專利名稱：飛跨電容式五電平光伏逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種光伏逆變器，具體涉及一種多輸入光伏逆變器。
背景技術(shù)：
能源是人類社會存在和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。目前能源緊缺、環(huán)境惡化的日趨嚴重是關(guān)乎人類生存及發(fā)展的全球性問題?？稍偕茉磳儆诳裳h(huán)使用的清潔能源，由于其資源十分豐富，且不受地域限制，可就地利用，具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景，是未來能源系統(tǒng)的希望。太陽能是一種巨量的可再生能源，太陽直接輻射到地球的能量十分豐富，分布廣泛，不會污染環(huán)境，清潔干凈。中國也擁有豐富的太陽能資源，目前可開發(fā)的太陽能是21039 億千瓦，若將的中國沙漠裝上光伏，總?cè)萘繉⑦_到13億千瓦，超過我國目前所有能源發(fā)電的裝機容量。當今世界各國特別是發(fā)達國家對光伏發(fā)電技術(shù)十分重視，其開發(fā)和利用已經(jīng)歷了幾十年，逐漸成為綠色能源領(lǐng)域的前沿技術(shù)。國際上，光伏發(fā)電無論從技術(shù)上還是從規(guī)模上已經(jīng)比較成熟，已進入商業(yè)化運作階段，并且已主要用于城市的并網(wǎng)發(fā)電。我國太陽能光伏發(fā)電起步較晚，80年代中后期初具規(guī)模，90年代以來技術(shù)在不斷成熟，無論是產(chǎn)業(yè)化方面還是應(yīng)用方面都發(fā)展很快，目前多應(yīng)用在邊遠無電地區(qū)獨立式發(fā)電，例如在甘肅、西藏、新疆等地建立了以光伏發(fā)電為基礎(chǔ)的電力設(shè)施。而并網(wǎng)發(fā)電及城市應(yīng)用起步較晚，隨著國家對新能源的日益重視及一系列優(yōu)惠政策的頒布，我國太陽能發(fā)電增長迅速，為了使光伏電池得到最大效率的使用，光伏逆變系統(tǒng)希望能夠輸出最大功率。然而由于器件可承受電壓和電流能力的限制，傳統(tǒng)兩電平逆變器難以直接實現(xiàn)高壓大功率化；同時在高壓應(yīng)用中，兩電平逆變器輸出電壓的dv/dt很大，會導(dǎo)致絕緣問題和嚴重的電磁干擾。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種飛跨電容式五電平光伏逆變器，其可以實現(xiàn)使用低耐壓器件實現(xiàn)高壓大功率輸出，此外應(yīng)當還能夠解決現(xiàn)有光伏逆變器電壓應(yīng)力高的問題。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案一種飛跨電容式五電平光伏逆變器，其包括多個直流升壓主電路，各直流升壓主電路分別具有一直流電輸入端和一直流電輸出端；一飛跨電容式五電平逆變主電路，其具有一交流電輸出端，所述飛跨電容式五電平逆變主電路與所述各直流升壓主電路的直流電輸出端連接，將接收到的直流電逆變?yōu)榻涣麟姾髲慕涣麟娸敵龆溯敵?。在上述飛跨電容式五電平光伏逆變器中，所述飛跨電容式五電平逆變主電路包
4括一直流母線；以及三個與所述直流母線并聯(lián)連接的橋臂，所述各橋臂具有相同的電路結(jié)構(gòu)。在上述飛跨電容式五電平光伏逆變器中，所述直流母線包括四個串聯(lián)連接的電容。在上述飛跨電容式五電平光伏逆變器中，所述橋臂的電路結(jié)構(gòu)為一第一功率開關(guān)管與一第一功率二極管并聯(lián)，一第二功率開關(guān)管與一第二功率二極管并聯(lián)，一第三功率開關(guān)管與一第三功率二極管并聯(lián)，一第四功率開關(guān)管與一第四功率二極管并聯(lián)，一第五功率開關(guān)管與一第五功率二極管并聯(lián)，一第六功率開關(guān)管與一第六功率二極管并聯(lián)，一第七功率開關(guān)管與一第七功率二極管并聯(lián)，一第八功率開關(guān)管與一第八功率二極管并聯(lián)，上述各功率開關(guān)管的集電極均與其對應(yīng)并聯(lián)連接的二極管的陰極連接， 上述各功率開關(guān)管的發(fā)射極均與其對應(yīng)并聯(lián)連接的二極管的陽極連接，所述第一功率開關(guān)管的集電極與直流母線的正極連接，所述第一功率開關(guān)管的發(fā)射極與所述第二功率開關(guān)管的集電極連接，所述第二功率開關(guān)管的發(fā)射極與所述第三功率開關(guān)管的集電極連接，所述第三功率開關(guān)管的發(fā)射極與所述第四功率開關(guān)管的集電極連接，所述第五功率開關(guān)管的發(fā)射極與所述第六功率開關(guān)管的集電極連接，所述第六功率開關(guān)管的發(fā)射極與所述第七功率開關(guān)管的集電極連接，所述第七功率開關(guān)管的發(fā)射極與所述第八功率開關(guān)管的集電極連接，所述第八功率開關(guān)管的發(fā)射極與所述直流母線的負極連接；一第一電容、一第二電容以及一第三電容串聯(lián)構(gòu)成的串聯(lián)支路，其一端與所述第一功率開關(guān)管的發(fā)射極連接，其另一端與所述第八功率開關(guān)管的集電極連接；一第四電容與一第五電容串聯(lián)構(gòu)成的串聯(lián)支路，其一端與所述第二功率開關(guān)管的發(fā)射極連接，其另一端與所述第七功率開關(guān)管的集電極連接；一第六電容，其一端與所述第三功率開關(guān)管的發(fā)射極連接，其另一端與所述第六功率開關(guān)管的集電極連接；所述各橋臂的第四功率開關(guān)管的發(fā)射極和第五功率開關(guān)管的集電極連接后作為所述交流電輸出端輸出的交流電中的一相的輸出端。所述飛跨電容式五電平光伏逆變器還包括一 MPPT (Maximum Power Point Tracking最大功率點跟蹤)控制器，其與所述多個直流升壓主電路相連并對該多個直流升壓主電路進行獨立的最大功率點跟蹤控制。所述飛跨電容式五電平光伏逆變器還包括一逆變控制器，其與所述飛跨電容式五電平逆變主電路連接，并與所述MPPT控制器連接，對所述飛跨電容式五電平逆變主電路進行并網(wǎng)控制。本實用新型的所述的飛跨電容式五電平光伏逆變器由于采用了上述技術(shù)方案，使得其具有以下優(yōu)點(1)在本實用新型所述的飛跨電容式五電平光伏逆變器中，每個功率器件僅承受 1/5的母線電壓，因而實現(xiàn)了使用低耐壓器件實現(xiàn)高壓大功率輸出的目的；(2)本實用新型所述的飛跨電容式五電平光伏逆變器通過增加電平數(shù)，從而改善了輸出波形，減小了輸出電壓波形畸變，使THD(總諧波失真)大大降低；(3)采用本實用新型所述的技術(shù)方案，可以用較低的開關(guān)頻率獲得與高開關(guān)頻率下兩電平變換器相同的輸出電壓波形，因此開關(guān)損耗小，系統(tǒng)的效率高；[0025](4)本實用新型所述的飛跨電容式五電平光伏逆變器由于增加了電平，因此在相同的直流母線電壓條件下，與兩電平逆變器相比，開關(guān)器件所承受的開關(guān)應(yīng)力dv/dt大大減小；(5)本實用新型所述的飛跨電容式五電平光伏逆變器具有開關(guān)狀態(tài)冗余功能，可以用不同的開關(guān)狀態(tài)實現(xiàn)相同的電壓輸出，因此控制方式靈活多樣；(6)本實用新型所述的飛跨電容式五電平光伏逆變器由于采用了飛跨電容，使得即使在多功率管參數(shù)不一致和開關(guān)瞬態(tài)不同步的情況下，各功率管在穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)過程中承受的電壓應(yīng)力始終箝位于母線電容的電壓，從而不會產(chǎn)生個別功率管過壓，進而影響電路可靠性的問題。

圖1是本實用新型所述的飛跨電容式五電平光伏逆變器在一種實施方式中的拓撲圖。圖2是本實用新型所述的飛跨電容式五電平光伏逆變器中飛跨電容式五電平逆變主電路在一種實施方式中的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面將結(jié)合具體實施例及其附圖對本實用新型所述的飛跨電容式五電平光伏逆變器進行進一步地詳細描述。如圖1所示，本實施例中的飛跨電容式五電平光伏逆變器包括三個直流升壓主電路，其分別與太陽能光伏電池的三個輸出端PV1、PV2和PV3連接，將直流電升壓后通過各自的直流電輸出端輸出。MPPT (Maximum Power Point Tracking最大功率點跟蹤)控制器， 其與三個直流升壓主電路相連并對各直流升壓主電路進行獨立的最大功率點跟蹤控制，從而充分發(fā)揮太陽能光伏電池的效率。飛跨電容式五電平逆變主電路，其輸入端與三個直流升壓主電路的直流電輸出端連接，其交流電輸出端與電網(wǎng)連接，將接收到的直流電逆變?yōu)榻涣麟姾筝敵鲋岭娋W(wǎng)。逆變控制器，其與飛跨電容式五電平逆變主電路連接，并與MPPT控制器連接，對飛跨電容式五電平逆變主電路進行并網(wǎng)控制。圖2顯示了本實施例中飛跨電容式五電平逆變主電路的電路結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示， 直流母線由四個串聯(lián)連接的電容構(gòu)成；三個電路結(jié)構(gòu)相同的橋臂與直流母線并聯(lián)連接。其中橋臂的電路結(jié)構(gòu)為第一功率開關(guān)管S1與第一功率二極管D1并聯(lián)，第二功率開關(guān)管S2與第二功率二極管D2并聯(lián)，第三功率開關(guān)管S3與第三功率二極管D3并聯(lián)，第四功率開關(guān)管S4 與第四功率二極管D4并聯(lián)，第五功率開關(guān)管S/與第五功率二極管D/并聯(lián)，第六功率開關(guān)管S/與第六功率二極管D3'并聯(lián)，第七功率開關(guān)管S2’與第七功率二極管D2'并聯(lián)，第八功率開關(guān)管S/與第八功率二極管D/并聯(lián)，上述各功率開關(guān)管的集電極均與其對應(yīng)并聯(lián)連接的二極管的陰極連接，上述各功率開關(guān)管的發(fā)射極均與其對應(yīng)并聯(lián)連接的二極管的陽極連接，第一功率開關(guān)管S1的集電極與直流母線的正極連接，第一功率開關(guān)管S1的發(fā)射極與第二功率開關(guān)管S2的集電極連接，第二功率開關(guān)管S2的發(fā)射極與第三功率開關(guān)管S3的集電極連接，第三功率開關(guān)管S3的發(fā)射極與第四功率開關(guān)管S4的集電極連接，第四功率開關(guān)管 S4的發(fā)射極和第五功率開關(guān)管S/的集電極連接后輸出三相交流電中的A相(其他兩個橋臂分別輸出B相和C相)，第五功率開關(guān)管S/的發(fā)射極與所述第六功率開關(guān)管S/的集電極連接，第六功率開關(guān)管S3’的發(fā)射極與所述第七功率開關(guān)管S2’的集電極連接，第七功率開關(guān)管S2’的發(fā)射極與第八功率開關(guān)管S/的集電極連接，第八功率開關(guān)管S/的發(fā)射極與直流母線的負極連接；第一電容Cn、第二電容C12以及第三電容C13串聯(lián)構(gòu)成的串聯(lián)支路的一端與第一功率開關(guān)管S1的發(fā)射極連接，另一端與第八功率開關(guān)管S/的集電極連接；第四電容C21與第五電容C22串聯(lián)構(gòu)成的串聯(lián)支路的一端與第二功率開關(guān)管S2的發(fā)射極連接，另一端與第七功率開關(guān)管s2’的集電極連接；第六電容C31的一端與第三功率開關(guān)管S3的發(fā)射極連接，其另一端與第六功率開關(guān)管S/的集電極連接。 要注意的是，以上列舉的僅為本實用新型的具體實施例，顯然本實用新型不限于以上實施例，隨之有著許多的類似變化。本領(lǐng)域的技術(shù)人員如果從本實用新型公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種飛跨電容式五電平光伏逆變器，其特征在于，包括多個直流升壓主電路，各直流升壓主電路分別具有一直流電輸入端和一直流電輸出端；一飛跨電容式五電平逆變主電路，其具有一交流電輸出端，所述飛跨電容式五電平逆變主電路與所述各直流升壓主電路的直流電輸出端連接，將接收到的直流電逆變?yōu)榻涣麟姾髲慕涣麟娸敵龆溯敵觥?br> 2.如權(quán)利要求1所述的飛跨電容式五電平光伏逆變器，其特征在于，所述飛跨電容式五電平逆變主電路包括一直流母線；以及三個與所述直流母線并聯(lián)連接的橋臂，所述各橋臂具有相同的電路結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的飛跨電容式五電平光伏逆變器，其特征在于，所述直流母線包括四個串聯(lián)連接的電容。
4.如權(quán)利要求2或3所述的飛跨電容式五電平光伏逆變器，其特征在于，所述橋臂的電路結(jié)構(gòu)為一第一功率開關(guān)管(S1)與一第一功率二極管(D1)并聯(lián)，一第二功率開關(guān)管(S2)與一第二功率二極管(D2)并聯(lián)，一第三功率開關(guān)管(S3)與一第三功率二極管(D3)并聯(lián)，一第四功率開關(guān)管(S4)與一第四功率二極管(D4)并聯(lián)，一第五功率開關(guān)管(S4’)與一第五功率二極管Φ4’)并聯(lián)，一第六功率開關(guān)管(S/)與一第六功率二極管(D/)并聯(lián)，一第七功率開關(guān)管(S2’ )與一第七功率二極管(D2’ )并聯(lián)，一第八功率開關(guān)管(S/ )與一第八功率二極管 (D1')并聯(lián)，上述各功率開關(guān)管的集電極均與其對應(yīng)并聯(lián)連接的二極管的陰極連接，上述各功率開關(guān)管的發(fā)射極均與其對應(yīng)并聯(lián)連接的二極管的陽極連接，所述第一功率開關(guān)管(S1) 的集電極與直流母線的正極連接，所述第一功率開關(guān)管(S1)的發(fā)射極與所述第二功率開關(guān)管(S2)的集電極連接，所述第二功率開關(guān)管(S2)的發(fā)射極與所述第三功率開關(guān)管(S3)的集電極連接，所述第三功率開關(guān)管(S3)的發(fā)射極與所述第四功率開關(guān)管(S4)的集電極連接， 所述第五功率開關(guān)管(S/ )的發(fā)射極與所述第六功率開關(guān)管(S/ )的集電極連接，所述第六功率開關(guān)管(S3’ )的發(fā)射極與所述第七功率開關(guān)管(S2’ )的集電極連接，所述第七功率開關(guān)管(S2’ )的發(fā)射極與所述第八功率開關(guān)管(S/ )的集電極連接，所述第八功率開關(guān)管 (S/ )的發(fā)射極與所述直流母線的負極連接；一第一電容(C11)、一第二電容(C12)以及一第三電容(C13)串聯(lián)構(gòu)成的串聯(lián)支路，其一端與所述第一功率開關(guān)管(S1)的發(fā)射極連接，其另一端與所述第八功率開關(guān)管(S/)的集電極連接；一第四電容(C21)與一第五電容(C22)串聯(lián)構(gòu)成的串聯(lián)支路，其一端與所述第二功率開關(guān)管(S2)的發(fā)射極連接，其另一端與所述第七功率開關(guān)管(s2’)的集電極連接；一第六電容(C31),其一端與所述第三功率開關(guān)管(S3)的發(fā)射極連接，其另一端與所述第六功率開關(guān)管(S/ )的集電極連接；所述各橋臂的第四功率開關(guān)管(S4)的發(fā)射極和第五功率開關(guān)管(S/ )的集電極連接后作為所述交流電輸出端輸出的交流電中的一相的輸出端。
5.如權(quán)利要求1所述的飛跨電容式五電平光伏逆變器，其特征在于，還包括一MPPT控制器，其與所述多個直流升壓主電路相連并對該多個直流升壓主電路進行獨立的最大功率點跟蹤控制。
6.如權(quán)利要求4所述的飛跨電容式五電平光伏逆變器，其特征在于，還包括一MPPT控制器，其與所述多個直流升壓主電路相連并對該多個直流升壓主電路進行獨立的最大功率點跟蹤控制。
7.如權(quán)利要求5或6所述的飛跨電容式五電平光伏逆變器，其特征在于，還包括一逆變控制器，其與所述飛跨電容式五電平逆變主電路連接，并與所述MPPT控制器連接，對所述飛跨電容式五電平逆變主電路進行并網(wǎng)控制。
專利摘要本實用新型公開了一種飛跨電容式五電平光伏逆變器，其包括多個直流升壓主電路，各直流升壓主電路分別具有一直流電輸入端和一直流電輸出端；一飛跨電容式五電平逆變主電路，其具有一交流電輸出端，所述飛跨電容式五電平逆變主電路與所述各直流升壓主電路的直流電輸出端連接，將接收到的直流電逆變?yōu)榻涣麟姾髲慕涣麟娸敵龆溯敵?。本實用新型所述的飛跨電容式五電平光伏逆變器能夠充分發(fā)揮太陽能電池板的效率，使得整個太陽能發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率高，注入電網(wǎng)的諧波小，減小了對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，此外其開關(guān)器件所承受的開關(guān)應(yīng)力dv/dt小，具有開關(guān)狀態(tài)冗余功能，控制方式能夠?qū)崿F(xiàn)多樣靈活，可以沿用兩電平調(diào)制模式，驅(qū)動模式相對簡單。
文檔編號H02M7/483GK202121518SQ20112026212
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者于龍, 安立勇, 徐克峰 申請人:山東魯億通智能電氣股份有限公司