末端，與變壓器原邊勵磁電感&及諧振電感A的公共端連接； 變壓器副邊線圈的末端，與變壓器副邊整流二極體錢的陰極及變壓器副邊整流二極體D2 的陽極連接；輸出電阻的第二連接端與直流輸入電源的正極連接；功率半導體開關込的柵極，用於輸入佔空比為的脈衝信號；功率半導體開關込的柵極，用於輸入佔空比為 I-i 的脈衝信號。
14.根據權利要求13所述的高升壓比變換器，其特徵在於，還包括變壓器副邊濾波電容<^與€4 ;所述變壓器副邊濾波電容連接在變壓器副邊線圈的始端與變壓器副邊整流二極體錢的陽極之間；所述變壓器副邊濾波電容C4 ,連接在變壓器副邊線圈的始端與變壓器副邊整流二極體U2的陰極之間。
15.根據權利要求13或14所述的高升壓比變換器，其特徵在於，還包括旁路電容C01與C02 ；所述旁路電容％，並接在ft的體二極體或額外的並聯二極體Ug1的陽極與陰極之間；所述旁路電容C02 ,並接在達的體二極體或額外的並聯二極體1 的陽極與陰極之間。
16.根據權利要求13或14所述的高升壓比變換器，其特徵在於，所述直流輸入電源，為至少包括太陽能電池板PV或蓄電池的儲能設備或風能發電設備或光熱發電裝置；所述功率半導體開關Oi Ug2 ,至少包括金屬氧化物場效應電晶體M0SFET、絕緣柵極雙極型電晶體IGBT與二極體中的至少一種。
17.一種基於權利要求1所述的高升壓比變換器的太陽能逆變器，其特徵在於，包括高升壓比變換器、全橋逆變模塊、帶有最大功率點跟蹤MPPT功能的逆變器控制器與併網電壓源 ^1，其中所述高升壓比變換器輸入端的直流輸入電源，輸出直流電壓與直流電流至帶有MPPT 功能的逆變器控制器；高升壓比變換器的輸出電壓，經全橋逆變模塊後，與併網電壓源Yif連接，並輸出併網電壓的有效值及併網電流的有效值至帶有MPPT功能的逆變器控制器。
18.根據權利要求17所述的基於高升壓比變換器的太陽能逆變器，其特徵在於，所述全橋逆變模塊包括功率半導體計叉這、込、O5 1J O5 ,所述高升壓比變換器的輸出電壓的第一接線端，與功率半導體開關ft的漏極、以及功率半導體開關這的漏極連接；第二接線端，與功率半導體開關S1的源極、以及功率半導體開關O5的源極連接；所述功率半導體開關込的源極與功率半導體開關G1的漏極連接，並經併網電壓源Vp 後，與功率半導體開關Gk的源極、以及功率半導體開關ft的漏極連接；功率半導體開/〈·a的柵極、功率半導體開關a柵極、功率半導體開關Os的柵極、以及功率半導體開關S5的柵極，均為控制端。
19.根據權利要 第一連接端，與功率半導體開關還的漏極、以及功率半導體開關fe的漏極連接；第二連接端，與功率半導體開關G1的源極、以及功率半導體開關Ss的源極連接。
20.根據權利要求19所述的基於高升壓比變換器的太陽能逆變器，其特徵在於，還包括輸出端電感與^!,所述輸出端電感連接在功率半導體開關這的源極與併網電壓源^■ 之間，所述輸出端電感JW連接在功率半導體開關込的源極與併網電壓源v^ii 間。
21.一種基於權利要求5所述的高升壓比變換器的太陽能逆變器，其特徵在於，包括高升壓比變換器、全橋逆變模塊、帶有MPPT功能的逆變器控制器與併網電壓源,其中所述高升壓比變換器輸入端的直流輸入電源，輸出直流電壓與直流電流至帶有MPPT 功能的逆變器控制器；高升壓比變換器的輸出電壓，經全橋逆變模塊後，與併網電壓源1Vii連接，並輸出併網電壓的有效值》W及併網電流的有效值至帶有MPPT功能的逆變器控制器。
22.根據權利要求21所述的基於高升壓比變換器的太陽能逆變器，其特徵在於，所述全橋逆變模塊包括功率半導體開關&、込、ft 1J a，所述高升壓比變換器的輸出電壓的第一接線端，與功率半導體開關的漏極、以及功率半導體開關Gk的漏極連接；第二接線端，與功率半導體開關Q1的源極、以及功率半導體開關Oi的源極連接；所述功率半導體開關a的源極與功率半導體開關a的漏極連接，並經併網電壓源iil後，與功率半導體開關込的源極、以及功率半導體開關ft的漏極連接；功率半導體開關込的柵極、功率半導體開關β 柵極、功率半導體開關a的柵極、以及功率半導體開關達的柵極，均為控制端。
23.根據權利要求21或22所述的基於高升壓比變換器的太陽能逆變器，其特徵在於， 在所述高升壓比變換器的輸出端，並接有輸出端濾波電容& ;所述輸出端濾波電容C0的第一連接端，與功率半導體開關的漏極、以及功率半導體開關Gk的漏極連接；第二連接端，與功率半導體開關β 的源極、以及功率半導體開關達的源極連接。
24.根據權利要求23所述的基於高升壓比變換器的太陽能逆變器，其特徵在於，還包括輸出端電感 與『，所述輸出端電感連接在功率半導體開關&的源極與併網電壓源^■ 之間，所述輸出端電感『連接在功率半導體開關&的源極與併網電壓源^■ 之間。
25.一種基於權利要求9所述的高升壓比變換器的太陽能逆變器，其特徵在於，包括高升壓比變換器、全橋逆變模塊、帶有MPPT功能的逆變器控制器與併網電壓源其中所述高升壓比變換器輸入端的直流輸入電源，輸出直流電壓與直流電流至帶有MPPT 功能的逆變器控制器；高升壓比變換器的輸出電壓，經全橋逆變模塊後，與併網電壓源連接，並輸出併網電壓的有效值及併網電流的有效值至帶有MPPT功能的逆變器控制器。
26.根據權利要求25所述的基於高升壓比變換器的太陽能逆變器，其特徵在於，所述全橋逆變模塊，包括晶閘管達與& ,以及功率半導體開關β 與達；所述高升壓比變換器的輸出電壓的第一接線端，與晶閘管達的陽極、以及晶閘管込的陽極連接；第二接線端，與功率半導體開關β 的源極、以及功率半導體開關Qi的源極連接；所述晶閘管ft的陰極與功率半導體開關β 的漏極連接，並經併網電壓源ν-後，與晶閘管込的陰極、以及功率半導體開關込的漏極連接；晶閘管ft的控制極、功率半導體開關Q4柵極、晶閘管&的控制極、以及功率半導體開關Si的柵極，均為控制端。
27.根據權利要求沈所述的基於高升壓比變換器的太陽能逆變器，其特徵在於，還包括輸出端電感與『，所述輸出端電感連接在功率半導體開關這的源極與併網電壓源· V 之間，所述輸出端電感■^連接在功率半導體開關ft的源極與併網電壓源1V 之間。
28.一種基於權利要求13所述的高升壓比變換器的太陽能逆變器，其特徵在於，包括高升壓比變換器、全橋逆變模塊、帶有MPPT功能的逆變器控制器與併網電壓源Vers ,其中所述高升壓比變換器輸入端的直流輸入電源，輸出直流電壓與直流電流至帶有MPPT 功能的逆變器控制器；高升壓比變換器的輸出電壓，經全橋逆變模塊後，與併網電壓源連接，並輸出併網電壓的有效值》f^b及併網電流的有效值^ 至帶有MPPT功能的逆變器控制器。
29.根據權利要求觀所述的基於高升壓比變換器的太陽能逆變器，其特徵在於，所述全橋逆變模塊，包括晶閘管達與&,以及功率半導體開關β 與Si ；所述高升壓比變換器的輸出電壓的第一接線端，與晶閘管達的陽極、以及晶閘管込的陽極連接；第二接線端，與功率半導體開關β 的源極、以及功率半導體開關a的源極連接；所述晶閘管達的陰極與功率半導體開關達的漏極連接，並經併網電壓源γ-後，與晶閘管β5的陰極、以及功率半導體開關Oi的漏極連接；晶閘管這的控制極、功率半導體開關Qt柵極、晶閘管達的控制極、以及功率半導體開關込的柵極，均為控制端。
30.根據權利要求四所述的基於高升壓比變換器的太陽能逆變器，其特徵在於，還包括輸出端電感iW與『，所述輸出端電感￡ 連接在功率半導體開關ft的源極與併網電壓源Vff 之間，所述輸出端電感Ito連接在功率半導體開關Ift的源極與併網電壓源 之間。
31.一種基於權利要求1或5或9或13所述的高升壓比變換器的太陽能電池系統，其特徵在於，至少包括發電裝置、逆變器、以及電網和/或電器設備，所述發電裝置、逆變器、 以及電網和/或電器設備依次連接；所述發電裝置輸出的電壓與電流，經逆變器處理後，供給電網和/或電器設備。
32.根據權利要求31所述的基於高升壓比變換器的太陽能電池系統，其特徵在於，所述逆變器，至少包括高升壓比變換器、控制電路、輔助電源與通訊模塊；其中所述控制電路及輔助電源，分別與高升壓比變換器及通訊模塊連接；發電裝置輸出的電壓與電流，經高升壓比變換器處理後，供給電網和/或電器設備連接。
33.根據權利要求31或32所述的基於高升壓比變換器的太陽能電池系統，其特徵在於，至少還包括通信網關、計算機伺服器、以及監控和管理中心；所述通訊模塊、通信網關、 計算機伺服器、以及監控和管理中心，依次連接。
34.根據權利要求31或32所述的基於高升壓比變換器的太陽能電池系統，其特徵在於，所述發電裝置，至少包括並行設置的風力發電裝置與太陽能發電裝置。
全文摘要
本發明公開了高升壓比變換器、太陽能逆變器與太陽能電池系統，通過高升壓比變換器，可以把一些功率源的較低輸出電壓轉換成較高輸出電壓；根據具體應用和控制方法的不同，第一至第四技術方案的高升壓比變換器的輸出可以是標準直流電壓或者經過控制調製的特定電壓波形。本發明所述高升壓比變換器、太陽能逆變器與太陽能電池系統，可以克服現有技術中升壓比小、傳輸路徑長、額外損耗大與能量轉換效率低等缺陷，以實現升壓比大、傳輸路徑短、額外損耗小與能量轉換效率高的優點。
文檔編號H02J3/38GK102447396SQ20121000396
公開日2012年5月9日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者梁志剛, 鄭崇峰 申請人:無錫聯動太陽能科技有限公司