张坤 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
ZHANG, Yueping (No.108, Keji Rd. High-Tech Distric, Anshan Liaoning 1, 114051, CN)
张跃平 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
HU, Tao (No.108, Keji Rd. High-Tech Distric, Anshan Liaoning 1, 114051, CN)
胡涛 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
LI, Taifeng (No.108, Keji Rd. High-Tech Distric, Anshan Liaoning 1, 114051, CN)
李太峰 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
荣信电力电子股份有限公司 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
ZHANG, Kun (No.108, Keji Rd. High-Tech Distric, Anshan Liaoning 1, 114051, CN)
张坤 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
ZHANG, Yueping (No.108, Keji Rd. High-Tech Distric, Anshan Liaoning 1, 114051, CN)
张跃平 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
HU, Tao (No.108, Keji Rd. High-Tech Distric, Anshan Liaoning 1, 114051, CN)
胡涛 (中国辽宁省鞍山市高新区科技路108号, Liaoning 1, 114051, CN)
LI, Taifeng (No.108, Keji Rd. High-Tech Distric, Anshan Liaoning 1, 114051, CN)
| 权 利 要 求 书 1、 一种基于 MMC的无变压器太阳能逆变器拓扑结构， 其特征在于， 包括光电 池阵列、 直流变换电路、 由多个标准功率单元构成的逆变器， 光电池阵列产生的直流 电压， 经直流变换电路变换为稳定的直流电压后， 作为逆变器中的各个标准功率单元 的直流侧电压，通过控制各个功率单元开关器件的导通与关断， 实现三相交流电压的 合成， 直接达到高压输出， 并入电网。 2、 根据权利要求 1所述的一种基于 MMC的无变压器太阳能逆变器拓扑结构， 其特征在于， 逆变器的功率单元采用 MMC单元作为标准功率单元， 标准功率单元采 用半桥结构， 上下两个 IGBT串联， 再并联一个直流电容； 每个标准功率单元均设有 太阳能电池板和直流变换电路， 由太阳能电池板提供直流电压， 经直流变换电路转换 为稳定的直流电压。 3、 根据权利要求 2所述的一种基于 MMC的无变压器太阳能逆变器拓扑结构， 其特征在于， 逆变器为三相， 每相由偶数 n个标准功率单元组成， 分为上下两组， 每 组的标准功率单元个数为 n/2个， 输出相电压电平阶梯数为 n/2+l， 线电压电平数为 n+1 ; 每相的输出端为上下两组标准功率单元的中点处， 且输出端与每组单元之间以 耦合或非耦合电感连接。 4、 根据权利要求 1所述的一种基于 MMC的无变压器太阳能逆变器拓扑结构， 其特征在于， 所述的光电池阵列采用太阳能电池板构成。 |
技术领域
本发明涉及一种基于 MMC (Modular Multilevel Converter)模块化多电平逆变器 的无变压器太阳能逆变器拓扑结构。 背景技术
在当前能源紧缺的时代，光伏发电作为可再生 能源被普遍认可和大力发展。中国 对光能的开发相对落后， 技术正处于上升阶段， 中国的国土面积大， 太阳能年辐射量 超过 600kJ/cm 2 ， 每年地表吸收的太阳能相当于 17万亿吨标准煤的能量， 因此具有很 好的发展前景。
光电池是将光能转化为电能的主要器件。光伏 发电系统通常采用若干光电池组成 的光电池阵列， 以达到并网逆变器的较高输入电压。
太阳能逆变器又可称为光伏逆变器， 是将光能转化为电能的转换装置。 现有技 术中的太阳能逆变器是将电池阵列合成的直流 电压逆变成三相交流电，经过变压器后 送入电网， 具有变压器的设计方式， 使设备投资大、 占地多， 成本高， 生产周期长。 发明内容
本发明的目的是提供一种基于 MMC的无变压器太阳能逆变器拓扑结构，该拓扑 结构不用设置光伏发电系统并网侧的变压器， 采用多个标准功率单元的叠加形式， 实 现高压输出； 成本低， 节省空间， 结构简单， 反应速度快。
为实现上述目的， 本发明通过以下技术方案实现：
一种基于 MMC的无变压器太阳能逆变器拓扑结构， 包括光电池阵列、直流变换 电路、 由多个标准功率单元构成的逆变器， 光电池阵列产生的直流电压， 经直流变换 电路变换为稳定的直流电压后， 作为逆变器中的各个标准功率单元的直流侧电 压，通 过控制各个功率单元开关器件的导通与关断， 实现三相交流电压的合成， 直接达到高 压输出， 并入电网。
逆变器的功率单元采用 MMC单元作为标准功率单元，标准功率单元采用 半桥结 构， 上下两个 IGBT串联， 再并联一个直流电容； 每个标准功率单元均设有太阳能电 池板和直流变换电路， 由太阳能电池板提供直流电压， 经直流变换电路转换为稳定的 直流电压。 逆变器为三相， 每相由偶数 n个标准功率单元组成， 分为上下两组， 每组的标准 功率单元个数为 n/2个， 输出相电压电平阶梯数为 n/2+l， 线电压电平数为 n+1 ; 每 相的输出端为上下两组标准功率单元的中点处 ，且输出端与每组单元之间以耦合或非 耦合电感连接。
与现有技术相比， 本发明的有益效果是：
1， 无变压器配置， 使得设备成本降低 1/2。
2， 无变压器配置， 使得设备体积减少 1/2。
3， 无变压器配置， 使得设备重量减少 1/2。
4， 无变压器配置， 使得设备制造周期减少 1/2。
5， 无变压器配置， 省掉了承载变压器的结构与空间。
6， 无变压器配置， 省掉了连接变压器的高压电缆。
7， 无变压器配置， 使得运输便利程度大大增强。
8， 采用新型的 MMC标准功率单元， 控制策略简单可靠。 附图说明
图 1是太阳能逆变器的拓扑结构示意图；
图 2是太阳能逆变器的标准功率单元示意图；
图 3-1是功率单元输出状态为 0状态的电流流向图；
图 3-2是功率单元输出状态为 0状态的电流流向图；
图 4-1是功率单元输出状态为 1状态的电流流向图；
图 4-2是功率单元输出状态为 1状态的电流流向图。 具体实施方式
见图 1， 一种基于 MMC的无变压器太阳能逆变器拓扑结构， 包括光电池阵列、 直流变换电路、 由多个标准功率单元构成的逆变器， 光电池阵列产生的直流电压， 经 直流变换电路变换为稳定的直流电压后，作为 逆变器中的各个标准功率单元的直流侧 电压， 通过控制各个功率单元开关器件的导通与关断 ， 实现 A、 B、 C三相交流电压 的合成，直接达到高压输出，不经过变压器直 接并入电网。该拓扑基于半桥串联技术， 采用的功率单元类型为模块化多电平 modular multilevel converter,称为 MMC标准功 率单元， 为半桥结构。 可以直接达到高压输出， 直接并入电网， 不需要变压器， 使得 成本大大降低， 省掉了风机， 承载变压器的结构与空间， 省掉了变压器相关的高压电 缆， 结构紧凑， 控制简捷， 为太阳能发电提供了一种新的拓扑技术。
见图 2， 逆变器的标准功率单元采用半桥结构， 由两个开关器件 IGBT和直流侧 电容 C组成， IGBT1禾 B IGBT2相串联， 再并以直流电容 C， 并且 IGBT1和 IGBT2 分别并联一个反接二极管 Dl， D2。 IGBT1与 IGBT2的公共端， 电容 C与 IGBT2的 公共端作为每个单元的输出端， 与其他单元相连。每个标准功率单元均设有太 阳能电 池板进行光伏发电提供直流电压， 并采用直流变换电路变换为为稳定的直流电压 。
逆变器为三相， 每相由偶数 n个标准功率单元组成， 分为上下两组， 每组的标准 功率单元个数为 n/2个， 输出相电压电平阶梯数为 n/2+l， 线电压电平数为 n+1 ; 每 相的输出端为上下两组标准功率单元的中点处 ，且输出端与每组单元之间以耦合或非 耦合电感 L连接。逆变器将单元直流侧合成的直流电压 制成交流的三相电压， 由三 个输出端输出， 直接并入电网。 逆变器的每组的标准功率单元个数称为逆变器 级数， 逆变器级数根据具体的实际情况需要确定。
控制 IGBT的栅极电压使其导通或者关断， 可以使单元具有不同的电路状态。 定 义 IGBT1关断， IGBT2导通为单元的 0状态， 此时电流可以经 IGBT2正向流过 （见 图 3-1 )， 也可以经并联二极管 D2反向流过 （见图 3-2)。 定义 IGBT1导通， IGBT2 关断为单元的 1状态， 电流可以流经二极管 D1 (见图 4-2)， 此时电容充电； 也可以 流经 IGBT1 (见图 4-1 )， 此时电容放电。
若变频器级数选择适当，变频器输出电压可达 到电网级别，变频器将根据电网电 压发出与电网同步的电压波形， 并网发电。
光伏电池的阵列结构可以为集中型， 串型， 多串集中型等形式。 没有并网的升压 变压器， 也没有与变压器相关的风机、 高压电缆、 辅助电路， 不需要承载变压器的结 构与空间。 每相上下桥臂由缓冲电抗相连， 此电抗可为耦合电抗或者非耦合电抗。