專利名稱：一種基于mmc的無(wú)變壓器太陽(yáng)能逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于MMC(Modular Multilevel Converter)模塊化多電平逆變器 的無(wú)變壓器太陽(yáng)能逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前能源緊缺的時(shí)代，光伏發(fā)電作為可再生能源被普遍認(rèn)可和大力發(fā)展。中國(guó) 對(duì)光能的開(kāi)發(fā)相對(duì)落后，技術(shù)正處于上升階段，中國(guó)的國(guó)土面積大，太陽(yáng)能年輻射量超過(guò) 600kJ/cm2，每年地表吸收的太陽(yáng)能相當(dāng)于17萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能量，因此具有很好的發(fā)展前
旦
ο光電池是將光能轉(zhuǎn)化為電能的主要器件。光伏發(fā)電系統(tǒng)通常采用若干光電池組成 的光電池陣列，以達(dá)到并網(wǎng)逆變器的較高輸入電壓。太陽(yáng)能逆變器又可稱為光伏逆變器，是將光能轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)換裝置?，F(xiàn)有技術(shù) 中的太陽(yáng)能逆變器是將電池陣列合成的直流電壓逆變成三相交流電，經(jīng)過(guò)變壓器后送入電 網(wǎng)，具有變壓器的設(shè)計(jì)方式，使設(shè)備投資大、占地多，成本高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種基于MMC的無(wú)變壓器太陽(yáng)能逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)不用設(shè)置光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)側(cè)的變壓器，采用多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率單元的疊加形式，實(shí)現(xiàn)高壓 輸出；成本低，節(jié)省空間，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，反應(yīng)速度快。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)—種基于MMC的無(wú)變壓器太陽(yáng)能逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括光電池陣列、直流變換電 路、由多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率單元構(gòu)成的逆變器，光電池陣列產(chǎn)生的直流電壓，經(jīng)直流變換電路變換 為穩(wěn)定的直流電壓后，作為逆變器中的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率單元的直流側(cè)電壓；多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率單 元逆變輸出經(jīng)串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)三相交流電壓的合成，直接達(dá)到高壓輸出，并入電網(wǎng)。逆變器的功率單元采用MMC單元作為標(biāo)準(zhǔn)功率單元，標(biāo)準(zhǔn)功率單元采用半橋結(jié) 構(gòu)，上下兩個(gè)IGBT串聯(lián)，再并聯(lián)一個(gè)直流電容；每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率單元均設(shè)有太陽(yáng)能電池板和 直流變換電路，由太陽(yáng)能電池板提供直流電壓，經(jīng)直流變換電路轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓。逆變器為三相，每相由偶數(shù)η個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率單元組成，分為上下兩組，每組的標(biāo)準(zhǔn)功 率單元個(gè)數(shù)為η/2個(gè)，輸出相電壓電平階梯數(shù)為n/2+l，線電壓電平數(shù)為η+1 ；每相的輸出端 為上下兩組標(biāo)準(zhǔn)功率單元的中點(diǎn)處，且輸出端與每組單元之間以耦合或非耦合電感連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是1，無(wú)變壓器配置，使得設(shè)備成本降低1/2。2，無(wú)變壓器配置，使得設(shè)備體積減少1/2。3，無(wú)變壓器配置，使得設(shè)備重量減少1/2。4，無(wú)變壓器配置，使得設(shè)備制造周期減少1/2。5，無(wú)變壓器配置，省掉了承載變壓器的結(jié)構(gòu)與空間。
3[0016]6，無(wú)變壓器配置，省掉了連接變壓器的高壓電纜。7，無(wú)變壓器配置，使得運(yùn)輸便利程度大大增強(qiáng)。8，采用新型的MMC標(biāo)準(zhǔn)功率單元，控制策略簡(jiǎn)單可靠。

圖1是太陽(yáng)能逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；圖2是太陽(yáng)能逆變器的標(biāo)準(zhǔn)功率單元示意圖；圖3-1是功率單元輸出狀態(tài)為0狀態(tài)的電流流向圖；圖3-2是功率單元輸出狀態(tài)為0狀態(tài)的電流流向圖；圖4-1是功率單元輸出狀態(tài)為1狀態(tài)的電流流向圖；圖4-2是功率單元輸出狀態(tài)為1狀態(tài)的電流流向圖。
具體實(shí)施方式
見(jiàn)圖1，一種基于MMC的無(wú)變壓器太陽(yáng)能逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括光電池陣列、直流 變換電路、由多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率單元構(gòu)成的逆變器，光電池陣列產(chǎn)生的直流電壓，經(jīng)直流變換電 路變換為穩(wěn)定的直流電壓后，作為逆變器中的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率單元的直流側(cè)電壓，通過(guò)控制 各個(gè)功率單元開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)A、B、C三相交流電壓的合成，直接達(dá)到高壓輸 出，不經(jīng)過(guò)變壓器直接并入電網(wǎng)。該拓?fù)浠诎霕虼?lián)技術(shù)，采用的功率單元類型為模塊化 多電平modular multilevel converter，稱為MMC標(biāo)準(zhǔn)功率單元，為半橋結(jié)構(gòu)?？梢灾苯舆_(dá) 到高壓輸出，直接并入電網(wǎng)，不需要變壓器，使得成本大大降低，省掉了風(fēng)機(jī)，承載變壓器的 結(jié)構(gòu)與空間，省掉了變壓器相關(guān)的高壓電纜，結(jié)構(gòu)緊湊，控制簡(jiǎn)捷，為太陽(yáng)能發(fā)電提供了一 種新的拓?fù)浼夹g(shù)。見(jiàn)圖2，逆變器的標(biāo)準(zhǔn)功率單元采用半橋結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)開(kāi)關(guān)器件IGBT和直流側(cè)電 容C組成，IGBTl和IGBT2相串聯(lián)，再并以直流電容C，并且IGBTl和IGBT2分別并聯(lián)一個(gè)反 接二極管D1，D2。IGBTl與IGBT2的公共端，電容C與IGBT2的公共端作為每個(gè)單元的輸出 端，與其他單元相連。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率單元均設(shè)有太陽(yáng)能電池板進(jìn)行光伏發(fā)電提供直流電壓， 并采用直流變換電路變換為為穩(wěn)定的直流電壓。逆變器為三相，每相由偶數(shù)η個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率單元組成，分為上下兩組，每組的標(biāo)準(zhǔn)功 率單元個(gè)數(shù)為η/2個(gè)，輸出相電壓電平階梯數(shù)為n/2+l，線電壓電平數(shù)為η+1 ；每相的輸出 端為上下兩組標(biāo)準(zhǔn)功率單元的中點(diǎn)處，且輸出端與每組單元之間以耦合或非耦合電感L連 接。逆變器將單元直流側(cè)合成的直流電壓調(diào)制成交流的三相電壓，由三個(gè)輸出端輸出，直接 并入電網(wǎng)。逆變器的每組的標(biāo)準(zhǔn)功率單元個(gè)數(shù)稱為逆變器級(jí)數(shù)，逆變器級(jí)數(shù)根據(jù)具體的實(shí) 際情況需要確定?？刂艻GBT的柵極電壓使其導(dǎo)通或者關(guān)斷，可以使單元具有不同的電路狀態(tài)。定義 IGBTl關(guān)斷，IGBT2導(dǎo)通為單元的0狀態(tài)，此時(shí)電流可以經(jīng)IGBT2正向流過(guò)(見(jiàn)圖3_1)，也可 以經(jīng)并聯(lián)二極管D2反向流過(guò)(見(jiàn)圖3-2)。定義IGBTl導(dǎo)通，IGBT2關(guān)斷為單元的1狀態(tài)， 電流可以流經(jīng)二極管Dl (見(jiàn)圖4-2)，此時(shí)電容充電；也可以流經(jīng)IGBTl (見(jiàn)圖4_1)，此時(shí)電 容放電。若變頻器級(jí)數(shù)選擇適當(dāng)，變頻器輸出電壓可達(dá)到電網(wǎng)級(jí)別，變頻器將根據(jù)電網(wǎng)電壓發(fā)出與電網(wǎng)同步的電壓波形，并網(wǎng)發(fā)電。 光伏電池的陣列結(jié)構(gòu)可以為集中型，串型，多串集中型等形式。沒(méi)有并網(wǎng)的升壓變 壓器，也沒(méi)有與變壓器相關(guān)的風(fēng)機(jī)、高壓電纜、輔助電路，不需要承載變壓器的結(jié)構(gòu)與空間。 每相上下橋臂由緩沖電抗相連，此電抗可為耦合電抗或者非耦合電抗。
權(quán)利要求一種基于MMC的無(wú)變壓器太陽(yáng)能逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在于，包括光電池陣列、直流變換電路、由多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率單元構(gòu)成的逆變器，光電池陣列產(chǎn)生的直流電壓，經(jīng)直流變換電路變換為穩(wěn)定的直流電壓后，作為逆變器中的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率單元的直流側(cè)電壓；多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率單元逆變輸出經(jīng)串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)三相交流電壓的合成，直接達(dá)到高壓輸出，并入電網(wǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MMC的無(wú)變壓器太陽(yáng)能逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在 于，逆變器的功率單元采用MMC單元作為標(biāo)準(zhǔn)功率單元，標(biāo)準(zhǔn)功率單元采用半橋結(jié)構(gòu)，上下 兩個(gè)IGBT串聯(lián)，再并聯(lián)一個(gè)直流電容；每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率單元均設(shè)有太陽(yáng)能電池板和直流變換 電路，由太陽(yáng)能電池板提供直流電壓，經(jīng)直流變換電路轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于MMC的無(wú)變壓器太陽(yáng)能逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在 于，逆變器為三相，每相由偶數(shù)η個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率單元組成，分為上下兩組，每組的標(biāo)準(zhǔn)功率單 元個(gè)數(shù)為ηΛ個(gè)，輸出相電壓電平階梯數(shù)為n/2+l，線電壓電平數(shù)為η+1 ；每相的輸出端為上 下兩組標(biāo)準(zhǔn)功率單元的中點(diǎn)處，且輸出端與每組單元之間以耦合或非耦合電感連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MMC的無(wú)變壓器太陽(yáng)能逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述的光電池陣列采用太陽(yáng)能電池板構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于MMC的無(wú)變壓器太陽(yáng)能逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括光電池陣列、直流變換電路、由多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率單元構(gòu)成的逆變器，光電池陣列產(chǎn)生的直流電壓，經(jīng)直流變換電路變換為穩(wěn)定的直流電壓后，作為逆變器中的各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率單元的直流側(cè)電壓；多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率單元逆變輸出經(jīng)串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)三相交流電壓的合成，直接達(dá)到高壓輸出，并入電網(wǎng)。優(yōu)點(diǎn)是不用設(shè)置光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)側(cè)的變壓器，采用多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率單元的疊加形式，實(shí)現(xiàn)高壓輸出；成本低，節(jié)省空間，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，反應(yīng)速度快。
文檔編號(hào)H02J3/38GK201774475SQ20102026798
公開(kāi)日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者張坤, 張躍平, 李太峰, 楊洋, 王振, 胡濤, 趙淑玉, 魏西平 申請(qǐng)人:榮信電力電子股份有限公司