專(zhuān)利名稱(chēng)：一種提高igbt單管功率的光伏發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型 屬于光伏發(fā)電領(lǐng)域，涉及一種光伏發(fā)電系統(tǒng)，尤其是一種在大型光伏 發(fā)電并網(wǎng)時(shí)能夠提高IGBT單管功率的光伏發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著不可再生能源的日益枯竭，太陽(yáng)能以其清潔、無(wú)污染、可再生等方面的優(yōu)點(diǎn)日 益得到關(guān)注，逐漸由補(bǔ)充能源向替代能源發(fā)展。其中光伏并網(wǎng)發(fā)電占很大的比重，日漸成為 焦點(diǎn)，并且朝大功率方向發(fā)展。光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電 能。不論是獨(dú)立使用還是并網(wǎng)發(fā)電，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池板(組件)、控制器和 逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機(jī)械部件，所以，光伏發(fā)電設(shè)備 極為精煉，可靠穩(wěn)定壽命長(zhǎng)、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便。理論上講，光伏發(fā)電技術(shù)可以用于任何需要電 源的場(chǎng)合，上至航天器，下至家用電源，大到兆瓦級(jí)電站，小到玩具，光伏電源無(wú)處不在。太 陽(yáng)能光伏發(fā)電的最基本元件是太陽(yáng)能電池(片)，有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。 目前，單晶和多晶電池用量最大，非晶電池用于一些小系統(tǒng)和計(jì)算器輔助電源等。國(guó)產(chǎn)晶體 硅電池效率在10至13%左右，國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品效率約12至14%。由一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能電池 片組成的太陽(yáng)能電池板稱(chēng)為光伏組件。目前，光伏發(fā)電產(chǎn)品主要用于三大方面一是為無(wú)電 場(chǎng)合提供電源，主要為廣大無(wú)電地區(qū)居民生活生產(chǎn)提供電力，還有微波中繼電源、通訊電源 等，另外，還包括一些移動(dòng)電源和備用電源；二是太陽(yáng)能日用電子產(chǎn)品，如各類(lèi)太陽(yáng)能充電 器、太陽(yáng)能路燈和太陽(yáng)能草坪燈等；三是并網(wǎng)發(fā)電，這在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)大面積推廣實(shí)施。我 國(guó)并網(wǎng)發(fā)電正在起步階段。逆變器作為大型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，由于其自身功率的要求，滿(mǎn)足低 壓、大電流要求的IGBT功率管很難選擇。目前大致有以下幾種方法(1)采用一臺(tái)三相逆 變器；(2)采用三臺(tái)逆變器，每臺(tái)用單相逆變電路實(shí)現(xiàn)；(3)采用多臺(tái)逆變器，每臺(tái)均采用三 相的逆變電路。但在相同的功率條件下，每種方法均存在一些弊端。第(1)種方法中，各橋 臂的電壓超出了單只IGBT管的耐壓范圍，需要對(duì)每個(gè)臂的IGBT功率管器件進(jìn)行串并聯(lián)，以 滿(mǎn)足逆變器容量的要求，若只是在每個(gè)臂多串一個(gè)，多并一個(gè)，則整個(gè)逆變器就會(huì)多接入12 只功率管，提高設(shè)備成本的同時(shí)，也增加了維護(hù)、監(jiān)控的難度；第(2)、(3)兩種方法，都是為 了減少功率管的串并聯(lián)數(shù)而提出的解決方法。第(2)種方法中，若每臺(tái)單相逆變器采用的 功率管最少，為四只管，則三臺(tái)逆變器最少需要十二只管。第(3)種方法中，最少需要十二 只管(最少采用兩臺(tái)逆變器)，但是設(shè)備成本并沒(méi)有下降，功率管的數(shù)目也并沒(méi)有減少。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種提高IGBT單管功率 的光伏發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)增加升壓電路，可以減少逆變器各橋臂的IGBT串并聯(lián)數(shù)，簡(jiǎn) 化結(jié)構(gòu)、降低成本、特別適用于大型光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)場(chǎng)合。[0006]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)解決的這種提高IGBT單管功率的光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括光伏組件以及依次連接于其輸出 端的并網(wǎng)逆變器、有源濾波器和配電系統(tǒng)，在光伏組件與并網(wǎng)逆變器之間設(shè)置DC/DC升壓 電路，所述DC/DC升壓電路的輸入端與光伏組件的輸出端連接，DC/DC升壓電路的輸出端與 并網(wǎng)逆變器的輸入端連接。上述DC/DC升壓電路由DC/DC升壓變換器或者DC/DC升壓IC實(shí)現(xiàn)。上述并網(wǎng)逆變器為三相橋式逆變電路。由于本實(shí)用新型增設(shè)了 DC/DC升壓電路，提高了輸入并網(wǎng)逆變器的電壓，對(duì)于同 樣的功率要求，克服了低壓、大電流的IGBT功率管在選擇上的困難；對(duì)于大功率的逆變器， 可以達(dá)到每個(gè)橋臂一個(gè)IGBT的要求，避免串并聯(lián)，提高逆變運(yùn)行的可靠性；對(duì)于大功率系 統(tǒng)，可以用相對(duì)較少的模塊數(shù)，達(dá)到大型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)所需功率的要求。模塊數(shù)的減少，可 以減小故障率；并且本實(shí)用新型有效降低了光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本，使其便于維護(hù)。

圖1為本實(shí)用新型的連接示意圖；圖2為本實(shí)用新型并網(wǎng)逆變器的三相逆變電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型包括光伏組件、并網(wǎng)逆變器、有源濾波器以及連接于有源濾 波器輸出端的配電系統(tǒng)(如圖中的SVC和IOKV或35KV電網(wǎng))，本實(shí)用新型的特別之處是在 光伏組件與并網(wǎng)逆變器之間設(shè)置DC/DC升壓電路。其中DC/DC升壓電路的輸入端與光伏組 件的輸出端連接，DC/DC升壓電路的輸出端與并網(wǎng)逆變器的輸入端連接。本實(shí)用新型的最 優(yōu)方案是由DC/DC升壓變換器或者DC/DC升壓IC來(lái)實(shí)現(xiàn)DC/DC升壓電路。如圖2所示，上述的并網(wǎng)逆變器為三相橋式逆變電路。圖中Ui為逆變器的輸入， 也是升壓DC/DC的輸出。AU、BU、CV、DV、EW、Fff為逆變器的6個(gè)橋臂。在大功率光伏并網(wǎng) 系統(tǒng)中，逆變器要求的容量要求比較大(百KW級(jí)或MW級(jí))，而光伏電池板(光伏組件)的 輸出電壓一般比較低(幾百伏)，且在傳統(tǒng)的方法中，沒(méi)有DC/DC升壓環(huán)節(jié)。在這種情況下， 為滿(mǎn)足逆變器容量的要求，經(jīng)過(guò)各橋臂的電流就比較大(上千安培)，一只IGBT功率管根本 無(wú)法承受，只能在每個(gè)橋臂上并聯(lián)一只或多只同型號(hào)的IGBT。采用本實(shí)用新型的方案，加入 DC/DC升壓電路后，在相同的容量要求下，把各橋臂的電壓升上去一點(diǎn)，電流就會(huì)降下來(lái)，這 樣的IGBT可以選擇的范圍比較寬，甚至每個(gè)橋臂可以只用一只IGBT功率管。本實(shí)用新型主要用于光伏發(fā)電系統(tǒng)中的并網(wǎng)逆變器部分，采用兩級(jí)式的并網(wǎng)逆變 方式，前級(jí)為升壓DC/DC電路，后級(jí)為三相橋式的并網(wǎng)逆變器。前級(jí)的DC/DC電路采用升壓 方式，以提高并網(wǎng)逆變器的輸入電壓，使并網(wǎng)逆變器每個(gè)橋臂的電壓升高。在大功率器件 中，選擇相應(yīng)的較高電壓、較低電流的IGBT的型號(hào)就變得容易得多。如果元器件及系統(tǒng)參 數(shù)選擇合適，可以達(dá)到每個(gè)橋臂只需一個(gè)功率管，無(wú)須串聯(lián)、并聯(lián)的目的。本實(shí)用新型具備以下優(yōu)點(diǎn)對(duì)于同樣的功率要求，克服了低壓、大電流的IGBT功率管在選擇上的困難；對(duì)于大功率的逆變器，可以達(dá)到每個(gè)橋臂一個(gè)IGBT的要求，避免串并聯(lián)，提高逆變運(yùn)行的可靠 性；對(duì)于大功率系統(tǒng)，可以用相對(duì)較少的模塊數(shù)，達(dá)到大型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)所需功率的要求。 模塊數(shù)的減少，可以減小故障率；另外，本實(shí)用新型的附屬設(shè)備減少(如①選擇同樣的逆 變主電路，驅(qū)動(dòng)電路原來(lái)需要驅(qū)動(dòng)12只功率管或更多，現(xiàn)在只須驅(qū)動(dòng)的功率管個(gè)數(shù)最少只 有6個(gè)，復(fù)雜程度降低；②每個(gè)臂功率管的投切及相應(yīng)的操動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單化；③功率管的監(jiān)控 單元簡(jiǎn)單化等)有效降低了成本，便于維護(hù)。
權(quán)利要求一種提高IGBT單管功率的光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括光伏組件以及依次連接于其輸出端的并網(wǎng)逆變器、有源濾波器和配電系統(tǒng)，其特征在于在光伏組件與并網(wǎng)逆變器之間設(shè)置DC/DC升壓電路，所述DC/DC升壓電路的輸入端與光伏組件的輸出端連接，DC/DC升壓電路的輸出端與并網(wǎng)逆變器的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高IGBT單管功率的光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述DC/ DC升壓電路由DC/DC升壓變換器或者DC/DC升壓IC實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高IGBT單管功率的光伏發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于所述并網(wǎng) 逆變器為三相橋式逆變電路。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種提高IGBT單管功率的光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括光伏組件以及連接于其輸出端的并網(wǎng)逆變器、有源濾波器和配電系統(tǒng)，在光伏組件與并網(wǎng)逆變器之間設(shè)置DC/DC升壓電路，所述DC/DC升壓電路的輸入端與光伏組件的輸出端連接，DC/DC升壓電路的輸出端與并網(wǎng)逆變器的輸入端連接。該系統(tǒng)通過(guò)增加升壓電路，可以減少逆變器各橋臂的IGBT串并聯(lián)數(shù)，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本、特別適用于大型光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)場(chǎng)合。
文檔編號(hào)H02M7/537GK201623498SQ200920274890
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者嚴(yán)結(jié)實(shí), 宮緯麗, 張杭, 秦祖蔭 申請(qǐng)人:中國(guó)西電電氣股份有限公司