專(zhuān)利名稱(chēng)：基于三相多分裂變壓器的chb級(jí)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(jí)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(jí)聯(lián)型光伏逆變電路。
背景技術(shù)：
目前，大功率光伏電站運(yùn)行的逆變裝置大都采用兩電平三相半橋逆變拓?fù)洌敵?接隔離變壓器的電路結(jié)構(gòu)。兩電平三相半橋逆變拓?fù)浜?jiǎn)單，易于控制，但存在以下缺點(diǎn)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(huì)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(gè)MPPT 控制，組件供電不匹配對(duì)系統(tǒng)發(fā)電效率的影響大。3.輸出功率超過(guò)500kVA時(shí)，IGBT并聯(lián)的 個(gè)數(shù)較多，需解決均流、散熱等技術(shù)問(wèn)題。4.太陽(yáng)組件的絕緣電壓提高后，關(guān)鍵器件IGBT、 母線(xiàn)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?fù)涞墓逃腥毕荩嚯娖侥孀兤髟诟邏骸⒋蠊β蕡?chǎng)合的應(yīng)用受到了 廣泛的關(guān)注，其多電平疊加的電路拓?fù)洌欣跍p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?fù)淇煞譃槎O管箝位型、飛跨電容型以及具有獨(dú)立直 流電壓源的CHB (Cascaded H-Bridge級(jí)聯(lián)H橋)級(jí)聯(lián)型。第三種CHB級(jí)聯(lián)型逆變拓?fù)洳恍?要前兩種電路所需的箝位二極管和飛跨電容，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于模塊化。
CHB級(jí)聯(lián)型多電平逆變拓?fù)淇蓱?yīng)用在大功率光伏行業(yè)，具有多路獨(dú)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?fù)浼癝PWM調(diào)試方式可成倍的降低系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率，使輸出諧波含量小，無(wú)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(diǎn)。采用CHB 級(jí)聯(lián)型多電平拓?fù)涞墓夥孀兤鳎陔娬具\(yùn)行的主要局限在于太陽(yáng)能組件、線(xiàn)纜及真空開(kāi) 關(guān)等器件的對(duì)地絕緣電壓為1000V，無(wú)法滿(mǎn)足CHB級(jí)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(jí)需要的成本較高，且研發(fā)生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。為解決以上 技術(shù)瓶頸，將CHB級(jí)聯(lián)型多電平逆變拓?fù)涞膬?yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，發(fā)明了一種采用三相多分 裂變壓器的CHB級(jí)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(wèn)題是構(gòu)建一種基于三相多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆 變電路，克服現(xiàn)有技術(shù)CHB級(jí)聯(lián)型多電平逆變拓?fù)湓陔娬具\(yùn)行，光伏組件、線(xiàn)纜及真空開(kāi)關(guān) 等器件對(duì)地絕緣耐壓為1000V的技術(shù)問(wèn)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(jí)聯(lián)型光伏逆變電 路，包括三相多分裂變壓器和多個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元，所述CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元包括直流 母線(xiàn)，所述多個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元的直流母線(xiàn)與多路獨(dú)立的光伏組件分別連接，所述每 個(gè)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(gè)逆變單元為單相全橋電路拓?fù)洌瑢ⅹ?dú)立直流母線(xiàn)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(guò)磁耦合的方式將該正弦波串聯(lián)疊加起來(lái)。
本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是采用載波移相的SPWM調(diào)制技術(shù)將獨(dú)立直流母線(xiàn)轉(zhuǎn)換為方波。
本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是所述載波移相的角度與H橋的級(jí)聯(lián)個(gè)數(shù)η有關(guān)，η個(gè) 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(jìn)行調(diào)制，對(duì)于三相正弦，每相正弦調(diào)制波依次滯后120°。
本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是所述三相多分裂變壓器包括鐵芯、線(xiàn)圈和支撐架，所述線(xiàn)圈為三相，每相線(xiàn)圈的鐵芯軸向上設(shè)有多個(gè)繞組，每個(gè)繞組中由外到內(nèi)依次設(shè)有一次側(cè)線(xiàn)圈、二次側(cè)線(xiàn)圈、穩(wěn)定繞組線(xiàn)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(diǎn)。
本發(fā)明的進(jìn)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(gè)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(jìn)一步技術(shù)方案是所述二次繞組為軸向分裂為多個(gè)輸入線(xiàn)圈。
本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是所述穩(wěn)定繞組的繞組線(xiàn)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(jí)聯(lián)型光伏逆變電路，包括三相多分裂變壓器和多個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元，所述CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元包括直流母線(xiàn)，所述多個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元的直流母線(xiàn)為多路獨(dú)立的光伏組件，所述每個(gè)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(gè)逆變單元為單相全橋電路拓?fù)洌瑢ⅹ?dú)立直流母線(xiàn)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(guò)磁耦合的方式將該正弦波串聯(lián)疊加起來(lái)。本發(fā)明基于多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路，不改變現(xiàn)有光伏 系統(tǒng)器件的對(duì)地絕緣電壓，通過(guò)磁耦合將大功率CHB級(jí)聯(lián)型多電平光伏逆變器的輸出串聯(lián)起來(lái)，可實(shí)現(xiàn)其在光伏電站安全可靠運(yùn)行。本發(fā)明低壓側(cè)繞組連接多個(gè)獨(dú)立等功率的逆變輸出，使用一個(gè)分裂變壓器比多臺(tái)普通變壓器更經(jīng)濟(jì)、占地小、維護(hù)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(xiàn)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(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖1所示，本發(fā)明的具體實(shí)施方式
是構(gòu)建一種基于三相多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路，包括三相多分裂變壓器和多個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元，所述CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元包括直流母線(xiàn)，所述多個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元的直流母線(xiàn)為多路獨(dú)立的光伏組件， 所述每個(gè)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(gè)逆變單元為單相全橋電路拓?fù)洌瑢ⅹ?dú)立直流母線(xiàn)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(guò)磁耦合的方式將該正弦波串聯(lián)疊加起來(lái)。
如圖1所示，本發(fā)明的具體實(shí)施過(guò)程是本發(fā)明基于三相多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路，由一個(gè)三相多分裂變壓器和多個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元組成。多路獨(dú)立的光伏組件作為三相k個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元的直流母線(xiàn)。圖中所示，一路光伏組件構(gòu)成a相 CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元的直流母線(xiàn)VBUSal-VBUSak，一路光伏組件構(gòu)成b相CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元的直流母線(xiàn)VBUSbl-VBUSbk、一路光伏組件構(gòu)成C相CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元的直流母線(xiàn)VBUSc;1-VBUSc;k。 每個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元為單相全橋電路拓?fù)洌捎幂d波移相的SPWM調(diào)制技術(shù)，將獨(dú)立的直流母線(xiàn)斬成方波。每個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元通過(guò)一個(gè)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(guò)磁耦合的方式將含有諧波的正弦波串聯(lián)疊加起來(lái)，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(gè)逆變單元串聯(lián)為例，闡述兆瓦級(jí)三相三分裂變壓器與7電平CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路的工作方式，每個(gè)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(gè)獨(dú)立的7電平CHB級(jí)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(xiàn)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(xiàn)圈，可消除其中的零序諧波分量。另外，每個(gè)逆變模塊IGBT開(kāi)關(guān)管流過(guò)電流為三相半橋逆變拓?fù)涞?/9，可使用常規(guī)型號(hào)，避免了 IGBT并聯(lián)。
當(dāng)逆變單元的級(jí)聯(lián)個(gè)數(shù)拓展為η個(gè)，則可實(shí)現(xiàn)2η+1電平CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變拓?fù)洌捎萌唳欠至炎儔浩鳌Ｃ總€(gè)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(xiàn)圈和支撐架，線(xiàn)圈為三相，每相線(xiàn)圈的鐵芯軸向上設(shè)有多個(gè)繞組，每個(gè)繞組中由外到內(nèi)依次設(shè)有一次側(cè)線(xiàn)圈、二次側(cè)線(xiàn)圈、穩(wěn)定繞組線(xiàn)圈。一次繞組為多層層式或餅式繞組，軸向分裂為多個(gè)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(xiàn)與高壓控制柜相連。二次繞組為軸向分裂為多個(gè)輸入線(xiàn)圈，每個(gè)輸入線(xiàn)圈額定容量相等，沒(méi)有電氣聯(lián)系，僅有較弱的磁聯(lián)系，且各線(xiàn)圈之間有較大的阻抗，引出線(xiàn)與逆變器輸出相連。穩(wěn)定繞組線(xiàn)圈采用三角形(即“Λ”)接法，允許同相的三次諧波電流流過(guò)，為一次線(xiàn)圈和二次線(xiàn)圈提供中性點(diǎn)，穩(wěn)定繞組沒(méi)有引出線(xiàn)。
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(jí)聯(lián)型光伏逆變電路，包括三相多分裂變壓器和多個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元，所述CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元包括直流母線(xiàn)，所述多個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元的直流母線(xiàn)為多路獨(dú)立的光伏組件，所述每個(gè)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(gè)逆變單元為單相全橋電路拓?fù)洌瑢ⅹ?dú)立直流母線(xiàn)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(guò)磁耦合的方式將該正弦波串聯(lián)疊加起來(lái)。本發(fā)明基于多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路，不改變現(xiàn)有光伏系統(tǒng)器件的對(duì)地絕緣電壓，通過(guò)磁耦合將大功率CHB級(jí)聯(lián)型多電平光伏逆變器的輸出串聯(lián)起來(lái)，可實(shí)現(xiàn)其在光伏電站安全可靠運(yùn)行。本發(fā)明低壓側(cè)繞組連接多個(gè)獨(dú)立等功率的逆變輸出，使用一個(gè)分裂變壓器比多臺(tái)普通變壓器更經(jīng)濟(jì)、占地小、維護(hù)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(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范`圍。
權(quán)利要求
1.一種基于三相多分裂變壓器的CHB級(jí)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(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元，所述CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元包括直流母線(xiàn)，所述多個(gè)CHB級(jí)聯(lián)型逆變單元的直流母線(xiàn)與多路獨(dú)立的光伏組件分別連接，所述每個(gè)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(gè)逆變單元為單相全橋電路拓?fù)洌瑢ⅹ?dú)立直流母線(xiàn)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(guò)磁耦合的方式將該正弦波串聯(lián)疊加起來(lái)，所述三相多分裂變壓器包括鐵芯、線(xiàn)圈和支撐架，所述線(xiàn)圈為三相，每相線(xiàn)圈的鐵芯軸向上設(shè)有多個(gè)繞組，每個(gè)繞組中由外到內(nèi)依次設(shè)有一次側(cè)線(xiàn)圈、二次側(cè)線(xiàn)圈、穩(wěn)定繞組線(xiàn)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(diǎn)。
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(jí)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(dú)立直流母線(xiàn)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(jí)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(jí)聯(lián)個(gè)數(shù)η有關(guān)，η個(gè)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(jí)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(gè)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(jí)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(gè)輸入線(xiàn)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(jí)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(xiàn)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(jí)聯(lián)型光伏逆變電路，基于多分裂變壓器的CHB級(jí)聯(lián)型光伏逆變電路，不改變現(xiàn)有光伏系統(tǒng)器件的對(duì)地絕緣電壓，通過(guò)磁耦合將大功率CHB級(jí)聯(lián)型多電平光伏逆變器的輸出串聯(lián)起來(lái)，可實(shí)現(xiàn)其在光伏電站安全可靠運(yùn)行。本發(fā)明低壓側(cè)繞組連接多個(gè)獨(dú)立等功率的逆變輸出，使用一個(gè)分裂變壓器比多臺(tái)普通變壓器更經(jīng)濟(jì)、占地小、維護(hù)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(hào)H02M7/537GK103051236SQ20121058899
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)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(lái), 張華 申請(qǐng)人:深圳航天科技創(chuàng)新研究院