一種新的兩級式交流光伏模塊制造技術

本實用新型專利技術公開了一種基于高電壓增益的DC-DC變換器和單相混合箝位型三電平逆變器的兩級式交流光伏模塊。它包括前級的DC-DC變換器和后級的單相混合箝位型的三電平逆變器，其中DC-DC變換器由開關管M1、M2和電感L1、L2構成，DC-DC變換器的輸入端與光伏電池連接，一個輸出端與二極管D1連接后，與另一輸出端間并聯電容C0；DC-DC變換器采用多級脈沖序列方式控制輸出電壓；單相混合箝位型的三電平逆變器包括由串聯的二極管D2、D3以及跨接在二極管D2、D3串聯電路兩端的電容C3組成的單相混合箝位電路，以及由IGBT(Q1、Q2、Q3、Q4)和電容C1、C2組成的逆變器，逆變器的輸出端經電感L3輸出交流電；單相混合箝位電路采用載波移相控制方式對逆變器進行控制。它減小了電壓的波動，提高了輸出功率，方法簡單，便于設計。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種基于高電壓增益的DC-DC變換器和單相混合箝位型三電平逆變器的新的兩級式交流光伏模塊。
技術介紹
近年來，隨著能源危機和環境問題日益嚴重，太陽能、風能、地熱能和潮汐能等可再生能源的利用越來越受到人們的關注。其中太陽能以其范圍廣、資源豐富、無污染、無噪音等優點而擁有廣闊的應用前景。隨著社會的發展，人們對于電力的需求急速增長，在此情況下太陽能發電系統應運而生，人們對于太陽能光伏發電的研究也越來越多。顧名思義，光伏發電就是將太陽能通過光伏效應轉換為電能的技術。近年來，交流光伏模塊作為小功率發電的重要技術受到廣泛應用，這種技術也有了長足的進步。在這種模塊中，它將光伏模塊與逆變器集成起來，組成一個整體的模塊，然后將所有的模塊輸出并入電網，這樣就解決了在傳統逆變器中存在的當逆變器和光伏模塊不匹配時出現的功率損耗問題。由于交流光伏模塊系統安置靈活，可實現系統中光伏組件最大功率點跟蹤的獨立控制，因此實驗證明在外部環境條件相同情況下其對光伏器件的利用率比其它光伏系統結構高出12%。模塊集成逆變器(MIC, Module Integrated Converter)是交流光伏模塊系統設計的關鍵，文獻[QuanLi ;Wolfs, P. ;A Review of the Single PhasePhotovoltaic Module Integrated ConverterTopologies With Three Different DCLink Configurations Power Electronics, [J]. IEEETransactions on Volume 23，Issue3, May 2008Page (s) : 1320-1333]回顧了多種不同的MIC結構設計方案。大多數拓撲都采用帶高頻變壓器的高頻升壓逆變技術，但高頻開關會增加開關損耗。為了提高逆變器的效率，有人采用無源或有源軟開關技術。然而，增加的無源或有源器件會使拓撲結構復雜，可靠性降低。由于太陽能電池板提供的直流電壓通常比較低，所以采用無隔離的變換器[Wuhua Li;Xiangning He;Revies of non-isolated high-stepup DC/DC convertersin photovoltaic Grid-connected applications;Industrial Electronics, IEEETransactions on, 2011, page (s) : 1239-1250]成為了可能。文獻[B. Sahan, A.Notholt-Vergara, A. Engler, P. Zacharias, Development of a single-stage three-phasePV module integrated converter[C], 12th European Conference on Power Electronicsand Applications EPE, Aalborg, Denmark, September 2007，pp. 1-11]研究了一種單級三相電流源型非隔離MIC，但是該結構局限應用于幾百伏輸出電壓的薄膜光伏電池。多電平逆變器因其輸出諧波小，器件開關頻率低，電磁兼容性好等特性而成為高壓大功率領域的研究熱點，而這些優良特性也正是交流光伏模塊逆變器所需要的。
技術實現思路
本技術的目的就是為了解決直流側電容電壓平衡以及系統漏電流等問題，提供一種基于高電壓增益的DC-DC變換器和單相混合箝位型三電平逆變器的新的兩級式交流光伏模塊。具有高升壓比功能的DC-DC變換器的應用省去了隔離變壓器，采用多級脈沖序列控制方法實現對DC-DC變換器直流側輸出電壓的穩定控制，該控制方法同時減小了電壓的波動，提高了輸出功率，而單相三電平逆變器采用載波移相調制方法進行控制，方法簡單，便于設計。為實現上述目的，本技術采用如下技術方案該交流光伏模塊采用兩級式的拓撲結構，包括前級的DC-DC變換器和后級的單相混合箝位型三電平逆變器，其中DC-DC變換器由開關管M1、M2和電感L1、L2構成，DC-DC變換器的輸入端與光伏電池連接，一個輸出端與二極管Dl連接后，與另一輸出端間并聯電容CO ;DC-DC變換器采用多級脈沖序列方式控制輸出電壓；單相混合箝位型三電平逆變器包括由串聯的二極管D2、D3以及跨接在二極管D2、D3串聯電路兩端的電容C3組成的混合箝位電路，以及由IGBT(Q1、Q2、Q3、Q4)和電容Cl、C2組成的逆變器，逆變器的輸出端經電感L3輸出交流電；單相混合箝位電路采用載波移相 控制方式對逆變器進行控制。所述多級脈沖序列方式控制是在連續的若干個開關周期內，根據DC-DC變換器的工作狀態，通過多個不同等級的脈沖信號組成的脈沖序列來實現對電路的控制；即在開關周期起始時刻，若電壓誤差信號Ve大于設定的臨界值Vref表明此時輸出電壓與基準值Vo差距較大，其中Ve=Vref-Vo,需要較大的能量來減小這個差距，因此將選定第一級脈沖P1作為控制信號；若Ve處于Vref與零之間，表明此時輸出電壓略低于基準值，需要較小的能量，因此選定第二級脈沖P2作為控制信號；若Ve處于零與-Vref之間，表明輸出電壓略高于基準值，將選定第三級脈沖P3作為控制信號；若％小于-Vref，表明輸出電壓超出基準值較大，將選定第四級脈沖P4作為控制信號，根據以上的原理，若干個周期的脈沖信號組成一個脈沖序列來實現對變換器的控制。所述載波移相控制方式一般用在級聯型多電平逆變器和飛跨電容型多電平逆變器中。對三電平逆變器，每相采用2個具有相同頻率和相同峰峰值的三角載波與正弦波相比較；2個三角載波間相移180度。這個相移使得產生的SPWM脈沖在相位上錯開，從而使最終疊加輸出的SPWM波形等效開關頻率提高到原來的2倍，因此可在不提高開關頻率的條件下，大大減小輸出諧波。本技術的系統拓撲結構，它由DC-DC變換器加單相三電平混合箝位型逆變器組合而成。系統前級為高增益DC-DC變換器，這種變換器具有較高的靜態升壓比，因此可以省去了隔離變壓器，這大大減小了系統的體積和重量。系統后級為一個單相的混合箝位型的三電平逆變器，相較于二極管箝位的三電平逆變器來說，該種結構有效解決了直流側的電容電壓不平衡的問題，同時系統的漏電流問題也得到解決。該電路省去了常用的變壓器，大大減小了系統的尺寸，使得整個模塊更加輕便，利于安裝和維護，但是也增加了開關的個數。本技術系統的工作原理I高增益DC-DC變換器的原理該結構中包含兩個開關，兩個電感，以及一個輸出二極管和一個輸出電容。兩個開關輸入相同的導通信號，如圖2a_c所示為電路在電流連續模式(CCM)及電流斷續模式(DCM)下的導通狀態，以及其電路的穩態分析如下。DC-DC變換器的等效電路圖2a開關導通，圖2b開關關斷，圖2cDCM模式下開關關斷DC-DC變換器的理想波形，圖3a電流連續模式，圖3b電流斷續模式。假設所有的器件都處于理想狀態，在理想狀態下做出電路的穩態分析。I. I電流連續模式下的穩態分析(I)在Vt1之間，開關Ml和M2導通，如圖2a電感L1、L本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種新的兩級式交流光伏模塊，其特征是，它包括前級的DC？DC變換器和后級的單相混合箝位型的三電平逆變器，其中DC？DC變換器由開關管M1、M2和電感L1、L2構成，DC？DC變換器的輸入端與光伏電池連接，一個輸出端與二極管D1連接后，與另一輸出端間并聯電容C0；DC？DC變換器采用多級脈沖序列方式控制輸出電壓；單相混合箝位型的三電平逆變器包括由串聯的二極管D2、D3以及跨接在二極管D2、D3串聯電路兩端的電容C3組成的混合箝位電路，以及由？Q1、Q2、Q3、Q4四個IGBT管和電容C1、C2組成的單相逆變器，逆變器的輸出端經電感L3輸出交流電；單相混合箝位電路采用載波移相控制方式對逆變器進行控制。

【技術特征摘要】
1.一種新的兩級式交流光伏模塊，其特征是，它包括前級的DC-DC變換器和后級的單相混合箝位型的三電平逆變器，其中DC-DC變換器由開關管Ml、M2和電感LI、L2構成，DC-DC變換器的輸入端與光伏電池連接,一個輸出端與二極管Dl連接后，與另一輸出端間并聯電容CO ；DC-DC變換器采用多級脈沖序列方式控...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳阿蓮，王洪禮，張承慧，杜春水，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：實用新型
國別省市：