[实用新型]一种采用混合型功率器件的光伏逆变器

说明书

技术领域

本实用新型涉及光伏并网逆变器技术领域，尤其涉及一种采用混合功率器件的光伏并网逆变器。

背景技术

随着光伏硅材料提炼技术的进步和成本的不断下降，太阳能并网发电技术得到了快速发展，作为电能转换的关键环节，电力电子变换器对于光伏系统整体性能与可靠性占有举足轻重的地位。在太阳能光伏逆变器的设计中系统效率是重点考虑的因素之一，尽可能小的功率损耗不仅节省能量，还可以降低温升，提高系统可靠性，并使系统更紧凑，从而降低了成本。常规的双级式并网逆变器前级通常采用Boost升压电路，后级采用相同规格功率管的全桥逆变，中间并联大量电解电容进行滤波和储能。但是常规的Boost升压电路输出电流纹波较大，极大地影响了中间电解电容的使用寿命，并且前级电路扩容困难，当通过并联多个功率管进行扩容时容易造成电流波动，降低了系统的可靠性。同时常规的全桥逆变电路四个功率管通常全部采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或场效应晶体管(MOSFET)。当四个功率管通常全部采用IGBT时，由于IGBT开关频率相对于MOSFET低一些，开关速度较慢，谐波较大，并网电流波形较差。而当四个功率管通常全部采用MOSFET时，MOSFET导通损耗大，降低了系统效率，较大功率时系统发热严重。

实用新型内容

本实用新型为避免上述技术存在的不足之处，提供一种采用混合型功率器件的光伏逆变器，为实现高可靠、高效率、低成本的中小功率光伏并网逆变系统的设计和控制提供解决方案，其优化的架构和控制方法，可以方便的提高系统可靠性和效率，并提高并网电流的质量。

本实用新型解决技术问题采用如下的技术方案实现：

系统主要由输入EMI滤波电路①、交错并联Boost升压电路②、采用混合器件的全桥逆变电路③、输出并网滤波电路④、电网相位检测电路⑤、采样电路⑥、控制器⑦等部分组成。其连接关系是：光伏电池板组连接经过输入EMI滤波电路①输入到交错并联Boost升压电路②，交错并联Boost升压电路②通过直流母线与采用混合器件的全桥逆变电路③相连，全桥逆变电路③经过输出并网滤波电路④与外部电网相连。控制器⑦通过采样电路⑥和电网相位检测电路⑤分别与交错并联Boost升压电路②和全桥逆变电路③相连，同时控制器通过输出PWM和SPWM与交错并联Boost升压电路②和全桥逆变电路③的功率管相连。

进一步的，交错并联Boost升压电路②是由两路Boost升压电路并联，每路输出端分别串联一个碳化硅(SIC)二极管(D1和D2)，两个MOSFET功率管S1和S2以高频交错导通，通过控制S1和S2的占空比实现最大功率点跟踪控制。

进一步的，全桥逆变电路③四个功率管采用混合型功率器件，上部两个功率管S3和S5为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，并且分别反并联一个碳化硅二极管，下部两个功率管S4和S6为场效应晶体管(MOSFET)。

进一步的，全桥逆变电路③为单极性正弦波脉宽调制，功率管S3和S5以工频速率互补导通，此工频控制波与外部电网同步，功率管S4和S6受正弦脉宽调制波控制，且调制波与电网同步。

进一步的，所述控制器⑦通过采样直流母线电压、电网电压、并网电流、电网频率，及过零检测电路，通过电流环反馈PI控制算法实现以光伏最大功率并网。

与现有技术相比，本实用新型的显著效益体现在：

1.前级核心拓扑为两个Boost电路交错并联，能够有效地实现较高功率容量输出，避免了开关管直接并联引起的电流波动，降低了开关管的容量要求，提高了输入电流纹波频率，减小了纹波幅值，有利于滤波电路的设计和减小开关损耗。

2.全桥逆变电路的四个功率管采用混合型功率器件，通过上部采用两个IGBT的工频导通有效降低了开关管的导通损耗，发热较小，提高了系统效率。而下部的两个MOSFET以高频正弦脉宽调制工作，谐波小，并网电流波形质量好。

3.交错并联Boost升压电路输出串联二极管和全桥逆变的IGBT反并联二极管均为碳化硅二极管，利用碳化硅二极管的零反向恢复时间，有效的提高系统效率，降低系统EMI。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：

图1为本实用新型光伏逆变器原理示意图；

图2为本实用新型光伏逆变器主电路结构示意图；

图3为本实用新型光伏逆变器交错并联Boost升压电路控制波形示意图；