專利名稱：一種基于mmc的無變壓器太陽能逆變器拓撲結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于MMC(Modular Multilevel Converter)模塊化多電平逆變器 的無變壓器太陽能逆變器拓撲結構。
背景技術：
在當前能源緊缺的時代，光伏發電作為可再生能源被普遍認可和大力發展。中國 對光能的開發相對落后，技術正處于上升階段，中國的國土面積大，太陽能年輻射量超過 600kJ/cm2，每年地表吸收的太陽能相當于17萬億噸標準煤的能量，因此具有很好的發展前
旦
ο光電池是將光能轉化為電能的主要器件。光伏發電系統通常采用若干光電池組成 的光電池陣列，以達到并網逆變器的較高輸入電壓。太陽能逆變器又可稱為光伏逆變器，是將光能轉化為電能的轉換裝置。現有技術 中的太陽能逆變器是將電池陣列合成的直流電壓逆變成三相交流電，經過變壓器后送入電 網，具有變壓器的設計方式，使設備投資大、占地多，成本高，生產周期長。
發明內容本發明的目的是提供一種基于MMC的無變壓器太陽能逆變器拓撲結構，該拓撲結 構不用設置光伏發電系統并網側的變壓器，采用多個標準功率單元的疊加形式，實現高壓 輸出；成本低，節省空間，結構簡單，反應速度快。為實現上述目的，本發明通過以下技術方案實現—種基于MMC的無變壓器太陽能逆變器拓撲結構，包括光電池陣列、直流變換電 路、由多個標準功率單元構成的逆變器，光電池陣列產生的直流電壓，經直流變換電路變換 為穩定的直流電壓后，作為逆變器中的各個標準功率單元的直流側電壓；多個標準功率單 元逆變輸出經串聯，實現三相交流電壓的合成，直接達到高壓輸出，并入電網。逆變器的功率單元采用MMC單元作為標準功率單元，標準功率單元采用半橋結 構，上下兩個IGBT串聯，再并聯一個直流電容；每個標準功率單元均設有太陽能電池板和 直流變換電路，由太陽能電池板提供直流電壓，經直流變換電路轉換為穩定的直流電壓。逆變器為三相，每相由偶數η個標準功率單元組成，分為上下兩組，每組的標準功 率單元個數為η/2個，輸出相電壓電平階梯數為n/2+l，線電壓電平數為η+1 ；每相的輸出端 為上下兩組標準功率單元的中點處，且輸出端與每組單元之間以耦合或非耦合電感連接。與現有技術相比，本發明的有益效果是1，無變壓器配置，使得設備成本降低1/2。2，無變壓器配置，使得設備體積減少1/2。3，無變壓器配置，使得設備重量減少1/2。4，無變壓器配置，使得設備制造周期減少1/2。5，無變壓器配置，省掉了承載變壓器的結構與空間。
3[0016]6，無變壓器配置，省掉了連接變壓器的高壓電纜。7，無變壓器配置，使得運輸便利程度大大增強。8，采用新型的MMC標準功率單元，控制策略簡單可靠。

圖1是太陽能逆變器的拓撲結構示意圖；圖2是太陽能逆變器的標準功率單元示意圖；圖3-1是功率單元輸出狀態為0狀態的電流流向圖；圖3-2是功率單元輸出狀態為0狀態的電流流向圖；圖4-1是功率單元輸出狀態為1狀態的電流流向圖；圖4-2是功率單元輸出狀態為1狀態的電流流向圖。
具體實施方式
見圖1，一種基于MMC的無變壓器太陽能逆變器拓撲結構，包括光電池陣列、直流 變換電路、由多個標準功率單元構成的逆變器，光電池陣列產生的直流電壓，經直流變換電 路變換為穩定的直流電壓后，作為逆變器中的各個標準功率單元的直流側電壓，通過控制 各個功率單元開關器件的導通與關斷，實現A、B、C三相交流電壓的合成，直接達到高壓輸 出，不經過變壓器直接并入電網。該拓撲基于半橋串聯技術，采用的功率單元類型為模塊化 多電平modular multilevel converter，稱為MMC標準功率單元，為半橋結構。可以直接達 到高壓輸出，直接并入電網，不需要變壓器，使得成本大大降低，省掉了風機，承載變壓器的 結構與空間，省掉了變壓器相關的高壓電纜，結構緊湊，控制簡捷，為太陽能發電提供了一 種新的拓撲技術。見圖2，逆變器的標準功率單元采用半橋結構，由兩個開關器件IGBT和直流側電 容C組成，IGBTl和IGBT2相串聯，再并以直流電容C，并且IGBTl和IGBT2分別并聯一個反 接二極管D1，D2。IGBTl與IGBT2的公共端，電容C與IGBT2的公共端作為每個單元的輸出 端，與其他單元相連。每個標準功率單元均設有太陽能電池板進行光伏發電提供直流電壓， 并采用直流變換電路變換為為穩定的直流電壓。逆變器為三相，每相由偶數η個標準功率單元組成，分為上下兩組，每組的標準功 率單元個數為η/2個，輸出相電壓電平階梯數為n/2+l，線電壓電平數為η+1 ；每相的輸出 端為上下兩組標準功率單元的中點處，且輸出端與每組單元之間以耦合或非耦合電感L連 接。逆變器將單元直流側合成的直流電壓調制成交流的三相電壓，由三個輸出端輸出，直接 并入電網。逆變器的每組的標準功率單元個數稱為逆變器級數，逆變器級數根據具體的實 際情況需要確定。控制IGBT的柵極電壓使其導通或者關斷，可以使單元具有不同的電路狀態。定義 IGBTl關斷，IGBT2導通為單元的0狀態，此時電流可以經IGBT2正向流過(見圖3_1)，也可 以經并聯二極管D2反向流過(見圖3-2)。定義IGBTl導通，IGBT2關斷為單元的1狀態， 電流可以流經二極管Dl (見圖4-2)，此時電容充電；也可以流經IGBTl (見圖4_1)，此時電 容放電。若變頻器級數選擇適當，變頻器輸出電壓可達到電網級別，變頻器將根據電網電壓發出與電網同步的電壓波形，并網發電。 光伏電池的陣列結構可以為集中型，串型，多串集中型等形式。沒有并網的升壓變 壓器，也沒有與變壓器相關的風機、高壓電纜、輔助電路，不需要承載變壓器的結構與空間。 每相上下橋臂由緩沖電抗相連，此電抗可為耦合電抗或者非耦合電抗。
權利要求一種基于MMC的無變壓器太陽能逆變器拓撲結構，其特征在于，包括光電池陣列、直流變換電路、由多個標準功率單元構成的逆變器，光電池陣列產生的直流電壓，經直流變換電路變換為穩定的直流電壓后，作為逆變器中的各個標準功率單元的直流側電壓；多個標準功率單元逆變輸出經串聯，實現三相交流電壓的合成，直接達到高壓輸出，并入電網。
2.根據權利要求1所述的一種基于MMC的無變壓器太陽能逆變器拓撲結構，其特征在 于，逆變器的功率單元采用MMC單元作為標準功率單元，標準功率單元采用半橋結構，上下 兩個IGBT串聯，再并聯一個直流電容；每個標準功率單元均設有太陽能電池板和直流變換 電路，由太陽能電池板提供直流電壓，經直流變換電路轉換為穩定的直流電壓。
3.根據權利要求2所述的一種基于MMC的無變壓器太陽能逆變器拓撲結構，其特征在 于，逆變器為三相，每相由偶數η個標準功率單元組成，分為上下兩組，每組的標準功率單 元個數為ηΛ個，輸出相電壓電平階梯數為n/2+l，線電壓電平數為η+1 ；每相的輸出端為上 下兩組標準功率單元的中點處，且輸出端與每組單元之間以耦合或非耦合電感連接。
4.根據權利要求1所述的一種基于MMC的無變壓器太陽能逆變器拓撲結構，其特征在 于，所述的光電池陣列采用太陽能電池板構成。
專利摘要本實用新型涉及一種基于MMC的無變壓器太陽能逆變器拓撲結構，包括光電池陣列、直流變換電路、由多個標準功率單元構成的逆變器，光電池陣列產生的直流電壓，經直流變換電路變換為穩定的直流電壓后，作為逆變器中的各個標準功率單元的直流側電壓；多個標準功率單元逆變輸出經串聯，實現三相交流電壓的合成，直接達到高壓輸出，并入電網。優點是不用設置光伏發電系統并網側的變壓器，采用多個標準功率單元的疊加形式，實現高壓輸出；成本低，節省空間，結構簡單，反應速度快。
文檔編號H02J3/38GK201774475SQ20102026798
公開日2011年3月23日 申請日期2010年7月22日 優先權日2010年7月22日
發明者張坤, 張躍平, 李太峰, 楊洋, 王振, 胡濤, 趙淑玉, 魏西平 申請人:榮信電力電子股份有限公司