基于增强型z源网络的光伏逆变器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及基于增强型Z源网络的光伏逆变器,属于电力电子变换与智能电 网领域。
【背景技术】
[0002] 太阳能的利用是缓解全球能源紧缺与环境污染问题的重要途径,光伏发电就是近 年来研宄的热点之一。采用目前成熟的电力电子变流技术可将太阳能转换成电能,进而实 现电压变换与功率控制。
[0003] 彭方正教授于2003年提出Z源逆变器,该逆变器具有以下优点:1、利用X型LC 网络能够单级实现升降压;2、不需要死区时间,能够消除传统逆变器死区时间带来的输出 噪声;3、同桥臂直通成为常态,增加了逆变器的抗干扰能力,在分布式发电领域应用前景广 阔。近年来国内外学者致力于从不同方面研宄Z源逆变器。在光伏发电应用中,尽管可以 通过增加发电单元来提高输入电源等级,但是有些场合受成本、环境等因素的影响限制输 入电源的增加,因此需要逆变器具有高升压能力。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足,本实用新型公开了基于增强型Z源网络的光伏逆变器, Boost升压电路实现光伏阵列输出最大功率跟踪,增强型Z源网络在PWM逆变桥开关器件开 关过程中将电容的能量储存或者传递到直流链。
[0005] 本实用新型的技术方案为:基于增强型Z源网络的光伏逆变器,包括Boost升压 电路、增强型Z源网络、PWM逆变桥,光伏阵列、Boost升压电路、增强型Z源网络、PWM逆变 桥、三相负载顺次连接,将光伏阵列输出的直流电能变换成为交流电能并为三相负载供电; Boost升压电路包括光伏侧储能电容Q、Boost升压电感L、Boost升压电路开关器件S。、 Boost升压电路二极管Dtl、直流侧储能电容Cd;增强型Z源网络由4个电感LL4, 2个电 容Q、C2以及7个二极管DD6、Ds构成;PWM逆变桥采用三相全桥逆变结构,由六个开关 器件SfS#及它们各自的反并联二极管Dn~Di6组成;光伏阵列与光伏侧储能电容C。并联 连接,光伏阵列输出正极与Boost升压电感Ltl相连,Boost升压电感L另一端与Boost升 压电路开关器件Stl的集电极、Boost升压电路二极管D^的阳极相连,Boost升压电路二极 管Dtl的阴极与直流侧储能电容CD的一端、电感Li的一端、二极管Di的阳极、电容Ci的一端 相连,直流侧储能电容Cd的另一端与光伏阵列输出负极、Boost升压电路开关器件S的发 射极、开关器件&的发射极、反并联二极管Di2的阳极、开关器件54的发射极、反并联二极管 Di4的阳极、开关器件S6的发射极、反并联二极管Di6的阳极相连,电感Li的另一端与二极管 D2的阳极、二极管03的阳极相连,二极管0:的阴极与二极管02的阴极、电感L3的一端相连, 电感L3的另一端与二极管D3的阴极、二极管Ds的阳极、电容C2的一端相连,电容Ci的另一 端与二极管Ds的阴极、电感L2的一端、二极管D4的阳极相连,电感L2的另一端与二极管D5 的阳极、二极管D6的阳极相连,二极管D4的阴极与二极管D5的阴极、电感L4的一端相连,电 感L4的另一端与二极管D6的阴极、电容C2的另一端、开关器件S:的集电极、反并联二极管Dil的阴极、开关器件S3的集电极、反并联二极管Di3的阴极、开关器件S5的集电极、反并联 二极管Di5的阴极相连,开关器件Si的发射极与反并联二极管Dn的阳极、开关器件S2的集 电极、反并联二极管Di2的阴极相连,开关器件S3的发射极与反并联二极管Di3的阳极、开关 器件&的集电极、反并联二极管Di4的阴极相连,开关器件S5的发射极与反并联二极管Di5 的阳极、开关器件&的集电极、反并联二极管Di6的阴极相连;由开关器件S2的集电极、开 关器件34的集电极、开关器件S6的集电极分别引出PWM逆变桥的a、b、c三个输出端,并接 至三相负载。
[0006] 本实用新型的有益效果是:1、在相同的直通占空比下,增强型Z源网络的升压增 益大,能够应用于低压输入光伏电源场合;2、在相同输入条件下,输出同样电压时仅需较小 的直通占空比,因此可以维持较高调制因子,从而减小开关器件的电压应力,提高光伏发电 输出电能质量;3、增强型Z源网络电容电压应力小,可以减小电容体积,节省成本。
【附图说明】
[0007] 图1为本实用新型拓扑结构示意图。
[0008] 图2为PWM逆变桥处于直通工作状态时,本实用新型的等效电路图。
[0009] 图3为PWM逆变桥处于非直通工作状态时,本实用新型的等效电路图。
【具体实施方式】
[0010] 图1所示为基于增强型Z源网络的光伏逆变器拓扑结构示意图,包括Boost升压 电路、增强型Z源网络、PWM逆变桥,光伏阵列、Boost升压电路、增强型Z源网络、PWM逆变 桥、三相负载顺次连接,将光伏阵列输出的直流电能变换成为交流电能并为三相负载供电; Boost升压电路包括光伏侧储能电容Q、Boost升压电感L、Boost升压电路开关器件S。、 Boost升压电路二极管Dtl、直流侧储能电容Cd;增强型Z源网络由4个电感LL4, 2个电 容Q、C2以及7个二极管DD6、Ds构成;PWM逆变桥采用三相全桥逆变结构,由六个开关 器件SfS#及它们各自的反并联二极管Dn~Di6组成;光伏阵列与光伏侧储能电容C。并联 连接,光伏阵列输出正极与Boost升压电感Ltl相连,Boost升压电感L另一端与Boost升 压电路开关器件Stl的集电极、Boost升压电路二极管D^的阳极相连,Boost升压电路二极 管Dtl的阴极与直流侧储能电容CD的一端、电感Li的一端、二极管Di的阳极、电容Ci的一端 相连,直流侧储能电容Cd的另一端与光伏阵列输出负极、Boost升压电路开关器件S的发 射极、开关器件&的发射极、反并联二极管Di2的阳极、开关器件54的发射极、反并联二极管 Di4的阳极、开关器件S6的发射极、反并联二极管Di6的阳极相连,电感Li的另一端与二极管 D2的阳极、二极管03的阳极相连,二极管0:的阴极与二极管02的阴极、电感L3的一端相连, 电感L3的另一端与二极管D3的阴极、二极管Ds的阳极、电容C2的一端相
连,电容Ci的另一 端与二极管Ds的阴极、电感L2的一端、二极管D4的阳极相连,电感L2的另一端与二极管D5 的阳极、二极管D6的阳极相连,二极管D4的阴极与二极管D5的阴极、电感L4的一端相连,电 感L4的另一端与二极管D6的阴极、电容C2的另一端、开关器件S:的集电极、反并联二极管 Dil的阴极、开关器件S3的集电极、反并联二极管Di3的阴极、开关器件S5的集电极、反并联 二极管Di5的阴极相连,开关器件Si的发射极与反并联二极管Dn的阳极、开关器件S2的集 电极、反并联二极管Di2的阴极相连,开关器件S3的发射极与反并联二极管Di3的阳极、开关 器件&的集电极、反并联二极管Di4的阴极相连,开关器件S5的发射极与反并联二极管Di5 的阳极、开关器件&的集电极、反并联二极管Di6的阴极相连;由开关器件S2的集电极、开 关器件34的集电极、开关器件S6的集电极分别引出PWM逆变桥的a、b、c三个输出端,并接 至三相负载。
[0011] Boost升压电路实现光伏阵列输出最大功率跟踪。增强型Z源网络在PWM逆变 桥开关器件开关过程中将电容的能量储存或者传递到直流链,有直通和非直通两种工作状 态,分别叙述如下。
[0012] 为简化分析,首先做如下假设:1、器件均为理想工作状态;2、光伏阵列和Boost升 压电路等效为一直流电源Uin。
[0013] 1、直通状态:当PWM逆变桥处于直通零电压状态时,可等效为短路状态,等效电路 如图2所示。此时,二极管Ds断开,二极管DJPD3导通,D2断开。电感L^L3并联,由C2和 直流电源共同充电;二极管〇2和D6导通,D5断开,电感L2、L4并联,由Ci和直流电源共同充 电。考虑Z源网络中4个电感和2个电容取值相等,有:
[0017] 式中,Uc为式(I)中Uc的有效值。
[0018] 2、非直通状态:该状态包括6个有效状态和2个零矢量状态,等效电路如图3所 示。该状态下PWM逆变桥可以用零值电流源iPN代替,Ds导通,二极管D2导通,D:和D3断开, 电感U、L2串联,向电容Ci和三相负载供电;二极管D5导通,D4和D6断开,电感L3、L4串联 向电容C2和三相负载供电。
[0019] 由图3可得:
[0021] 式中,Upn为直流链电压,即PWM逆变桥输入电压。
【主权项】
1.基于增强型Z源网络的光伏逆变器,其特征在于,包括Boost升压电路、增强型Z源 网络、PWM逆变桥,光伏阵列、Boost升压电路、增强型Z源网络、PWM逆变桥、三相负载顺次 连接,将光伏阵列输出的直流电能变换成为交流电能并为三相负载供电;Boost升压电路 包括光伏侧储能电容CpBoost升压电感LpBoost升压电路开关器件SpBoost升压电路二 极管D tl、直流侧储能电容Cd;增强型Z源网络由4个电感L广L 4, 2个电容Q、C2以及7个 二极管Di~D 6、Ds构成;PWM逆变桥采用三相全桥逆变结构,由六个开关器件S ^S6以及它 们各自的反并联二极管Dn~Di6组成;光伏阵列与光伏侧储能电容C ^并联连接,光伏阵列输 出正极与Boost升压电感Ltl相连,Boost升压电感L 另一端与Boost升压电路开关器件S。 的集电极、Boost升压电路二极管D0的阳极相连,Boost升压电路二极管D 0的阴极与直流 侧储能电容Cd的一端、电感L i的一端、二极管D i的阳极、电容C i的一端相连,直流侧储能电 容Cd的另一端与光伏阵列输出负极、Boost升压电路开关器件S 的发射极、开关器件S 2的 发射极、反并联二极管Di2的阳极、开关器件S 4的发射极、反并联二极管D i4的阳极、开关器 件S6的发射极、反并联二极管D i6的阳极相连,电感L i的另一端与二极管D 2的阳极、二极管 D3的阳极相连,二极管D i的阴极与二极管D 2的阴极、电感L 3的一端相连,电感L 3的另一端 与二极管D3的阴极、二极管D s的阳极、电容C 2的一端相连,电容C i的另一端与二极管D 3的 阴极、电感L2的一端、二极管D 4的阳极相连,电感L2的另一端与二极管D 5的阳极、二极管D 6 的阳极相连,二极管D4的阴极与二极管D 5的阴极、电感L 4的一端相连,电感L 4的另一端与 二极管D6的阴极、电容C 2的另一端、开关器件S :的集电极、反并联二极管D n的阴极、开关 器件&的集电极、反并联二极管D i3的阴极、开关器件S 5的集电极、反并联二极管D i5的阴 极相连,开关器件S1的发射极与反并联二极管D n的阳极、开关器件S 2的集电极、反并联二 极管Di2的阴极相连,开关器件S 3的发射极与反并联二极管D i3的阳极、开关器件S 4的集电 极、反并联二极管Di4的阴极相连,开关器件S 5的发射极与反并联二极管D i5的阳极、开关器 件S6的集电极、反并联二极管D i6的阴极相连;由开关器件S 2的集电极、开关器件S 4的集电 极、开关器件S6的集电极分别引出PWM逆变桥的a、b、c三个输出端,并接至三相负载。
【专利摘要】本实用新型涉及基于增强型Z源网络的光伏逆变器,包括Boost升压电路、增强型Z源网络、PWM逆变桥,光伏阵列、Boost升压电路、增强型Z源网络、PWM逆变桥、三相负载顺次连接,将光伏阵列输出的直流电能变换成为交流电能并为三相负载供电。Boost升压电路实现光伏阵列输出最大功率跟踪,增强型Z源网络在PWM逆变桥开关器件开关过程中将电容的能量储存或者传递到直流链。本实用新型升压增益大,能够应用于低压输入光伏电源场合;在相同输入条件下,输出同样电压时仅需较小的直通占空比,因此可以维持较高调制因子,从而减小开关器件的电压应力,提高光伏发电输出电能质量。
【IPC分类】H02M3/155, H02M7/5387
【公开号】CN204696956
【申请号】CN201520408251
【发明人】张庆海, 王李*, 王新涛, 李洪博, 刘安华, 蔡军, 孔鹏, 鲍景宽, 郭维明, 王军
【申请人】国网山东省电力公司聊城供电公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月14日