專利名稱：基于三相多分裂變壓器的chb級聯(lián)型光伏逆變電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CHB級聯(lián)型光伏逆變電路，尤其涉及一種基于三相多分裂變壓器 的CHB級聯(lián)型光伏逆變電路。
背景技術(shù)：
目前，大功率光伏電站運行的逆變裝置大都采用兩電平三相半橋逆變拓撲，輸出 接隔離變壓器的電路結(jié)構(gòu)。兩電平三相半橋逆變拓撲簡單，易于控制，但存在以下缺點1.輸出兩電平的諧波含量高，需要LC或LCL濾波器，增大了逆變裝置的體積和重量，效率比 多電平逆變器低，并會出現(xiàn)LC諧振的現(xiàn)象。2.大功率光伏組件占地面積大，采用一個MPPT 控制，組件供電不匹配對系統(tǒng)發(fā)電效率的影響大。3.輸出功率超過500kVA時，IGBT并聯(lián)的 個數(shù)較多，需解決均流、散熱等技術(shù)問題。4.太陽組件的絕緣電壓提高后，關(guān)鍵器件IGBT、 母線電容的耐壓值隨之提高，導(dǎo)致成本大幅度提高。
為解決兩電平拓撲的固有缺陷，多電平逆變器在高壓、大功率場合的應(yīng)用受到了 廣泛的關(guān)注，其多電平疊加的電路拓撲，有利于減少諧波含量，極大的減小了所需濾波器件 的體積重量。多電平逆變器的電路拓撲可分為二極管箝位型、飛跨電容型以及具有獨立直 流電壓源的CHB (Cascaded H-Bridge級聯(lián)H橋)級聯(lián)型。第三種CHB級聯(lián)型逆變拓撲不需 要前兩種電路所需的箝位二極管和飛跨電容，結(jié)構(gòu)簡單，易于模塊化。
CHB級聯(lián)型多電平逆變拓撲可應(yīng)用在大功率光伏行業(yè)，具有多路獨立MPPT算法最 優(yōu)化，可最大程度減小組件供電不匹配造成的影響，提高光伏電站整體的發(fā)電效率；多電平 疊加拓撲及SPWM調(diào)試方式可成倍的降低系統(tǒng)開關(guān)頻率，使輸出諧波含量小，無需LC濾波 器，消除存在于大功率光伏系統(tǒng)的LC諧振現(xiàn)象；輸出可直接接入中壓電網(wǎng)等優(yōu)點。采用CHB 級聯(lián)型多電平拓撲的光伏逆變器，在電站運行的主要局限在于太陽能組件、線纜及真空開 關(guān)等器件的對地絕緣電壓為1000V，無法滿足CHB級聯(lián)型多電平光伏逆變器輸入高壓的應(yīng) 用條件。大幅度的提升系統(tǒng)絕緣等級需要的成本較高，且研發(fā)生產(chǎn)周期較長。為解決以上 技術(shù)瓶頸，將CHB級聯(lián)型多電平逆變拓撲的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，發(fā)明了一種采用三相多分 裂變壓器的CHB級聯(lián)型光伏逆變電路。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是構(gòu)建一種基于三相多分裂變壓器的CHB級聯(lián)型光伏逆 變電路，克服現(xiàn)有技術(shù)CHB級聯(lián)型多電平逆變拓撲在電站運行，光伏組件、線纜及真空開關(guān) 等器件對地絕緣耐壓為1000V的技術(shù)問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是構(gòu)建一種基于三相多分裂變壓器的CHB級聯(lián)型光伏逆變電 路，包括三相多分裂變壓器和多個CHB級聯(lián)型逆變單元，所述CHB級聯(lián)型逆變單元包括直流 母線，所述多個CHB級聯(lián)型逆變單元的直流母線與多路獨立的光伏組件分別連接，所述每 個逆變單元與的所述三相分裂變壓器之間設(shè)置濾波電感Lf，其感值較小，可由三相分裂變壓器的漏感代替，所述每個逆變單元為單相全橋電路拓撲，將獨立直流母線轉(zhuǎn)換為方波后， 由濾波電感Lf將方波濾成含有諧波分量的正弦波，該正弦波接入所述三相多分裂變壓器， 通過磁耦合的方式將該正弦波串聯(lián)疊加起來。
本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是采用載波移相的SPWM調(diào)制技術(shù)將獨立直流母線轉(zhuǎn)換為方波。
本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是所述載波移相的角度與H橋的級聯(lián)個數(shù)η有關(guān)，η個 H橋的左橋臂的三角波載波依次滯后(31/η)° ,右橋臂的三角波載波應(yīng)超前左橋臂180°， 每相左、右橋臂采用同一正弦波進行調(diào)制，對于三相正弦，每相正弦調(diào)制波依次滯后120°。
本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是所述三相多分裂變壓器包括鐵芯、線圈和支撐架，所述線圈為三相，每相線圈的鐵芯軸向上設(shè)有多個繞組，每個繞組中由外到內(nèi)依次設(shè)有一次側(cè)線圈、二次側(cè)線圈、穩(wěn)定繞組線圈，所述一次繞組與高壓控制端連接，所述二次繞組與所述逆變單元連接，所述穩(wěn)定繞組為所述一次繞組和所述二次繞組提供中性點。
本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是所述一次繞組為多層層式或餅式繞組，軸向分裂為多個部分，各部分繞組串聯(lián)連接，三相采用星形連接。
本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是所述二次繞組為軸向分裂為多個輸入線圈。
本發(fā)明的進一步技術(shù)方案是所述穩(wěn)定繞組的繞組線圈采用三角形接法。
本發(fā)明的技術(shù)效果是構(gòu)建一種基于三相多分裂變壓器的CHB級聯(lián)型光伏逆變電路，包括三相多分裂變壓器和多個CHB級聯(lián)型逆變單元，所述CHB級聯(lián)型逆變單元包括直流母線，所述多個CHB級聯(lián)型逆變單元的直流母線為多路獨立的光伏組件，所述每個逆變單元與的所述三相分裂變壓器之間設(shè)置濾波電感Lf，所述每個逆變單元為單相全橋電路拓撲，將獨立直流母線的電流轉(zhuǎn)換為方波后，由濾波電感Lf將方波濾成含有諧波分量的正弦波，該正弦波接入所述三相多分裂變壓器，通過磁耦合的方式將該正弦波串聯(lián)疊加起來。本發(fā)明基于多分裂變壓器的CHB級聯(lián)型光伏逆變電路，不改變現(xiàn)有光伏 系統(tǒng)器件的對地絕緣電壓，通過磁耦合將大功率CHB級聯(lián)型多電平光伏逆變器的輸出串聯(lián)起來，可實現(xiàn)其在光伏電站安全可靠運行。本發(fā)明低壓側(cè)繞組連接多個獨立等功率的逆變輸出，使用一個分裂變壓器比多臺普通變壓器更經(jīng)濟、占地小、維護管理也較方便。本發(fā)明降低關(guān)鍵器件的耐流值，避免了 IGBT的并聯(lián)。



圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的三相三分裂變壓器的接線原理圖。
圖3為本發(fā)明的三相三分裂變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明技術(shù)方案進一步說明。
如圖1所示，本發(fā)明的具體實施方式
是構(gòu)建一種基于三相多分裂變壓器的CHB級聯(lián)型光伏逆變電路，包括三相多分裂變壓器和多個CHB級聯(lián)型逆變單元，所述CHB級聯(lián)型逆變單元包括直流母線，所述多個CHB級聯(lián)型逆變單元的直流母線為多路獨立的光伏組件， 所述每個逆變單元與的所述三相分裂變壓器之間設(shè)置濾波電感Lf，所述每個逆變單元為單相全橋電路拓撲，將獨立直流母線的電流轉(zhuǎn)換為方波后，由濾波電感Lf將方波濾成含有諧波分量的正弦波，該正弦波接入所述三相多分裂變壓器，通過磁耦合的方式將該正弦波串聯(lián)疊加起來。
如圖1所示，本發(fā)明的具體實施過程是本發(fā)明基于三相多分裂變壓器的CHB級聯(lián)型光伏逆變電路，由一個三相多分裂變壓器和多個CHB級聯(lián)型逆變單元組成。多路獨立的光伏組件作為三相k個CHB級聯(lián)型逆變單元的直流母線。圖中所示，一路光伏組件構(gòu)成a相 CHB級聯(lián)型逆變單元的直流母線VBUSal-VBUSak，一路光伏組件構(gòu)成b相CHB級聯(lián)型逆變單元的直流母線VBUSbl-VBUSbk、一路光伏組件構(gòu)成C相CHB級聯(lián)型逆變單元的直流母線VBUSc;1-VBUSc;k。 每個CHB級聯(lián)型逆變單元為單相全橋電路拓撲，采用載波移相的SPWM調(diào)制技術(shù)，將獨立的直流母線斬成方波。每個CHB級聯(lián)型逆變單元通過一個感值較小的濾波電感Lf，連接到所述三相多分裂變壓器，將方波濾成含有一定諧波分量的正弦波，即a相得到的電壓Val-Vak, b 相得到的電壓Vbl- Vbk, c相得到的電壓Vcl-Vdt,均含有一定諧波分量的正弦波，通過磁耦合的方式將含有諧波的正弦波串聯(lián)疊加起來，消除某些次數(shù)的諧波分量，得到質(zhì)量較好的三相正弦波，然后接入電網(wǎng)。
如圖2所示，為描述方便，以3個逆變單元串聯(lián)為例，闡述兆瓦級三相三分裂變壓器與7電平CHB級聯(lián)型光伏逆變電路的工作方式，每個逆變單元的輸出功率為lllkVA，其載波移相60。，載波頻率為1kHz，相電壓(Un-U13、U21-U23、U31-U33)，有效值為220Vac。三相三分裂變壓器每相輸入連接三個獨立的7電平CHB級聯(lián)型逆變器，其輸出連接三相中壓電網(wǎng)，每相輸出功率為333kVA，線電壓(UA、UB、UC)有效值為10kV。其升壓比為N，則有以下等式成立(U11+u12+u13)(U21+U22+U23)(U31+U32+U33)疊加后的UA、UB、U。，可消除59次以下的諧波分量，再利用三相三分裂變壓器的穩(wěn)定線圈，可消除其中的零序諧波分量。另外，每個逆變模塊IGBT開關(guān)管流過電流為三相半橋逆變拓撲的1/9，可使用常規(guī)型號，避免了 IGBT并聯(lián)。
當(dāng)逆變單元的級聯(lián)個數(shù)拓展為η個，則可實現(xiàn)2η+1電平CHB級聯(lián)型光伏逆變拓撲，采用三相η分裂變壓器。每個H橋的載波移相為(π/n) °，相應(yīng)的有以下等式成立(U111 +U12+U13+..· +U 1](U2]1 +U22+U23+***+U2l(U311 +U32+U33+…+U3]如圖3所示，本發(fā)明的三相多分裂變壓器，是一種50Hz的工頻變壓器，包括鐵芯、線圈和支撐架，線圈為三相，每相線圈的鐵芯軸向上設(shè)有多個繞組，每個繞組中由外到內(nèi)依次設(shè)有一次側(cè)線圈、二次側(cè)線圈、穩(wěn)定繞組線圈。一次繞組為多層層式或餅式繞組，軸向分裂為多個部分，各部分繞組串聯(lián)連接，三相采用星形連接方式，引出四線與高壓控制柜相連。二次繞組為軸向分裂為多個輸入線圈，每個輸入線圈額定容量相等，沒有電氣聯(lián)系，僅有較弱的磁聯(lián)系，且各線圈之間有較大的阻抗，引出線與逆變器輸出相連。穩(wěn)定繞組線圈采用三角形(即“Λ”)接法，允許同相的三次諧波電流流過，為一次線圈和二次線圈提供中性點，穩(wěn)定繞組沒有引出線。
本發(fā)明的技術(shù)效果是構(gòu)建一種基于三相多分裂變壓器的CHB級聯(lián)型光伏逆變電路，包括三相多分裂變壓器和多個CHB級聯(lián)型逆變單元，所述CHB級聯(lián)型逆變單元包括直流母線，所述多個CHB級聯(lián)型逆變單元的直流母線為多路獨立的光伏組件，所述每個逆變單元與的所述三相分裂變壓器之間設(shè)置濾波電感Lf，所述每個逆變單元為單相全橋電路拓撲，將獨立直流母線的電流轉(zhuǎn)換為方波后，由濾波電感Lf將方波濾成含有諧波分量的正弦波，該正弦波接入所述三相多分裂變壓器，通過磁耦合的方式將該正弦波串聯(lián)疊加起來。本發(fā)明基于多分裂變壓器的CHB級聯(lián)型光伏逆變電路，不改變現(xiàn)有光伏系統(tǒng)器件的對地絕緣電壓，通過磁耦合將大功率CHB級聯(lián)型多電平光伏逆變器的輸出串聯(lián)起來，可實現(xiàn)其在光伏電站安全可靠運行。本發(fā)明低壓側(cè)繞組連接多個獨立等功率的逆變輸出，使用一個分裂變壓器比多臺普通變壓器更經(jīng)濟、占地小、維護管理也較方便。本發(fā)明降低關(guān)鍵器件的耐流值，避免了 IGBT的并聯(lián)。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護范`圍。
權(quán)利要求
1.一種基于三相多分裂變壓器的CHB級聯(lián)型光伏逆變電路，其特征在于，包括三相多分裂變壓器和多個CHB級聯(lián)型逆變單元，所述CHB級聯(lián)型逆變單元包括直流母線，所述多個CHB級聯(lián)型逆變單元的直流母線與多路獨立的光伏組件分別連接，所述每個逆變單元與的所述三相分裂變壓器之間設(shè)置濾波電感Lf，所述每個逆變單元為單相全橋電路拓撲，將獨立直流母線的電流轉(zhuǎn)換為方波后，由濾波電感Lf將方波濾成含有諧波分量的正弦波，該正弦波接入所述三相多分裂變壓器，通過磁耦合的方式將該正弦波串聯(lián)疊加起來，所述三相多分裂變壓器包括鐵芯、線圈和支撐架，所述線圈為三相，每相線圈的鐵芯軸向上設(shè)有多個繞組，每個繞組中由外到內(nèi)依次設(shè)有一次側(cè)線圈、二次側(cè)線圈、穩(wěn)定繞組線圈，所述一次繞組與高壓控制端連接，所述二次繞組與所述逆變單元連接，所述穩(wěn)定繞組為所述一次繞組和所述二次繞組提供中性點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于三相多分裂變壓器的CHB級聯(lián)型光伏逆變電路，其特征在于，采用載波移相的SPWM調(diào)制技術(shù)將獨立直流母線的電流轉(zhuǎn)換為方波。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于三相多分裂變壓器的CHB級聯(lián)型光伏逆變電路，其特征在于，所述載波移相的角度與H橋的級聯(lián)個數(shù)η有關(guān)，η個H橋的左橋臂的三角波載波依次滯后(π/n) ° 。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于三相多分裂變壓器的CHB級聯(lián)型光伏逆變電路，其特征在于，所述一次繞組為多層層式或餅式繞組，軸向分裂為多個部分，各部分繞組串聯(lián)連接，三相采用星形連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于三相多分裂變壓器的CHB級聯(lián)型光伏逆變電路，其特征在于，所述二次繞組為軸向分裂為多個輸入線圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于三相多分裂變壓器的CHB級聯(lián)型光伏逆變電路，其特征在于，所述穩(wěn)定繞組的繞組線圈采用三角形接法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于三相多分裂變壓器的CHB級聯(lián)型光伏逆變電路，基于多分裂變壓器的CHB級聯(lián)型光伏逆變電路，不改變現(xiàn)有光伏系統(tǒng)器件的對地絕緣電壓，通過磁耦合將大功率CHB級聯(lián)型多電平光伏逆變器的輸出串聯(lián)起來，可實現(xiàn)其在光伏電站安全可靠運行。本發(fā)明低壓側(cè)繞組連接多個獨立等功率的逆變輸出，使用一個分裂變壓器比多臺普通變壓器更經(jīng)濟、占地小、維護管理也較方便。本發(fā)明降低關(guān)鍵器件的耐流值，避免了IGBT的并聯(lián)。
文檔編號H02M7/537GK103051236SQ20121058899
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月29日
發(fā)明者張斌, 張博溫, 張東來, 張華 申請人:深圳航天科技創(chuàng)新研究院