[发明专利]一种级联多模态光伏并网逆变器及其调制方法

说明书

本发明涉及一种级联多模态光伏并网逆变器及其调制方法，属于电能变换与新能源分布式并网发电领域。本发明能够根据实际工况调整调制策略和开关工作状态，工作在九电平、五电平或三电平模态，达到优化输出波形质量，降低整体损耗的效果。当直流侧输入功率较低时，采用九电平或五电平的输出模态，以改善并网电流的波形质量，拓宽可并网范围；当直流侧输入功率较高时，采用三电平输出模态，以降低逆变器损耗，提高系统效率。本发明兼顾了光伏并网逆变器注入电网电流的波形质量和逆变器的损耗问题，有利于提升系统并网电能的质量，降低逆变过程中的损耗。

技术领域

本发明涉及一种级联多模态光伏并网逆变器及其调制方法，属于电能变换与新能源分布式并网发电领域。

背景技术

能源是人类赖以生存和发展的物质基础，随着科学技术的发展与进步，人类社会的物质生活得到极大的丰富，对能源的消费和需求也越来越高。在诸多可再生能源中，太阳能由于其来源广泛、储量丰富、绿色清洁、不受地域环境的限制等诸多优点，发展尤为迅速。光伏发电技术是有效利用太阳能的重要手段，也是未来电力生产的重要支柱之一。在光伏发电系统中，逆变器作为电能转换的核心器件，对光伏发电系统的效率、稳定性及输出电能质量都起着至关重要的作用。在并网系统中，如果逆变器的输出电能质量较低，将会对电网造成严重的谐波污染，导致网损增加，加速绝缘老化，影响设备的寿命，甚至造成电气设备的损毁。因此，性能稳定、输出特性良好的逆变器在光伏发电系统中尤为重要。

现有中小功率等级的并网逆变器多采用三相半桥结构。此类逆变器具有结构简洁，调制简单，器件成本低的优点。然而，在直流侧输出功率较低时，为保证输出波形质量，两电平逆变器需要提高开关频率以优化输出特性，这导致开关损耗增大，系统效率降低。在中高功率等级的并网场所中，逆变器多采用多电平逆变器。多电平逆变器输出的波形具有多个阶梯，可以在不提升开关器件耐压等级的情况下提高逆变器的输出电压等级。同时，多电平逆变器的输出波形可以更好地拟合正弦波，从而降低输出电流的谐波含量。但是，电平数的增多必定导致功率开关器件和驱动器件的增多，这不仅增加了元件成本，还会导致大量的功率开关器件损耗。特别是在输出功率等级较高时，这部分损耗的优化问题需要得到重视。

发明内容

本发明的目的是提供一种级联型多模态光伏并网逆变器及其调制方法，以解决目前分布式光伏并网发电系统中的逆变器输出电能质量不高、逆变器的损耗过大的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种级联多模态光伏并网逆变器，该逆变器设置在光伏阵列输出单元和交流电网之间，包括第一电容组串、第二电容组串、第一直流侧开关组、第二直流侧开关组、第三直流侧开关组、第四直流侧开关组、第一桥臂开关组、第二桥臂开关组、第三桥臂开关组、第四桥臂开关组和双向开关组；

第一电容组串与第一光伏阵列输出单元（U_dc1）并联；第一直流侧开关组包括第一开关管（S₁）和第一二极管（D₁），第一开关管（S₁）与第二二极管（D₂）反向串联，第一开关管（S₁）另一端连接第一光伏阵列输出单元（U_dc1）的正极，第一二极管（D₁）正极连接第一电容组串的中点；第二直流侧开关组包括第二开关管（S₂）和第二二极管（D₂），第二开关管（S₂）与第二二极管（D₂）反向串联，第二开关管（S₂）另一端连接第一光伏阵列输出单元（U_dc1）的负极，第二二极管（D₂）负极连接第一电容组串的中点；第一桥臂开关组和第二桥臂开关组并联连接在第一二极管（D₁）负极、第二二极管（D₂）正极之间；