一種寬輸入電壓低損耗的單相光伏并網(wǎng)逆變器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及逆變器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種寬輸入電壓低功耗的單相光伏并網(wǎng)逆變器。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏并網(wǎng)逆變器的作用是將光伏陣列寬的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電向電網(wǎng)輸送電能，其設(shè)計目標(biāo)是在性能良好且工作可靠的同時，盡可能輸出最大的發(fā)電功率。而光伏發(fā)電效率主要受限制于光伏陣列電壓的利用率以及逆變器的轉(zhuǎn)換效率。目前單相無變壓器光伏并網(wǎng)逆變器是小功率并網(wǎng)逆變器的常用結(jié)構(gòu)，它不僅可以減小逆變器的體積，降低其成本，還能提高逆變器的效率。常用的單相無變壓器并網(wǎng)逆變器主要有:全橋結(jié)構(gòu)、H5結(jié)構(gòu)、H6結(jié)構(gòu)、HERIC結(jié)構(gòu)以及并聯(lián)的BUCK變換器結(jié)構(gòu)等，這些并網(wǎng)逆變器的轉(zhuǎn)換效率稍有不同，其中并聯(lián)的BUCK變換器結(jié)構(gòu)效率最高，可以達(dá)到98%。這些并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)有一個共同的特點，就是均采用單級結(jié)構(gòu)。為實現(xiàn)光伏陣列輸出的能量傳輸給電網(wǎng)，單級結(jié)構(gòu)要求并網(wǎng)逆變器的輸入電壓必須高于電網(wǎng)電壓峰值，至少高于310V，這就不利于光伏電壓的充分利用。
[0003]為了提高光伏電壓的利用率，當(dāng)光伏陣列輸出電壓較低時，現(xiàn)已有解決方案是:一般在并網(wǎng)逆變器的前端增加一個升壓變換器，形成一個兩級的并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)。前級升壓變換器用于將光伏陣列輸出電壓升高到一個更高的穩(wěn)定直流電壓，而后級逆變器則將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能并與電網(wǎng)并網(wǎng)。盡管后級的全橋逆變器采用上下混合調(diào)制策略，以降低開關(guān)管的開關(guān)損耗，但由于前級增加了升壓變換器，同時前級變換器和后級變換器獨(dú)立控制，兩者之間沒有任何的協(xié)調(diào)機(jī)制，這兩個變換器在多數(shù)情況下都要同時工作，因此這種光伏并網(wǎng)逆變器總的效率難以提高，一般在95 %左右。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種寬輸入電壓低功耗的單相光伏并網(wǎng)逆變器，旨在解決現(xiàn)有的單相無變壓器并網(wǎng)逆變器存在的太陽能利用率和效率低的技術(shù)問題。
[0005]本發(fā)明提供了一種寬輸入電壓低功耗的單相光伏并網(wǎng)逆變器，所述單相光伏并網(wǎng)逆變器為兩級結(jié)構(gòu)，前級為升壓變換器，后級為降壓變換器，所述升壓變換器包括第一開關(guān)管Sb、儲能電感Lb、第一續(xù)流二極管Db、旁路二極管Dbl和薄膜電容Cdc;所述儲能電感Lb的一端連接至輸入電壓Vin的正極，所述儲能電感Lb的一端還連接至所述旁路二極管Dbl的陽極，所述第一續(xù)流二極管Db的陽極連接至所述儲能電感Lb的另一端，所述第一續(xù)流二極管Db的陰極連接至所述旁路二極管Dbl的陰極;所述薄膜電容Cdc的一端連接在所述第一續(xù)流二極管Db的陰極，所述薄膜電容Cdc的另一端連接至所述輸入電壓Vin的負(fù)極;所述第一開關(guān)管Sb的一端連接至所述儲能電感Lb的另一端，所述第一開關(guān)管Sb的另一端連接至所述輸入電壓Vin的負(fù)極;所述第一開關(guān)管Sb的控制端用于接收外部的PffM調(diào)制信號并控制所述第一開關(guān)管Sb的一端與另一端之間的導(dǎo)通;所述降壓變換器包括:第二開關(guān)管S1、第三開關(guān)管S2、第四開關(guān)管S3、第五開關(guān)管S4、第二續(xù)流二極管Dl、第三續(xù)流二極管D2、第一濾波電感Lfl、第二濾波電感Lf2和濾波電容Cf;所述第二開關(guān)管SI與所述第一濾波電感Lfl相連和所述濾波電容Cf構(gòu)成輸出正弦電壓的正半周的斬波電路，所述第二續(xù)流二極管Dl連接在所述第二開關(guān)管SI和所述第一濾波電感Lfl之間為所述第一濾波電感1^提供續(xù)流回路;所述第三開關(guān)管S2與所述第二濾波電感Lf 2相連和所述濾波電容Cf構(gòu)成輸出正弦電壓的負(fù)半周的斬波電路，所述第三續(xù)流二極管D2連接在所述第三開關(guān)管S2和所述第二濾波電感Lf2之間為所述第二濾波電感Lf2提供續(xù)流回路;所述第四開關(guān)管S3和所述第五開關(guān)管S4的一端相連，并與所述第二續(xù)流二極管Dl和所述第三續(xù)流二極管D2的陰極相連，所述第四開關(guān)管S3和所述第五開關(guān)管S4的另一端分別電網(wǎng)兩端相連，交替導(dǎo)通提供正負(fù)半周斬波切換回路。所述第二開關(guān)管S1、第三開關(guān)管S2、第四開關(guān)管S3、第五開關(guān)管S4的控制端接收外部的PWM調(diào)制信號。
[0006]在本發(fā)明實施例中，濾波電感Lfl、Lf2和續(xù)流二極管Dl、D2位于IGBT S3、S4的前面，這樣減小了能量傳輸和續(xù)流的路徑，同時避免了降壓變換器開關(guān)管S1、S2產(chǎn)生直通。
[0007]其中，所述第一開關(guān)管Sb為升壓MOSET管，所述第二開關(guān)管SI為降壓MOSFET管，所述第三開關(guān)管S2為降壓MOSFET管，所述第四開關(guān)管S3為IGBT，所述第五開關(guān)管S4為IGBT。
[0008]在本發(fā)明實施例中，兩級變換器可以采用分時協(xié)調(diào)HVM調(diào)制；具體地，五個開關(guān)管315、31、32、33、34分為兩組:高頻開關(guān)管313、31、32和工頻開關(guān)管33、34。在任何一個時刻只有一個尚頻開關(guān)管工作在尚頻開關(guān)下。
[0009]其中，當(dāng)輸入電壓Vin高于電網(wǎng)電壓VJM值的絕對值時，所述升壓變換器被旁路，光伏陣列輸出的能量通過旁路二極管Dbl直接傳輸給所述降壓變換器。
[0010]其中，當(dāng)輸入電壓低于電網(wǎng)電壓幅值的絕對值時，所述薄膜電容Cdc兩端的電壓是按正弦變化的直流電壓。
[0011]其中，當(dāng)輸入電壓Vin低于電網(wǎng)電壓VdM值的絕對值時，所述升壓變換器產(chǎn)生按正弦變化的直流電壓，所述降壓變換器實現(xiàn)并網(wǎng)；當(dāng)輸入電壓Vin高于電網(wǎng)電壓Vg幅值的絕對值時，所述升壓變換器被旁路二極管旁路，所述降壓變換器實現(xiàn)降壓及并網(wǎng)。
[0012]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0013](I)當(dāng)輸入電壓高于電網(wǎng)電壓幅值的絕對值時，前級升壓變換器不工作，升壓MOSFET管Sb總是截止的，升壓變換器的損耗得以降低。
[0014](2)前級升壓變換器輸出的直流電壓不是恒定的，而是按電網(wǎng)所對應(yīng)的正弦電壓變化，這樣直流母線濾波電容容量要求不高，可采用薄膜電容。
[0015](3)濾波電感Lfl、Lf2和續(xù)流二極管Dl、D2位于IGBT S3、S4的前面，這樣減小了能量傳輸和續(xù)流的路徑，同時避免了變換器開關(guān)管產(chǎn)生直通。
[0016](4)采用本發(fā)明所給出的分時協(xié)調(diào)PWM調(diào)制可以保證三個高頻開關(guān)管中任何時候只有一個高頻開關(guān)管工作在高頻狀態(tài)下，這樣可以大大降低本發(fā)明所給出的并網(wǎng)逆變器的開關(guān)損耗。
[0017](5)本發(fā)明所提出的一種寬輸入電壓低功耗的單相光伏并網(wǎng)逆變器能保證當(dāng)直流輸入電壓低于150V時能并網(wǎng)工作，而且光伏并網(wǎng)逆變器總的效率可以達(dá)到97%。與常規(guī)的兩級并網(wǎng)逆變器相比，可提高大約兩個百分點。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明所實施的寬輸入電壓低損耗單相光伏并網(wǎng)逆變器的電路圖。
[0019]圖2為在一個電網(wǎng)電壓周期內(nèi)的光伏并網(wǎng)逆變器的分時協(xié)調(diào)方案。
[0020]圖3為在一個電網(wǎng)電壓周期內(nèi)的分時協(xié)調(diào)PffM調(diào)制下各個開關(guān)的控制信號。
[0021]圖4為電網(wǎng)電壓正半周，當(dāng)輸入電壓Vin高于電網(wǎng)電壓Vg幅值時分時協(xié)調(diào)PffM策略下的等效電路。
[0022]圖5為電網(wǎng)電壓正半周，當(dāng)輸入電壓Vin低于電網(wǎng)電壓Vg幅值時分時協(xié)調(diào)PffM策略下的等效電路。
[0023]圖6為電網(wǎng)電壓負(fù)半周，當(dāng)輸入電壓Vin高于電網(wǎng)電壓Vg幅值的絕對值時分時協(xié)調(diào)PffM策略下的等效電路。
[0024]圖7為電網(wǎng)電壓負(fù)半周，當(dāng)輸入電壓Vin于電網(wǎng)電壓Vg幅值的絕對值時分時協(xié)調(diào)PWM策略下的等效電路。
[0025]圖8為常規(guī)單相光伏并網(wǎng)逆變器的電路圖。
[0026]圖9為常規(guī)單相光伏并網(wǎng)逆變器的各個開關(guān)的控制信號。
[0027]圖10為在不同開關(guān)頻率下兩種變換器效率的比較。
[0028]圖11為不同輸入電壓時兩種變換器效率的比較。
【具體實施方式】
[0029]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0030]本發(fā)明針對常用的單相無變壓器并網(wǎng)逆變器存在的太陽能利用率和效率低等問題，提出了一種寬輸入電壓低損耗的單相光伏并網(wǎng)逆變器。
[0031]所提出的單相光伏并網(wǎng)逆變器為兩級結(jié)構(gòu)，前級為升壓變換器，后級為降壓變換器。前級升壓變換器由升壓MOSET Sb、儲能電感Lb、續(xù)流二極管Db、旁路二極管Dbl、薄膜電容Cdc等構(gòu)成，后級降壓變換器由降壓MOSFET SI和S2、IGBT S3和S4、續(xù)流二極管Dl和D2、濾波電感Lfl和Lf2及濾波電容Cf等構(gòu)成。
[0032]這兩級變換器采用分時協(xié)調(diào)PffM調(diào)制。當(dāng)輸入電壓低于電網(wǎng)電壓幅值的絕對值時，前級升壓變換器產(chǎn)生按正弦變化的直流電壓，后級降壓變換器實現(xiàn)并網(wǎng)；當(dāng)輸入電壓高于電網(wǎng)電壓幅值的絕對值時，前級升壓變換器被旁路二極管旁路，后級降壓變換器實現(xiàn)降壓及并網(wǎng)。
[0033]當(dāng)輸入電壓高于電網(wǎng)電壓幅值的絕對值時，光伏陣列輸出的電能直接通過旁路二極管Dbl傳送給降壓變換器，此時升壓MOSFET Sb總是截止的。在電網(wǎng)電壓正半周，IGBT S