CN206164114U - 光伏发电变流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光伏发电变流器。其中，该光伏发电变流器包括：三个逆变阀体，每个逆变阀体均包括串联的N个功率发电单元，其中，每个功率发电单元包括功率逆变桥，三个逆变阀体的负极互相连接；三个滤波电感，三个滤波电感与三个逆变阀体的正极一一对应连接；三个接触器，每个接触器串联在三个滤波电感之一与一相电源之间。本实用新型解决了现有技术中的光伏变流器的电路结构复杂导致功率转换效率不高的技术问题。

Description

光伏发电变流器

技术领域

本实用新型涉及光伏发电领域，具体而言，涉及一种光伏发电变流器。

背景技术

新能源发电技术是当前发电领域的重要发展方向，如风力发电、光伏发电、潮汐发电、海浪发电等。其中，光伏发电由于具有无噪音、能源分布广泛、发电不产生环境污染等优点受到国内外的广泛推广。目前光伏电站的容量可以达到百兆瓦级以上，但是光伏电池的转换效率并不高，此外，光伏电池发电需要进行直流到交流的电压转换，在远距离传输时，还需要进行升压，在这些转换过程中往往需要多级电力电子变换器、变压器等设备，光伏电池总体发电的效率就会产生很大的折扣，造成能源的浪费，这是当前光伏发电的一个关键问题。

光伏变流器效率的提高，对于提高整个光伏发电系统的效率非常重要，目前的各种光伏变流器的电路结构往往会有一级直流/直流升压电路，再有一级直流/交流的逆变电路，后又经过升压变压器进行升压，然后才能进行输送。电路结构比较复杂，成本也比较高。各种光伏变流器的电路结构中存在的直流/直流升压电路是为了实现最大功率跟踪控制，这级直流/直流升压电路会显著降低系统效率，同时控制也比较复杂。如果利用阻抗变换器可以将直流升压的功能和逆变的功能结合起来，产生比较好的效果，但是，阻抗网络还需要有两个功率电容和一个高频变压器，以及二极管等原件，并不利于系统效率的提高。

针对现有技术中的光伏变流器的电路结构复杂导致功率转换效率不高的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种光伏发电变流器，以至少解决现有技术中的光伏变流器的电路结构复杂导致功率转换效率不高的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种光伏发电变流器，包括：三个逆变阀体，每个逆变阀体均包括串联的N个功率发电单元，其中，N为大于1的自然数，每个功率发电单元包括功率逆变桥，三个逆变阀体的负极互相连接；三个滤波电感，三个滤波电感与三个逆变阀体的正极一一对应连接；三个接触器，每个接触器串联在三个滤波电感之一与一相电源之间。

进一步地，功率发电单元串联的端口为功率逆变桥的正极和负极。

进一步地，功率逆变桥包括：第一单向功率开关，其中，功率逆变桥的正极为第一单向功率开关的负极；第二单向功率开关，第二单向功率开关的正极与第一单向功率开关的负极相连接；第三单向功率开关，第三单向功率开关的正极与第一单向功率开关的正极相连接，其中，功率逆变桥的负极为第三单向功率开关的负极；第四单向功率开关，第四单向功率开关的正极与第三单向功率开关的负极相连接，第四单向功率开关的负极与第二单向功率开关的负极相连接。

进一步地，第一单向功率开关和第四单向功率开关与第一微控制器相连接并受第一微控制器的控制驱动，第二单向功率开关和第三单向功率开关与第二微控制器相连接并受第二微控制器的控制驱动。

进一步地，第一单向功率开关、第二单向功率开关、第三单向功率开关和第四单向功率开关均包括串联的功率半导体开关与二极管。

进一步地，功率半导体为IGBT功率半导体开关、GTO功率半导体开关和IGCT功率半导体开关之一。

进一步地，功率发电单元还包括：光伏电池，用于利用光伏发电；直流滤波电容，与光伏电池并联且直流滤波电容的正极与光伏电池的正极相连接，直流滤波电容的负极与功率逆变桥的负极相连接；直流滤波电感，直流滤波电感的正极与光伏电池的正极相连接，直流滤波电感的负极与功率逆变桥的正极相连接。

进一步地，功率发电单元还包括：交流滤波电容，交流滤波电容的正极与功率逆变桥的正极相连接，交流滤波电容的负极与功率逆变桥的负极相连接。

进一步地，每个功率发电单元并联有一个旁路开关。

进一步地，每个功率发电单元并联的旁路开关与故障检测器相连接，用于在故障检测器检测出对应的功率发电单元发生故障时断开。

在本实用新型实施例中，通过三个逆变阀体，每个逆变阀体均包括串联的N个功率发电单元，其中，每个功率发电单元包括功率逆变桥，三个逆变阀体的负极互相连接；三个滤波电感，三个滤波电感与三个逆变阀体的正极一一对应连接；三个接触器，每个接触器串联在三个滤波电感之一与一相电源之间，解决了现有技术中的光伏变流器的电路结构复杂导致功率转换效率不高的技术问题，进而实现了降低光伏变流器的电路结构复杂度以提高功率转换效率的技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的一种可选的光伏变流器的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的功率发电单元的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

根据本申请实施例，提供了一种光伏发电变流器的实施例。

图1是根据本实用新型实施例的一种可选的光伏变流器的示意图，如图1所示，该光伏变流器包括三个逆变阀体，分别为逆变阀体11、逆变阀体12和逆变阀体13，以及三个滤波电感L_A、L_B、L_C，和三个接触器K_A、K_B、K_C。

三个逆变阀体中每个逆变阀体均包括串联的N个功率发电单元，其中，N为大于1的自然数。如图1中所示，逆变阀体11包括N个串联的功率发电单元：A相功率发电单元1～A相功率发电单元N，逆变阀体12包括N个串联的功率发电单元：B相功率发电单元1～B相功率发电单元N，逆变阀体13包括N个串联的功率发电单元：C相功率发电单元1～C相功率发电单元N。

三个逆变阀体的负极互相连接，每个逆变阀体的正极分别与一个滤波电感相连接。逆变阀体11的正极与滤波电感L_A相连，逆变阀体12的正极与滤波电感L_B相连，逆变阀体13的正极与滤波电感L_C相连。

每个接触器串联在三个滤波电感之一与一相电源之间。接触器K_A串联在滤波电感L_A与电源u_a之间，接触器K_B串联在滤波电感L_B与电源u_b之间，接触器K_C串联在滤波电感L_C与电源u_c之间。

每个功率发电单元包括功率逆变桥。优选地，功率发电单元串联的端口为功率逆变桥的正极和负极。

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的功率发电单元的示意图。如图2所示，功率发电单元中的功率逆变桥包括四个单向功率开关：第一单向功率开关S1，第二单向功率开关S2，第三单向功率开关S3和第四单向功率开关S4。

第一单向功率开关，其中，功率逆变桥的正极为第一单向功率开关的负极；第二单向功率开关，第二单向功率开关的正极与第一单向功率开关的负极相连接；第三单向功率开关，第三单向功率开关的正极与第一单向功率开关的正极相连接，其中，功率逆变桥的负极为第三单向功率开关的负极；第四单向功率开关，第四单向功率开关的正极与第三单向功率开关的负极相连接，第四单向功率开关的负极与第二单向功率开关的负极相连接。

第一单向功率开关和第四单向功率开关与第一微控制器相连接并受第一微控制器的控制驱动，第一微控制器向第一单向功率开关和第四单向功率开关发出相同的驱动信号，第二单向功率开关和第三单向功率开关与第二微控制器相连接并受第二微控制器的控制驱动，第二微控制器向第二单向功率开关和第三单向功率开关发出相同的驱动信号。

第一微控制器和第二微控制器可以通过SPWM调制方法对功率逆变桥进行调制。功率逆变桥为了实现BOOST的升压功能，在开关调制过程中，可以注入桥臂直通量，进行电感电流调节，以更好实现光伏发电的最大功率追踪控制，因此控制方法比较简单，控制电路可以采用常规的微控制器如单片机、DSP、FPGA等。

第一单向功率开关、第二单向功率开关、第三单向功率开关和第四单向功率开关均包括串联的功率半导体开关与二极管。

其中，功率半导体可以为IGBT功率半导体开关、GTO功率半导体开关和IGCT功率半导体开关之一。

如图2中所示，功率发电单元还可以包括：光伏电池PV1，用于利用光伏发电；直流滤波电容C1，与光伏电池PV1并联且直流滤波电容C1的正极与光伏电池PV1的正极相连接，直流滤波电容C1的负极与功率逆变桥的负极，也即T2端相连接；直流滤波电感L1，连在直流母线中，直流滤波电感L1的正极与光伏电池PV1的正极相连接，直流滤波电感L1的负极与功率逆变桥的正极，也即T1端相连接。

功率发电单元还可以包括交流滤波电容C2，交流滤波电容C2的正极与功率逆变桥的正极，也即T1端相连接，交流滤波电容C2的负极与功率逆变桥的负极，也即T2端相连接。

每个功率发电单元可以并联有一个旁路开关，如图1中所示，A相功率发电单元1旁边并联有旁路开关Ka1，A相功率发电单元2旁边并联有旁路开关Ka2，A相功率发电单元3旁边并联有旁路开关Ka3，B相和C相的逆变阀体中的每个功率发电单元与旁路开关的并联方式相同，在此不再赘述。

每个功率发电单元并联的旁路开关与故障检测器相连接，用于在故障检测器检测出对应的功率发电单元发生故障时断开。

本实用新型实施例提供的可以应用于高压大容量光伏发电系统的光伏变流器，通过N个电流型的功率发电单元进行串联构成高压的变流器逆变阀体，3个逆变阀体进行星型连接构成三相变流器。逆变阀体中的每个功率发电单元均包含一个用于提供能源的光伏电池，一个作为本功率发电单元的直流电压支撑的直流滤波电容，一个用于斩波续流储能能量的直流滤波电感，四个单向功率开关连接成桥式电路，构成功率逆变桥，通过功率逆变桥进行逆变斩波，功率发电单元的交流输出经过交流滤波电容平滑电流脉冲，每个功率发电单元还可以并联旁路开关，以便在功率发电单元出现故障时进行旁路。

由于功率发电单元采用的是电流型的逆变器，因此可以实现BOOST升压的功能，省去原来在光伏电池和逆变器之间的直流/直流变换器，电路结构简单，有利于提高效率；

各个功率发电单元采用级联形式进行升压扩容，无需升压变压器，因此体积小，成本较低；

由于基本采用相同的功率发电单元的重复串联构成，每个功率发电单元的电压等级相同，因此拓扑结构模块性很强，很容易串联实现高电压输出。

功率发电单元中的直流母线存在直流滤波电感，因此对于光伏板对地寄生电容的泄漏电流有抑制作用，有利于降低光伏板泄露的功率。

该实施例提供的光伏变流器通过各个功率发电单元的级联实现了无变压器的升压功能，并经过交流滤波电感进行滤波，最终经过交流接触器并联到电网上，实现并网发电。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种光伏发电变流器，其特征在于，包括：

三个逆变阀体，每个所述逆变阀体均包括串联的N个功率发电单元，其中，N为大于1的自然数，每个所述功率发电单元包括功率逆变桥，所述三个逆变阀体的负极互相连接；

三个滤波电感，所述三个滤波电感与所述三个逆变阀体的正极一一对应连接；

三个接触器，每个所述接触器串联在所述三个滤波电感之一与一相电源之间。

2.根据权利要求1所述的光伏发电变流器，其特征在于，所述功率发电单元串联的端口为所述功率逆变桥的正极和负极。

3.根据权利要求2所述的光伏发电变流器，其特征在于，所述功率逆变桥包括：

第一单向功率开关，其中，所述功率逆变桥的正极为所述第一单向功率开关的负极；

第二单向功率开关，所述第二单向功率开关的正极与所述第一单向功率开关的负极相连接；

第三单向功率开关，所述第三单向功率开关的正极与所述第一单向功率开关的正极相连接，其中，所述功率逆变桥的负极为所述第三单向功率开关的负极；

第四单向功率开关，所述第四单向功率开关的正极与所述第三单向功率开关的负极相连接，所述第四单向功率开关的负极与所述第二单向功率开关的负极相连接。

4.根据权利要求3所述的光伏发电变流器，其特征在于，所述第一单向功率开关和所述第四单向功率开关与第一微控制器相连接并受所述第一微控制器的控制驱动，所述第二单向功率开关和所述第三单向功率开关与第二微控制器相连接并受所述第二微控制器的控制驱动。

5.根据权利要求3所述的光伏发电变流器，其特征在于，所述第一单向功率开关、所述第二单向功率开关、所述第三单向功率开关和所述第四单向功率开关均包括串联的功率半导体开关与二极管。

6.根据权利要求5所述的光伏发电变流器，其特征在于，所述功率半导体为IGBT功率半导体开关、GTO功率半导体开关和IGCT功率半导体开关之一。

7.根据权利要求2所述的光伏发电变流器，其特征在于，所述功率发电单元还包括：

光伏电池，用于利用光伏发电；

直流滤波电容，与所述光伏电池并联且所述直流滤波电容的正极与所述光伏电池的正极相连接，所述直流滤波电容的负极与所述功率逆变桥的负极相连接；

直流滤波电感，所述直流滤波电感的正极与所述光伏电池的正极相连接，所述直流滤波电感的负极与所述功率逆变桥的正极相连接。

8.根据权利要求2所述的光伏发电变流器，其特征在于，所述功率发电单元还包括：

交流滤波电容，所述交流滤波电容的正极与所述功率逆变桥的正极相连接，所述交流滤波电容的负极与所述功率逆变桥的负极相连接。

9.根据权利要求1所述的光伏发电变流器，其特征在于，每个所述功率发电单元并联有一个旁路开关。

10.根据权利要求1所述的光伏发电变流器，其特征在于，每个所述功率发电单元并联的旁路开关与故障检测器相连接，用于在所述故障检测器检测出对应的所述功率发电单元发生故障时断开。