CN101710716A - 能减小电解电容的并网逆变器 - Google Patents

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张犁
吴红飞
邢岩
王翀
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Abstract

本发明公开了一种能减小电解电容的并网逆变器，属于电力电子变换装置中的逆变器领域。该逆变器包括直流电源、DC/DC变换器、DC/AC变换器、双向DC/DC变换器、直流母线电容和储能电容，直流电源的输出端串接DC/DC变换器再并联直流母线电容后分别连接双向DC/DC变换器的双向输入端和DC/AC变换器的输入端，双向DC/DC变换器的双向输出端连接储能电容的两端，DC/AC变换器的输出端连入电网。当DC/AC变换器输出的瞬时功率大于或小于直流电源输出的瞬时功率时，储能电容对应输出或吸收功率。本发明能使并网逆变器尽可能少用或不用电解电容，延长逆变器整机的使用寿命。

Description

能减小电解电容的并网逆变器
技术领域
本发明涉及一种逆变器，尤其涉及一种能减小电解电容的并网逆变器，属于电力电子变换装置中的逆变器领域。
背景技术
由于全球性的能源和经济危机，世界主要发达国家都开始重视可再生能源的利用研究，如研究太阳能、风能等可再生能源的分布式发电***更具有重要意义。在光伏并网发电***中，由于光伏阵列输出功率为平滑直流，而并网逆变器输出功率呈现周期性脉动，因此现有的两级式并网发电***中，DC/DC变换器和DC/AC变换器之间通常需要足够大容量的电容补偿DC/AC变换器输出功率和DC/AC变换器输出功率的瞬时功率差，减小光伏阵列输出功率的脉动，提高光伏阵列最大功率点的跟踪效果。由于电容的容量很大，通常需要使用电解电容，然而电解电容随着工作时间的增多，电解液会慢慢挥发，电容容量会慢慢减小，从而影响滤波效果，减小并网逆变器的整机使用寿命。
因此，在实际的光伏发电***中，为了保证滤波效果，提高并网逆变器的整机使用寿命，对于电解电容通常都会降额使用，增加了***的成本。
发明内容
本发明针对背景技术中并网逆变器存在的缺陷，为提高并网逆变器整机使用寿命、降低***成本而提出一种能减小电解电容的并网逆变器。
本发明的能减小电解电容的并网逆变器，其结构包括：直流电源、DC/DC变换器、DC/AC变换器、双向DC/DC变换器、直流母线电容和储能电容，其中：直流电源的输出端串接DC/DC变换器再并联直流母线电容后分别连接双向DC/DC变换器的双向输入端和DC/AC变换器的输入端，双向DC/DC变换器的双向输出端连接储能电容的两端，DC/AC变换器的输出端连入电网。
本发明采用储能电容通过双向DC/DC变换器代替直流母线电容的滤波作用，允许储能电容电压大范围波动，减小直流母线的电压脉动，从而减小直流母线电容的容量，使得并网逆变器在较小功率时不使用电解电容，在较大功率时减少电解电容的使用，延长了并网逆变器整机的使用寿命，降低了***的成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明实施例采用集中式逆变时的结构示意图。
图3是本发明实施例采用共直流母线分布式并联时的结构示意图。
图4是本发明实施例采用分布式并网时的结构示意图。
图5是本发明实施例的结构电路示意图。
图1～图5中：1为直流电源；2为DC/DC变换器；3为DC/AC变换器；4为双向DC/DC变换器；C1为直流母线电容；C2为储能电容。
图6是图5实施例的控制原理图。
图7是图5实施例的波形示意图。
图6、图7中：IDC为Boost DC/DC变换器输出的平均电流；IINV为全桥逆变器的输入电流；IAPF为Buck-Boost双向DC/DC变换器的输入电流(以直流母线电容C1流入储能电容C2的方向为正)；GS1为开关管S1的驱动信号；GS2为开关管S2的驱动信号；uc1为直流母线电容C1上的电压；Δuc1为直流母线电容C1上的电压变化量；uc2为储能电容C2上的电压；Δuc2为储能电容C2上的电压变化量；k和-k为比例增益；GC为误差调节器；A1和A2分别为比较器1和比较器2；vst为三角载波信号。
具体实施方式
本发明的结构如图1所示，包括直流电源1、DC/DC变换器2、DC/AC变换器3、双向DC/DC变换器4、直流母线电容C1和储能电容C2，其中：直流电源1的输出端串接DC/DC变换器2再并联直流母线电容C1后分别连接双向DC/DC变换器4的双向输入端和DC/AC变换器3的输入端，双向DC/DC变换器4的双向输出端连接储能电容C2的两端，DC/AC变换器3的输出端连入交流电网。当DC/AC变换器3输出的瞬时功率大于直流电源1输出的瞬时功率时，储能电容C2通过双向DC/DC变换器4输出功率，其大小等于DC/DC变换器2与DC/AC变换器3输出功率瞬时值的差值；当DC/AC变换器3输出的瞬时功率小于直流电源1输出的瞬时功率时，储能电容C2通过双向DC/DC变换器4吸收功率，其大小等于DC/DC变换器2与DC/AC变换器3输出功率瞬时值的差值。所述直流电源1可以为直流电压源，也可以为各种新能源发电装置，如太阳能、风能等发电装置。
如图2所示是本发明采用集中式逆变时的结构图，图中：直流电源1由n个子直流电源组成，每个子直流电源均采用光伏阵列，DC/DC变换器2由n个子DC/DC变换器组成，n为大于1的自然数，直流母线电容C1为公共直流母线，每个子直流电源的输出端均串接一个子DC/DC变换器后连入直流母线，双向DC/DC变换器4的双向输出端连接储能电容C2的两端，双向DC/DC变换器4的双向输入端连入直流母线，DC/AC变换器3的输入端接入直流母线，DC/AC变换器3的输出端连入电网母线，所述DC/AC变换器3采用集中式DC/AC变换器。
如图3所示是本发明采用共直流母线分布式并联时的结构图，图中：直流电源1由n个子直流电源组成，每个子直流电源均采用光伏阵列，DC/DC变换器2由n个子DC/DC变换器组成，DC/AC变换器3由n个子DC/AC变换器组成，n为大于1的自然数，直流母线电容C1为公共直流母线，每个子直流电源的输出端均串接一个子DC/DC变换器后连入直流母线，双向DC/DC变换器4的双向输出端连接储能电容C2的两端，双向DC/DC变换器4的双向输入端连入直流母线，每个子DC/AC变换器的输入端均接入直流母线，每个子DC/AC变换器的输出端均连入电网母线。
如图4所示是本发明采用分布式并网时的结构图，即由多个如图1所示的逆变器结构同时连入电网母线构成。
如图5所示是本发明实施例的结构电路示意图，图中：直流电源1采用光伏阵列，DC/DC变换器2采用Boost DC/DC变换器，DC/AC变换器3采用全桥变换器，双向DC/DC变换器4采用由两个开关管S1和S2及一个储能电容L1构成的Buck-Boost双向DC/DC变换器，还包括直流母线电容C1和储能电容C2，该图的整体结构与图1结构相同。
如图6所示是图5实施例的控制原理图。全桥逆变器的输入电流IINV和Boost DC/DC变换器输出的平均电流IDC相减后取反作为Buck-Boost双向DC/DC变换器的电流给定，再与Buck-Boost双向DC/DC变换器的输入电流信号IAPF经过误差调节器GC后得到调制信号，该调制信号分别经过比例增益k和-k后与三角载波信号vst交截后得到开关管S1和S2的驱动信号GS1和GS2。
如图7所示是图5实施例的波形示意图。当全桥逆变器的输入电流IINV大于Boost DC/DC变换器输出的平均电流IDC时，储能电容C2通过Buck-Boost双向DC/DC变换器释放能量，提供全桥变换器和Boost DC/DC变换器的瞬时功率差，Buck-Boost双向DC/DC变换器工作在Buck模式，开关管S1的体二极管工作，开关管S2高频斩波；当全桥逆变器的输入电流IINV小于BoostDC/DC变换器输出的平均电流IDC时，储能电容C2通过Buck-Boost双向DC/DC变换器吸收全桥变换器和Boost DC/DC变换器的瞬时功率差，Buck-Boost双向DC/DC变换器工作在Boost模式，开关管S1高频斩波，开关管S2的体二极管工作。所以使得直流母线电容C1上的电压uc1只有较小的脉动，在小功率时可以不使用电解电容，在较大功率时可以减小电解电容的使用；储能电容C2上的电压uc2大于直流母线电容C1上的电压uc1，且储能电容C2上的电压uc2波动范围较大，因此需要的容值较小，在小功率时可以不使用电解电容，在较大功率时可以减小电解电容的使用。

Claims (5)

1.一种能减小电解电容的并网逆变器，其特征在于：包括直流电源(1)、DC/DC变换器(2)、DC/AC变换器(3)、双向DC/DC变换器(4)、直流母线电容(C1)和储能电容(C2)，其中：直流电源(1)的输出端串接DC/DC变换器(2)再并联直流母线电容(C1)后分别连接双向DC/DC变换器(4)的双向输入端和DC/AC变换器(3)的输入端，双向DC/DC变换器(4)的双向输出端连接储能电容(C2)的两端，DC/AC变换器(3)的输出端连入电网。
2.根据权利要求1所述的能减小电解电容的并网逆变器，其特征在于：所述直流电源(1)由n个子直流电源组成，所述DC/DC变换器(2)由n个子DC/DC变换器组成，n为大于1的自然数，所述直流母线电容(C1)为直流母线，每个子直流电源的输出端均串接一个子DC/DC变换器后连入直流母线，双向DC/DC变换器(4)的双向输出端连接储能电容(C2)的两端，双向DC/DC变换器(4)的双向输入端连入直流母线，DC/AC变换器(3)的输入端接入直流母线，DC/AC变换器(3)的输出端连入电网。
3.根据权利要求1所述的能减小电解电容的并网逆变器，其特征在于：所述直流电源(1)由n个子直流电源组成，所述DC/DC变换器(2)由n个子DC/DC变换器组成，所述DC/AC变换器(3)由n个子DC/AC变换器组成，n为大于1的自然数，所述直流母线电容(C1)为直流母线，每个子直流电源的输出端均串接一个子DC/DC变换器后连入直流母线，双向DC/DC变换器(4)的双向输出端连接储能电容(C2)的两端，双向DC/DC变换器(4)的双向输入端连入直流母线，每个子DC/AC变换器的输入端均接入直流母线，每个子DC/AC变换器的输出端均连入电网。
4.根据权利要求1所述的能减小电解电容的并网逆变器，其特征在于：所述直流电源(1)为直流电压源或可再生能源发电装置。
5.根据权利要求2所述的能减小电解电容的并网逆变器，其特征在于：所述DC/AC变换器(3)采用集中式DC/AC变换器。
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