一種基于多相逆變單元的光伏發(fā)電裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及光伏發(fā)電技術領域，具體涉及一種基于多相逆變單元的光伏發(fā)電
目.ο
【背景技術】
[0002]隨著我國光伏行業(yè)的蓬勃發(fā)展，集中式逆變器以其高效率、低成本、易維護等優(yōu)點已經(jīng)在我國大批量的應用。但隨著大功率集中式逆變器技術的不斷發(fā)展，國家相關標準的出臺，對逆變器的諧波提出了明確的要求，即要求并網(wǎng)逆變器輸出的諧波必須低于3%。為了達到這個標準，傳統(tǒng)兩電平逆變器如圖1所示系統(tǒng)框圖，只能通過增加后級濾波器感量和系統(tǒng)開關頻率來實現(xiàn)，然而在單機電流應力不變的前提下，提高后級濾波器感量勢必會引起電感成本增加，并且電感噪音和電感體積都會大幅上升，同時增加開關頻率對開關管的應力提出了更高的要求，而目前開關管很難滿足要求。為了滿足標準的要求，同時克服兩電平中存在的問題，行業(yè)內(nèi)將逆變器的拓撲形式轉向多電平。但是在大功率場合，受多電平逆變器中單管容量的限制，多電平逆變器需要多機并聯(lián)運行，但是多機并聯(lián)模式控制方式較為復雜，故障率較高，并且產(chǎn)業(yè)化程度低，成本居高不下。
[0003]另外，為了追求最大的電能轉化效率，業(yè)主希望集中式逆變器具有多路ΜΡΡΤ的功能，傳統(tǒng)的兩電平集中式逆變器受拓撲結構的限制，無法解決該問題。目前該問題的解決方式只有靠模塊化并聯(lián)技術實現(xiàn)，但是，模塊化并聯(lián)技術的產(chǎn)業(yè)化有待進一步加強。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本實用新型針對目前電氣設備中散熱系統(tǒng)所存在的問題，提出了一種基于多相逆變單元的光伏發(fā)電裝置，有效減小輸出諧波(THD)含量及輸出濾波參數(shù)，使得開關管的電流應力較小。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0006]—種基于多相逆變單元的光伏發(fā)電裝置，包括依次連接的直流輸入單元、多相逆變單元、交流濾波單元和變壓器單元；所述直流輸入單元為一組或并列的兩組光伏陣列；所述多相逆變單元由Ν組相數(shù)彡6的IGBT或M0SFET組成NPC型半橋單元并聯(lián)組成，其各相之間的相差為360/Ν度；所述多相逆變單元的直流輸入端接一組光伏陣列時，光伏陣列的PV+和PV-分別接多相逆變單元直流輸入側Ρ端和Ν端，所述多相逆變單元的直流輸入端接兩組光伏陣列時，兩組光伏陣列的PV1+和PV1-分別接多相逆變單元直流側Ρ端和0端，PV2+與PV2-分別接多相逆變單元直流側0端和Ν端；所述交流濾波單元是由多相逆變單元中各相的輸出端分別串聯(lián)的濾波電感以及多相逆變單元相鄰相之間跨接的濾波電容組成；每一組交流濾波單元連同后級變壓器單元的變壓器漏感等效為LCL濾波器；所述變壓器單元原邊根據(jù)多相逆變單元的輸出相數(shù)給出對應的線包，每相線包的首端和末端分別按相序接到多相逆變器單元輸出相應的相。
[0007]所述多相逆變單元的每組NPC型半橋單元上還并聯(lián)有一組或多組NPC型半橋單J L ο
[0008]所述多相逆變單元的調制方式為層疊載波與移相載波相結合的方式。
[0009]當多相逆變單元為六相時，相序依次為A、X、B、Y、C、Z，所述多相逆變單元的調制方式為:其中A相正半周由O度正極載波調制，A相負半周由O度負極載波調制，X相正半周由180度正極載波調制，X相負半周由180度負極載波調制，A相調制波與X相調制波互差180度；其余B相與Y相、C相與Z相的調制方法與A、X相類似，只是調制波按之前所述的相位關系發(fā)生變化。
[0010]所述多相逆變單元的輸出相電壓Uax是通過A相三電平波形與X相三電平波形作差，其輸出相電壓Uax波形呈現(xiàn)5電平PffM電壓波形，電平數(shù)量翻倍。
[0011]和現(xiàn)有技術相比較，本實用新型具備如下優(yōu)點:
[0012](I)本實用新型的拓撲結構中，逆變單元由多相逆變橋臂并聯(lián)組成，并且每相輸出均采用雙臂調制輸出，所以輸出電平數(shù)多，可有效減小輸出諧波(THD)含量及輸出濾波參數(shù)。
[0013](2)本實用新型中逆變單元采用了多相橋臂并聯(lián)的形式，使得開關管的電流應力較小。
[0014](3)由于拓撲結構中直流輸入可接入兩路光伏組件，所以該系統(tǒng)可實現(xiàn)兩路MPPT功能。
【附圖說明】
[0015]圖1傳統(tǒng)集中式逆變器系統(tǒng)原理圖。
[0016]圖2多相逆變系統(tǒng)原理圖。
[0017]圖3新型逆變單元基本拓撲。
[0018]圖4多相逆變系統(tǒng)變壓器單元原理圖。
[0019]圖5基本逆變單元發(fā)波調制方式。
[0020]圖6基本逆變單兀輸出相電壓。
[0021]圖7新型逆變單元改進拓撲。
[0022]圖8改進逆變單元發(fā)波調制方式。
[0023]圖9改進逆變單元輸出相電壓。
【具體實施方式】
[0024]如圖2所示為多相逆變系統(tǒng)原理圖，如圖所示，一種基于多相逆變單元的光伏發(fā)電裝置，包括依次連接的直流輸入單元、多相逆變單元、交流濾波單元和變壓器單元。
[0025]如圖3所示為多相逆變單元基本拓撲圖，所述直流輸入單元可以是一路或兩路光伏陣列并列接入其后級的多相逆變單元的直流輸入端。所述多相逆變單元的直流輸入端接一組PV陣列時，其PV+與PV-分別接多相逆變單元直流輸入側P、N端，所述多相逆變單元的直流輸入端接兩組PV陣列時，其PVl+與PVl-分別接多相逆變單元直流側P、O端，PV2+與PV2-分別接多相逆變單元直流側0、N端。
[0026]所述多相逆變單元由N組(相數(shù)彡6) IGBT或MOSFET組成NPC型半橋單元組成。其各相之間的相差為360/N度。
[0027]所述多相逆變單元后級接有交流輸出濾波單元。該濾波單元是由多相逆變單元中各相的輸出端分別串聯(lián)一濾波電感和相鄰相之間跨接一濾波電容組成。每一組交流濾波單元連同后級變壓器單元的變壓器漏感等效為LCL濾波器。
[0028]所述輸出濾波單元后級接入并網(wǎng)變壓器。所述變壓器單元原邊根據(jù)多相逆變單元的輸出相數(shù)給出對應的線包，每相線包的首端和末端分別按相序接到多相逆變器單元輸出相應的相。
[0029]圖4為多相逆變系統(tǒng)變壓器單元原理圖，所述變壓器單元的原邊有三組繞組，分別與逆變器單元的三組輸出端相連接，即A、X與變壓器單元第一繞組連接，B、Y與變壓器單元第二繞組連接，C、Z與變壓器單元第三繞組連接。所述變壓器單元的副邊繞組的三個輸出接頭均從一母線并聯(lián)輸出。
[0030]圖5為基本逆變單元發(fā)波調制方式，所述多相逆變單元的調制方式為層疊載波與移相載波相結合的方式。如圖所示，逆變單元以六相為例，相序依次為A、X、B、Y、C、Z，其逆變單元的調制方式為:其中A相正半周由O度正極載波(Z-up-0)調制，A相負半周由O度負極載波(Ζ-down-O)調制，X相正半周由180度正極載波(Z_up-180)調制，X相負半周由180度負極載波(Z-down-180)調制，A相調制波(UA)與X相調制波(UX)互差180度；其余B相與Y相、C相與Z相的調制方法與A、X相類似，只是調制波按之前所述的相位關系發(fā)生變化。
[0031]圖6為基本逆變單兀輸出相電壓。如圖所不，所述多相逆變單兀的輸出相電壓Uax，該電壓是通過A相三電平波形與X相三電平波形作差，其輸出相電壓Uax波形呈現(xiàn)5電平PWM電壓波形，電平數(shù)量翻倍。
[0032]如圖7所示，對所述逆變單元拓撲進行改進，所述多相逆變單元的每組NPC型半橋單元上還并聯(lián)有一組或多組NPC型半橋單元。具體的，在Al、X1、B1、Y1、C1、Zl六條基本橋臂的基礎上分別并聯(lián)一條A2、X2、B2、Y2、C2、Z2橋臂。其中Al臂輸出與A2臂輸出經(jīng)過電感后并聯(lián)，組合為A相輸出，用同樣的方法組合出其余5相輸出。
[0033]圖7所示改進逆變單元拓撲的調制方式如圖8所示。Al、A2臂采用交錯控制，其載波相差90度。其中Al相正半周由O度正極載波(Ζ-up-O)調制，Al相負半周由O度負極載波(Ζ-down-O)調制，Xl相正半周由180度正極載波(Z_up-180)調制，Xl相負半周由180度負極載波(Z-down-180)調制，A2相正半周由90度正極載波(Z_up-90)調制，A2相負半周由90度負極載波(Z-down-90)調制，X2相正半周由270度正極載波(Z_up-270)調制，X2相負半周由270度負極載波(Z-down-270)調制，Al相調制波與A2相調制波相同，均為UA, Xl相調制波與X2相調制波相同，均為UX,且UA與UX互差180度。其余B1、B2、Y1、Y2與C1、C2、Z1、Z2的調制方法與A1、A2、X1、X2相雷同，只是調制波按之前所述的相位關系發(fā)生變化。
[0034]所述改進的逆變單元的輸出相電壓如圖9所示，其為9電平輸出電壓。AX輸出電壓為(UAl+UA2)/2-(UXl+UX2)/2。電平數(shù)量較所述基本逆變單元翻了一倍。
【主權項】
1.一種基于多相逆變單元的光伏發(fā)電裝置，其特征在于:包括依次連接的直流輸入單元、多相逆變單元、交流濾波單元和變壓器單元；所述直流輸入單元為一組或并列的兩組光伏陣列；所述多相逆變單元由N組相數(shù)彡6的IGBT或MOSFET組成NPC型半橋單元并聯(lián)組成，其各相之間的相差為360/N度；所述多相逆變單元的直流輸入端接一組光伏陣列時，光伏陣列的PV+和PV-分別接多相逆變單元直流輸入側P端和N端，所述多相逆變單元的直流輸入端接兩組光伏陣列時，兩組光伏陣列的PV1+和PV1-分別接多相逆變單元直流側P端和0端，PV2+與PV2-分別接多相逆變單元直流側0端和N端；所述交流濾波單元是由多相逆變單元中各相的輸出端分別串聯(lián)的濾波電感以及多相逆變單元相鄰相之間跨接的濾波電容組成；每一組交流濾波單元連同后級變壓器單元的變壓器漏感等效為LCL濾波器；所述變壓器單元原邊根據(jù)多相逆變單元的輸出相數(shù)給出對應的線包，每相線包的首端和末端分別按相序接到多相逆變器單元輸出相應的相。2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于多相逆變單元的光伏發(fā)電裝置，其特征在于:所述多相逆變單元的每組NPC型半橋單元上還并聯(lián)有一組或多組NPC型半橋單元。3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于多相逆變單元的光伏發(fā)電裝置，其特征在于:所述多相逆變單元的輸出相電壓UAX是通過A相三電平波形與X相三電平波形作差，其輸出相電壓UAX波形呈現(xiàn)5電平PWM電壓波形，電平數(shù)量翻倍。
【專利摘要】一種基于多相逆變單元的光伏發(fā)電裝置，包括依次連接的直流輸入單元、多相逆變單元、交流濾波單元和變壓器單元；直流輸入單元為一組或并列的兩組光伏陣列；多相逆變單元由N組相數(shù)≥6的IGBT或MOSFET組成NPC型半橋單元并聯(lián)組成，其各相之間的相差為360/N度；交流濾波單元是由多相逆變單元中各相的輸出端分別串聯(lián)的濾波電感以及多相逆變單元相鄰相之間跨接的濾波電容組成；每一組交流濾波單元連同后級變壓器單元的變壓器漏感等效為LCL濾波器；變壓器單元原邊根據(jù)多相逆變單元的輸出相數(shù)給出對應的線包，每相線包的首端和末端分別按相序接到多相逆變器單元輸出相應的相；本實用新型有效減小輸出諧波含量及輸出濾波參數(shù)，使得開關管的電流應力較小。
【IPC分類】H02J3/38, H02S40/32
【公開號】CN205051361
【申請?zhí)枴緾N201520789601
【發(fā)明人】黨凱, 劉小剛, 張新濤, 丁劉根, 宋東升
【申請人】特變電工西安電氣科技有限公司, 特變電工新疆新能源股份有限公司
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年10月12日