[发明专利]三相四线制三电平光伏并网逆变器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三相四线制三电平光伏并网逆变器及其控制方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高和社会的技术进步，电能成为人们日常生活中必须依赖的能源。然而煤、石油等一次能源日渐减少，而且人们在应用他们的同时，也对环境造成巨大的污染。解决能源问题的根本办法是开发环保型的可再生能源，其中太阳能发电就是其中重要的发展方向。

可再生能源可以分为两大应用领域：一是大型并网发电站，另一是小型用户侧自发电自用场合。针对这两大应用场合，目前大部分商业化光伏逆变器产品主要分为两种类型：一种是大功率光伏并网逆变器，应用于大型光伏发电站，主要带三相电机等平衡负载，因此采用三相三线制接线方式即可；另一种是小型单相光伏逆变器，给小型家庭用户使用，带电灯、家用电器等单相负载。除此以外，太阳能还有一类应用场合，功率在10-30kW之间，比如一个小区内3-5个家庭用户共同出资建设使用的小型光伏发电站，既需要带电机、水泵类三相平衡负载，同时也需要带照明、加热、家用电器等单相负载，从负载的角度来说，需要采取三相四线制接线方式。

太阳能发电领域，光伏并网逆变器是核心设备，它在系统内实现将太阳能板发出的直流电能逆变成与电网一致的交流电能并入电网中。它一方面是发电设备，同时也是电气系统中非常重要的用电电气设备。出于安全的考虑，目前供电系统大都是TN-S型电气系统，要求在用户侧的零线与地线是分立的两根线，电气设备外壳等不带电部分必须可靠接地，同时避免隐形电气事故。从电气安全的角度来说，逆变器也需要采取三相四线制接线方式。

目前常用的三相逆变器总体来说有两大类：两电平和多电平(以三电平常见)。而二电平逆变器要实现三相四线制接线有两种方式：一是三桥臂、由母线电容电压分裂引出中性线；二是采用三相四桥臂结构，多用二个开关管构建第四个桥臂，由它引出中性线，并模拟中性点电压输出。第一种方法使得直流母线电压利用率降低，第二种方法多用两只开关管成本提高，且控制方法较复杂。

近年来，二极管箝位式电压型三电平逆变器应用越来越广泛，与二电平相比，有以下优势：

1、输出电平数多一个，在相同开关频率条件下，较传统二电平谐波含量大大减少，改善了输出电压波形，进而可以使用较小数值的输出滤波器，体积减小、成本降低；

2、开关管较二电平逆变器承受一半的直流母线电压，开关应力减小，因此可以选用额定电压为一半的开关管，比如600V的IGBT较1200V具有更低的开关损耗和导通压降；

3、据Semikon研究报告，三电平逆变器单个桥臂总损耗较二电平低60%；损耗低、散热器体积小、成本下降，单个桥臂较二电平低25%。

4、最为关键的一点是三电平结构逆变器较二电平逆变器在三相四线制应用领域具有独特的优势，因为它本身就带有分裂的母线电容和中性点，可以直接引出做为中性线。

目前的技术研究和专利对三相三线制和单相光伏逆变器研究的很多，而对三相四线制光伏并网逆变器研究的很少。

发明内容

本发明提供的一种三相四线制三电平光伏并网逆变器及其控制方法，区别于传统三相三线三电平逆变器在于多了一条中性线，构成三相四线制供电系统，该逆变器既可以接对称平衡三相负载，也可以接单相负载。在提高供电系统安全性的同时，也拓宽了光伏逆变器的应用领域。

为了达到上述目的，本发明提供一种三相四线制三电平光伏并网逆变器，该逆变器的正负极连接作为输入源的太阳能板，该逆变器包含电路连接的滤波电容、升压电路、三相四线逆变电路、滤波电路、控制器。

滤波电容对太阳能板输入的电压进行滤波，升压电路将输入电压升压为直流母线电压作为后级逆变电路的输入电压，三相四线逆变电路将母线电压逆变为三相电压，滤波电路对三相电压进行滤波后，输出到电网，控制器检测太阳能板的电压及输出电流、电网三相电压及三相四线逆变电路输出的三相电流，控制器内部的升压变换器和逆变控制器分别生成升压电路和三相四线逆变电路的驱动脉冲，控制整个逆变器的工作。

所述的滤波电容并接于太阳能板PV两端。

所述的升压电路包含电路连接的电感、二极管、开关管，还包含反向并联在开关管两端的二极管。

所述的三相四线逆变电路包含并联在直流母线两端的电容电路和三相桥臂。

所述的电容电路包含串联的第一电解电容和第二电解电容。

所述的三相桥臂中的每相桥臂分别包含若干串联的开关管，每个开关管的两端都反相并联一个二极管，每相桥臂还包含若干箝位二极管，所述的箝位二极管串联后并联在上半部分开关管和下半部分开关管之间。