[发明专利]基于模块化多电平变流器的新型光伏并网系统

说明书

技术领域

本发明涉及变流器在光伏并网系统中的应用，尤其是模块化多电平变流器在光伏并网系统中的应用。

背景技术

随着能源危机和环境污染日益严重，迫切寻找一种新的清洁可再生能源，太阳能光伏发电属于清洁的可再生能源，光伏发电的应用对于缓解能源危机和减少环境污染有重要作用。在光伏并网系统中，逆变器将光伏电池板发出的直流电转化成交流电并送入电网，在光伏系统中属于核心的关键设备，多电平变换器由于可以输出多个电平交流电压，使并网电流中的谐波含量小，对电网污染较小得到广泛应用，当前主要应用的嵌位式多电平变换器随着电平数增加，其嵌位器件急剧增加，且控制复杂，实际应用中一般限制在5电平及以下；而模块化多电平变流器由于其模块化结构，开关器件与电平数线性增加，因此在电平数较多时，所需器件要少于嵌位式多电平，控制简单，模块化的结构使其扩展性强,易实现冗余控制,将其应用于光伏系统，相较于嵌位式多电平具有一定的优势。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种能减少嵌位式多电平变换器主电路器件数量的基于模块化多电平变流器的新型光伏并网系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于模块化多电平变流器的新型光伏并网系统，包括太阳能电池板、DC-DC变换电路、DC-AC变换电路和三相电网，所述的太阳能电池板将太阳光能量转换为电能后输出的电压作为所述的DC-DC变换电路的输入，所述的DC-DC变换电路由BOOST电路、MPPT控制器、PI调节器和PWM发生器，所述的MPPT控制器检测到所述的太阳能电池板的电流和输出电压，通过MPPT控制算法得到调节太阳能电池板工作点电压的指令，将所述的指令与太阳能电池板输出电压值相减，并通过所述的PI调节器进行闭环控制，产生PWM控制信号，对DC-DC变换电路输入电压进行控制，实现太阳能电池板的MPPT控制；所述的DC-AC变换电路包括有三相三桥臂电路，所述的三桥臂的上下两端均分别与所述的BOOST电路的两端相连，所述的三相三桥臂电路每个桥臂都包含上、下两个桥臂且每个上桥臂和下桥臂均由N个相同的子模块和一个限流电抗器串联组成，子模块为一个半桥电路，每个子模块可输出单极性电压，结构模块化，容易实现冗余，所述的三桥臂的上桥臂和下桥臂的中间节点分别接所述的三相电网的三相输入端，通过改变上、下桥臂串入的子模块总数来获得期望的直流电压，通过改变上、下桥臂串入子模块数的差来获得期望的交流电压，其中，每个上桥臂和下桥臂均包含N个子模块，输出N+1个电平交流波形，采用电压外环、电流内环的双环闭合控制方法，实现DC-AC变换电路的单位功率因数正弦波电流控制，其中，电压外环是根据功率平衡的原理来实现直流母线电容的稳压控制，而电流内环则主要实现DC-AC变换电路电流的跟踪控制，通过得到交流电压可间接得到交流电流，进行电流内环的控制，得到直流电压，进行电压的外环的闭环控制。

所述的DC-DC变换电路中的BOOST电路也可为BUCK电路或BUCK-BOOST电路。

所述的子模块为两个开关器件和一个储能电容构成的半桥电路，开关器件一与开关器件二中间的节点为子模块的输出端，半桥壁的下端为子模块的输入端，每个子模块根据开关器件状态可输出0电压和储能电容电压，子模块中每个开关管仅承受子模块电容电压，较低电压等级的开关器件经过子模块串联达到较高的电压等级。

本发明中，上桥臂桥臂电压为u_U

uU=NU·UC---(1)]]>

下桥臂桥臂电压为u_L