[发明专利]光伏发电系统的串联谐振DC/DC变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种DC/DC变换器，具体是输入电压可变化的、高频的、串联谐振软开关的、用于光伏发电系统的DC/DC变换器。

背景技术

DC/DC变换器是一种是用半导体开关器件，配合电感、电容器、变压器等器件，通过控制半导体开关器件的快速导通、关断来控制输出直流电压的变换电路，其功能是将不稳定、不可控的直流电压变换为满足系统要求的、可控的直流电压。在光伏发电系统中，因为光伏阵列输出电压随温度和光照强度等条件变化剧烈，无法直接与三相逆变器相连接向三相电网中馈送电能。

现阶段国内外的光伏逆变系统中，DC/DC变换器根据有无隔离变压器，分为隔离型的和非隔离型的。其中，隔离型DC/DC变换器，通常接入工频隔离变压器，这种结构安全性高、通过变压器升压幅度大，但是也存在一些缺点，工频变压器笨重、响应慢，无法实现最大功率点跟踪，且对输入电压的范围有限制。在千瓦级别的系统中，通过光伏阵列已经能够获得较高的输入电压，采用不隔离的DC/DC变换器代替隔离型变换器成为了可能。

经对现有技术文献的检索发现，谢文涛、张东、吕征宇《光伏发电系统中前端DC/DC变换器的设计》(机电工程，2007年第24卷第9期，p101-104)设计了一种光伏发电系统中的前端DC/DC变换器。该变换器采用Boost电路拓扑，不但可使输出电压升高，满足后级三相逆变器的要求，而且可以达到很到的效率，满足系统对效率的要求。另外，采用Boost电路可以方便地跟踪光伏阵列的最大功率点，实现负载匹配。但是，Boost电路的升压幅度有限，当大幅度升压时，开关器件的占空比较大，很难控制开关器件的通断，且输出的电压易不稳定；光伏阵列与三相逆变器之间无隔离变压器，两者会互相影响，使得系统中谐波含量高，影响并网的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提出一种隔离型的串联谐振DC/DC变换器。该变换器可适应较宽的光伏阵列的输出电压变化，采用高频隔离变压器体积小、响应快，可实现快速最大功率点跟踪。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：单极变换器、串联谐振电路、高频隔离变压器和快速不可控整流器，其中：单极变换器用于将光伏阵列的直流电压变换为单极性脉冲电压；串联谐振电路用于将单极性脉冲电压转换为固定频率的正弦电压；高频隔离变压器用于升压和隔离作用；快速不可控整流器用于将高频正弦电压整流为稳定的直流电压，为三相逆变器提供高质量、稳定的直流母线电压。

所述的单极变换器，包括2个开关器件和2个快速二极管，开关器件分别与快速二极管反并联。通过控制两个开关器件，单极变换器工作在3种模式下，且在谐振电流过零点时控制开关器件的通断，无开关损耗。3种模式分别为正谐振、零谐振和负谐振，正谐振是光伏阵列向串联谐振电路注入电能，谐振的幅度增加；零谐振是光伏阵列对串联谐振电路无影响，单极变换器的输出电压为零；负谐振是串联谐振电路通过快速二极管向光伏阵列中回馈电能，调节光伏阵列的输出功率。

所述的串联谐振电路，由外加电容器与高频隔离变压器的漏感组成，如果高频隔离变压器的漏感不足，可外加电感。电容器容量与电感容量确定其固有谐振频率，单极变换器中的开关器件切换频率为固有谐振频率。

单极变换器的3种状态模式作用时间是固有谐振周期的一半，且同一状态模式无法连续出现，3种状态必须交替工作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：第一、采用隔离型DC/DC变换器，安全性高；第二、隔离变压器为高频变压器，体积小、响应快，达到光伏阵列跟踪最大功率点的要求；第三、通过变压器升压，升压倍数可以很高，而且整流后的直流电压质量高、稳定；第四、单极变换器只需2个开关器件，且基于串联谐振软开关控制，无开关损耗，开关频率可大幅提高。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施例；

图2为单极变换器的三种工作状态，1-单极变换器的输出电压，2-谐振电流，I-正谐振状态，II-零谐振状态，III-负谐振状态；

图3为DC/DC变换器的仿真结果图，1-光伏阵列的输出电压，2-DC/DC变换器输出的电压，其中变压器的初级、次级绕组匝数比为1∶1。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。