Z源網絡有源中點鉗位五電平光伏并網逆變系統的制作方法

本實用新型涉及一種Z源網絡有源中點鉗位五電平光伏并網逆變系統。
背景技術：
：隨著能源危機和環境問題日益嚴重，可再生能源發電技術受到了越來越多的關注和研究。逆變器作為可再生能源發電與電網或負載接口，是整個可再生能源發電系統核心裝置，其性能影響整個可再生能源發電系統。多電平逆變器與普通兩電平逆變器相比，具有電力電子器件電壓應力低、電壓變化率(du/dt)低、逆變器輸出諧波小、逆變器效率高以及逆變共模電壓小等優點。因此，多電平逆變器在可再生能源發電中得到了廣泛的應用。對于電壓型光伏并網逆變器，逆變器橋臂上、下電力電子開關管不能同時導通(直通)，否則會發生短路，損壞逆變器。因此，為了防止逆變器電力電子開關管直通，逆變器橋臂上、下電力電子開關管信號之間加入死區時間，但死區時間的加入會影響逆變器輸出波形質量。對于光伏并網逆變器，一般可分為直流/直流變換、直流/交流變換。直流/直流變換實現光伏陣列的最大功率跟蹤，而直流/交流變換實現光伏并網逆變器有功功率、無功功率控制等。光伏并網逆變器中常用的直流/直流變換器為BOOST升壓變換器。Z源網絡逆變器，和傳統的逆變器相比，具有以下優點：(1)實現直流側輸入電壓的升高和降低；(2)直流/直流變換器無需電力電子開關管，提高逆變器效率；(3)允許橋臂直通，逆變器無需要死區補償，系統可靠性大大提高。目前，對于商用單相光伏并網逆變器，一般直流/直流變換器采用BOOST升壓電路來實現最在功率跟蹤。而直流/交流變換器采用兩電平電壓型逆變器。為了滿足并網逆變器輸出電流并網標準(額定負載并網逆變器輸出電流總諧波小于4％)，直流/交流變換器的濾波電感選比較大(一般大于2mH)，同時，并網逆變器的開關頻率選擇比較高(一般大于15k)。可見，現有技術中的光伏并網系統，并未出現一種結合了Z源網絡逆變器、多電平逆變系統的優點的產品出現。技術實現要素：本實用新型的目的是提供一種結合多種逆變系統的優點，從而具有較佳性能的Z源網絡有源中點鉗位五電平光伏并網逆變系統。為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是：一種Z源網絡有源中點鉗位五電平光伏并網逆變系統，所述Z源網絡有源中點鉗位五電平光伏并網逆變系統包括與光伏電池板所連接的直流母線相連接的Z源網絡、與所述Z源網絡相連接的有源中點鉗位五電平逆變器，所述有源中點鉗位五電平逆變器的輸出端經濾波電感而與電網相連接。優選的，所述Z源網絡包括兩個等值的電感和兩個等值的電容，兩個所述的電感分別為第一電感和第二電感；所述電感的兩端分別為其a端和b端，所述第一電感的a端與所述直流母線的正極相連接，所述第一電感的b端與所述有源中點鉗位五電平逆變器相連接，所述第二電感的a端與所述直流母線的負極相連接，所述第二電感的b端與所述有源中點鉗位五電平逆變器相連接；一個所述電容的兩端分別連接在所述第一電感的a端和所述第二電感的b端之間，另一個所述電容的兩端分別連接在所述第一電感的b端和所述第二電感的a端之間。優選的，所述有源中點鉗位五電平逆變器包括第一電力電子開關管、第二電力電子開關管、第三電力電子開關管、第四電力電子開關管、第五電力電子開關管、第六電力電子開關管、第一電力二極管、第二電力二極管、鉗位電容；所述第一電力電子開關管、所述第二電力電子開關管、所述第三電力電子開關管、所述第四電力電子開關管依次串聯并連接在所述第一電感的b端和所述第二電感的b端之間，所述第一電力二極管與所述第五電力電子開關管相串聯構成第一橋臂，所述第二電力二極管與所述第六電力電子開關管相串聯構成第二橋臂，所述第一橋臂連接于所述直流母線的中性點與所述第一電力電子開關管和所述第二電力電子開關管的共同端之間，所述第二橋臂連接于所述直流母線的中性點與所述第三電力電子開關管和所述第四電力電子開關管的共同端之間，所述鉗位電容連接于所述第一電力電子開關管和所述第二電力電子開關管的共同端與所述第三電力電子開關管和所述第四電力電子開關管的共同端之間。優選的，所述第一電力電子開關管包括采用相同驅動信號且串聯的開關管S11、開關管S12；所述第四電力電子開關管包括采用相同驅動信號且串聯的開關管S41、開關管S42。優選的，所述第一電力電子開關管、所述第二電力電子開關管、所述第三電力電子開關管、得到第四電力電子開關管均具有反并聯二極管。優選的，所述第一電力電子開關管的漏極與所述第一電感的b端相連接，所述第一電力電子開關管的源極與所述第二電力電子開關管的漏極相連接，所述第二電力電子開關管的源極與所述第三電力電子開關管的漏極相連接，所述第三電力電子開關管的源極與所述第四電力電子開關管的漏極相連接，所述第四電力電子開關管的源極與所述第二電感的b端相連接；所述第一電力二極管的負極與所述直流母線的中性點相連接，所述第一電力二極管的正極與所述第五電力電子開關管的源極相連接，所述第五電力電子開關管的漏極與所述第一電力電子開關管和所述第二電力電子開關管的共同端相連接；所述第二電力二極管的負極與所述直流母線的中性點相連接，所述第二電力二極管的正極與所述第六電力電子開關管的源極相連接，所述第六電力電子開關管的漏極與所述第三電力電子開關管和所述第四電力電子開關管的共同端相連接。優選的，所述第二電力電子開關管和所述第三電力電子開關管的共同端形成所述有源中點鉗位五電平逆變器的輸出端而與所述濾波電感相連接。優選的，所述第一電力電子開關管、所述第二電力電子開關管、所述第三電力電子開關管、所述第四電力電子開關管、所述第五電力電子開關管、所述第六電力電子開關管均采用絕緣柵雙極型晶體管。優選的，所述直流母線的正極通過第一反向阻斷二極管而與所述Z源網絡相連接，所述直流母線的負極通過第二反向阻斷二極管而與所述Z源網絡相連接。由于上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點：本實用新型的Z源網絡有源中點鉗位五電平光伏并網逆變系統，結合Z源網絡和多電平的優點，大大提高了光伏并網逆變器性能，能夠減少光伏并網逆變系統濾波電感大小和逆變系統的開關頻率，同時提高光伏并網逆變系統的可靠性。附圖說明附圖1為本實用新型的光伏發電逆變系統的示意圖。附圖2為本實用新型的光伏發電逆變系統的狀態1的示意圖。附圖3為本實用新型的光伏發電逆變系統的狀態2的示意圖。附圖4為本實用新型的光伏發電逆變系統的狀態3的示意圖。附圖5為本實用新型的光伏發電逆變系統的狀態4的示意圖。附圖6為本實用新型的光伏發電逆變系統的狀態5的示意圖。附圖7為本實用新型的光伏發電逆變系統的狀態6的示意圖。附圖8為本實用新型的光伏發電逆變系統的狀態7的示意圖。附圖9為本實用新型的光伏發電逆變系統的狀態8的示意圖。附圖10為本實用新型的光伏發電逆變系統的狀態9的示意圖。以上附圖中：1、Z源網絡；2、有源中點鉗位五電平逆變器。具體實施方式下面結合附圖所示的實施例對本實用新型作進一步描述。實施例一：如附圖1所示，一種光伏發電逆變系統，它包括光伏電池板、與光伏電池板相連接的直流母線PN、連接于直流母線PN與電網之間的Z源網絡有源中點鉗位五電平光伏并網逆變系統。其中，P為直流母線正極、N為直流母線負極，直流母線上串接有兩個分壓濾波電容C1、C2，分壓濾波電容C1與分壓濾波電容C2的中點為直流母線PN的中性點O。Z源網絡有源中點鉗位五電平光伏并網逆變系統包括Z源網絡1和有源中點鉗位五電平逆變器2。Z源網絡1與光伏電池板所連接的直流母線PN相連接，有源中點鉗位五電平逆變器2與Z源網絡1相連接，有源中點鉗位五電平逆變器2的輸出端經濾波電感L3而與電網eg相連接。Z源網絡1包括兩個等值的電感L1、L2和兩個等值的電容C3、C4，兩個的電感L1、L2分別為第一電感L1和第二電感L2。電感L1、L2各自均具有兩端，分別稱為其a端和b端。第一電感L1的a端與直流母線PN的正極P相連接，第一電感L1的b端與有源中點鉗位五電平逆變器2相連接，第二電感L2的a端與直流母線PN的負極N相連接，第二電感L2的b端與有源中點鉗位五電平逆變器2相連接。一個電容C3的兩端分別連接在第一電感L1的a端和第二電感L2的b端之間，另一個電容C4的兩端分別連接在第一電感L1的b端和第二電感L2的a端之間，從而按照類X形構成Z源網絡1。直流母線PN的正極P通過第一反向阻斷二極管D1而與Z源網絡1相連接，直流母線PN的負極N通過第二反向阻斷二極管D2而與Z源網絡1相連接，即直流母線PN的正極P與第一反向阻斷二極管D1的正極相連接，第一反向阻斷二極管D1的負極與Z源網絡1中第一電感L1的a端相連接，直流母線PN的負極N與第二反向阻斷二極管D2的負極相連接，第二反向阻斷二極管D2的正極與Z源網絡1中第二電感L2的a端相連接。第一反向阻斷二極管D1和第二反向阻斷二極管D2在直通狀態時起反向阻斷作用。第一電感L1的b端構成節點P1，第二電感L2的b端構成節點N1。有源中點鉗位五電平逆變器2包括第一電力電子開關管S1、第二電力電子開關管S2、第三電力電子開關管S3、第四電力電子開關管S4、第五電力電子開關管S5、第六電力電子開關管S6、第一電力二極管D3、第二電力二極管D4、鉗位電容C5。其中，第一電力電子開關管S1、第二電力電子開關管S2、第三電力電子開關管S3、第四電力電子開關管S4、第五電力電子開關管S5、第六電力電子開關管S6均采用絕緣柵雙極型晶體管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)。第一電力電子開關管S1、第二電力電子開關管S2、第三電力電子開關管S3、第四電力電子開關管S4依次串聯，并連接在第一電感L1的b端和第二電感L2的b端之間，即連接在節點P1和節點N1之間。第一電力電子開關管和第二電力電子開關管的共同端構成節點P2，第三電力電子開關管和第四電力電子開關管的共同端構成節點N2。第一電力二極管D3與第五電力電子開關管S5相串聯構成第一橋臂，第二電力二極管D4與第六電力電子開關管S6相串聯構成第二橋臂，第一橋臂連接于直流母線PN的中性點O與第一電力電子開關管S1和第二電力電子開關管S2的共同端P2之間，第二橋臂連接于直流母線PN的中性點O與第三電力電子開關管S3和第四電力電子開關管S4的共同端N2之間，鉗位電容C5連接于第一電力電子開關管S1和第二電力電子開關管S2的共同端P2與第三電力電子開關管S3和第四電力電子開關管S4的共同端N2之間。具體的，第一電力電子開關管S1的漏極與第一電感L1的b端，即節點P1相連接，第一電力電子開關管S1的源極與第二電力電子開關管S2的漏極相連接，第二電力電子開關管S2的源極與第三電力電子開關管S3的漏極相連接，第三電力電子開關管S3的源極與第四電力電子開關管S4的漏極相連接，第四電力電子開關管S4的源極與第二電感L2的b端，即節點N1相連接。第一電力二極管D3的負極與直流母線PN的中性點O相連接，第一電力二極管D3的正極與第五電力電子開關管S5的源極相連接，第五電力電子開關管S5的漏極與第一電力電子開關管S1和第二電力電子開關管S2的共同端，即節點P2相連接。第二電力二極管D4的負極與直流母線PN的中性點O相連接，第二電力二極管D4的正極與第六電力電子開關管S6的源極相連接，第六電力電子開關管S6的漏極與第三電力電子開關管S3和第四電力電子開關管S4的共同端，即節點N2相連接。第二電力電子開關管S2和第三電力電子開關管S3的共同端，即第二電力電子開關管S2的源極形成有源中點鉗位五電平逆變器2的輸出端A而與濾波電感相L3連接，再連接至電網eg。第一電力電子開關管S1和第四電力電子開關管S4承受的反向電壓為直流母線PN電壓的3/4，因此，為了減少第一電力電子開關管S1和第四電力電子開關管S4承受的反向電壓，第一電力電子開關管S1包括串聯的開關管S11、開關管S12，第四電力電子開關管包括串聯的開關管S41、開關管S42。第一電力電子開關管S1中，開關管S11和開關管S12采用相同驅動信號，在第四電力電子開關管S4中，開關管S41和開關管S42采用相同驅動信號。開關管S11、開關管S12、開關管S41和開關管S42也均采用絕緣柵雙極型晶體管。開關管S11的漏極構成第一電力電子開關管S1的漏極，開關管S11的源極與開關管S12的漏極相連接，開關管S12的源極構成第一電力電子開關管S1的源極。開關管S41的漏極構成第四電力電子開關管S4的漏極，開關管S41的源極與開關管S42的漏極相連接，開關管S42的源極構成第四電力電子開關管S4的源極。第一電力電子開關管S1、第二電力電子開關管S2、第三電力電子開關管S3、得到第四電力電子開關管S4均具有反并聯二極管，而第五電力電子開關管S5、第六電力電子開關管S6沒有反并聯二極管。上述Z源網絡有源中點鉗位五電平光伏并網逆變系統，以直流母線PN的電容中性點O點作為參考電壓點(直流母線PN的電壓為Vdc)、并有源鉗位電容C5電壓控制為Vdc/4，逆變器輸出電壓與逆變器的電力電子開關信號(其中“1”代表電力電子開關管開通，“0”代表電力電子開關管關斷)和直流母線電壓Vdc的關系為表1。其中“狀態9”是Z源網絡1直通狀態。表1Z源網絡有源中點鉗位五電平逆變器輸出電壓與逆變器開關狀態的關系狀態S1S2S3S4S5S6輸出電壓1110001Vdc/22101001Vdc/43010001Vdc/440010010501001006001010-Vdc/47010110-Vdc/48001110-Vdc/29111100直通狀態狀態1：第一電力電子開關管S1、第二電力電子開關管S2、第六電力電子開關管S6開通，第三電力電子開關管S3、第四電力電子開關管S4、第五電力電子開關管S5關斷，此時的Z源網絡有源中點鉗位五電平光伏并網逆變系統中的電流流向如附圖2所示，逆變輸出電壓為Vdc/2。狀態2：第一電力電子開關管S1、第三電力電子開關管S3、第六電力電子開關管S6開通，第二電力電子開關管S2、第四電力電子開關管S4、第五電力電子開關管S5關斷，此時的Z源網絡有源中點鉗位五電平光伏并網逆變系統中的電流流向如附圖3所示，逆變輸出電壓為Vdc/4。狀態3：第二電力電子開關管S2、第六電力電子開關管S6開通，第二電力電子開關管S2、第三電力電子開關管S3、第四電力電子開關管S4、第五電力電子開關管S5關斷，此時的Z源網絡有源中點鉗位五電平光伏并網逆變系統中的電流流向如附圖4所示，逆變輸出電壓為Vdc/4。狀態4：第三電力電子開關管S3、第六電力電子開關管S6開通，第一電力電子開關管S1、第二電力電子開關管S2、第四電力電子開關管S4、第五電力電子開關管S5關斷，此時的Z源網絡有源中點鉗位五電平光伏并網逆變系統中的電流流向如附圖5所示，逆變輸出電壓為0。狀態5：第二電力電子開關管S2、第五電力電子開關管S5開通，第一電力電子開關管S1、第三電力電子開關管S3、第四電力電子開關管S4、第六電力電子開關管S6關斷，此時的Z源網絡有源中點鉗位五電平光伏并網逆變系統中的電流流向如附圖6所示，逆變輸出電壓為0。狀態6：第三電力電子開關管S3、第五電力電子開關管S5開通，第一電力電子開關管S1、第二電力電子開關管S2、第四電力電子開關管S4、第六電力電子開關管S6關斷，此時的Z源網絡有源中點鉗位五電平光伏并網逆變系統中的電流流向如附圖7所示，逆變輸出電壓為-Vdc/4。狀態7：第二電力電子開關管S2、第四電力電子開關管S4、第五電力電子開關管S5開通，第一電力電子開關管S1、第三電力電子開關管S3、第六電力電子開關管S6關斷，此時的Z源網絡有源中點鉗位五電平光伏并網逆變系統中的電流流向如附圖8所示，逆變輸出電壓為-Vdc/4。狀態8：第三電力電子開關管S3、第四電力電子開關管S4、第五電力電子開關管S5開通，第一電力電子開關管S1、第二電力電子開關管S2、第六電力電子開關管S6關斷，此時的Z源網絡有源中點鉗位五電平光伏并網逆變系統中的電流流向如附圖9所示，逆變輸出電壓為-Vdc/2。狀態9：第一電力電子開關管S1、第二電力電子開關管S2、第三電力電子開關管S3、第四電力電子開關管S4開通，第五電力電子開關管S5、第六電力電子開關管S6關斷，為Z源網絡1直通狀態，此時的Z源網絡有源中點鉗位五電平光伏并網逆變系統中的電流流向如附圖10所示。上述方案是一種Z源網絡1有源中點鉗位五電平光伏并網逆變系統，它實現直流/直流變換器功能，輸出電平個數為5，提高了光伏并網逆變器性能(電流紋波、效率、電壓變化率等)；同時，逆變器開關管可以直通，提高了逆變器可靠性，有很好的應用前景。上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3