Z源网络有源中点钳位五电平光伏并网逆变系统的制作方法

本发明涉及一种Z源网络有源中点钳位五电平光伏并网逆变系统。
背景技术：
：随着能源危机和环境问题日益严重，可再生能源发电技术受到了越来越多的关注和研究。逆变器作为可再生能源发电与电网或负载接口，是整个可再生能源发电系统核心装置，其性能影响整个可再生能源发电系统。多电平逆变器与普通两电平逆变器相比，具有电力电子器件电压应力低、电压变化率(du/dt)低、逆变器输出谐波小、逆变器效率高以及逆变共模电压小等优点。因此，多电平逆变器在可再生能源发电中得到了广泛的应用。对于电压型光伏并网逆变器，逆变器桥臂上、下电力电子开关管不能同时导通(直通)，否则会发生短路，损坏逆变器。因此，为了防止逆变器电力电子开关管直通，逆变器桥臂上、下电力电子开关管信号之间加入死区时间，但死区时间的加入会影响逆变器输出波形质量。对于光伏并网逆变器，一般可分为直流/直流变换、直流/交流变换。直流/直流变换实现光伏阵列的最大功率跟踪，而直流/交流变换实现光伏并网逆变器有功功率、无功功率控制等。光伏并网逆变器中常用的直流/直流变换器为BOOST升压变换器。Z源网络逆变器，和传统的逆变器相比，具有以下优点：(1)实现直流侧输入电压的升高和降低；(2)直流/直流变换器无需电力电子开关管，提高逆变器效率；(3)允许桥臂直通，逆变器无需要死区补偿，系统可靠性大大提高。目前，对于商用单相光伏并网逆变器，一般直流/直流变换器采用BOOST升压电路来实现最在功率跟踪。而直流/交流变换器采用两电平电压型逆变器。为了满足并网逆变器输出电流并网标准(额定负载并网逆变器输出电流总谐波小于4％)，直流/交流变换器的滤波电感选比较大(一般大于2mH)，同时，并网逆变器的开关频率选择比较高(一般大于15k)。可见，现有技术中的光伏并网系统，并未出现一种结合了Z源网络逆变器、多电平逆变系统的优点的产品出现。技术实现要素：本发明的目的是提供一种结合多种逆变系统的优点，从而具有较佳性能的Z源网络有源中点钳位五电平光伏并网逆变系统。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种Z源网络有源中点钳位五电平光伏并网逆变系统，所述Z源网络有源中点钳位五电平光伏并网逆变系统包括与光伏电池板所连接的直流母线相连接的Z源网络、与所述Z源网络相连接的有源中点钳位五电平逆变器，所述有源中点钳位五电平逆变器的输出端经滤波电感而与电网相连接。优选的，所述Z源网络包括两个等值的电感和两个等值的电容，两个所述的电感分别为第一电感和第二电感；所述电感的两端分别为其a端和b端，所述第一电感的a端与所述直流母线的正极相连接，所述第一电感的b端与所述有源中点钳位五电平逆变器相连接，所述第二电感的a端与所述直流母线的负极相连接，所述第二电感的b端与所述有源中点钳位五电平逆变器相连接；一个所述电容的两端分别连接在所述第一电感的a端和所述第二电感的b端之间，另一个所述电容的两端分别连接在所述第一电感的b端和所述第二电感的a端之间。优选的，所述有源中点钳位五电平逆变器包括第一电力电子开关管、第二电力电子开关管、第三电力电子开关管、第四电力电子开关管、第五电力电子开关管、第六电力电子开关管、第一电力二极管、第二电力二极管、钳位电容；所述第一电力电子开关管、所述第二电力电子开关管、所述第三电力电子开关管、所述第四电力电子开关管依次串联并连接在所述第一电感的b端和所述第二电感的b端之间，所述第一电力二极管与所述第五电力电子开关管相串联构成第一桥臂，所述第二电力二极管与所述第六电力电子开关管相串联构成第二桥臂，所述第一桥臂连接于所述直流母线的中性点与所述第一电力电子开关管和所述第二电力电子开关管的共同端之间，所述第二桥臂连接于所述直流母线的中性点与所述第三电力电子开关管和所述第四电力电子开关管的共同端之间，所述钳位电容连接于所述第一电力电子开关管和所述第二电力电子开关管的共同端与所述第三电力电子开关管和所述第四电力电子开关管的共同端之间。优选的，所述第一电力电子开关管包括采用相同驱动信号且串联的开关管S11、开关管S12；所述第四电力电子开关管包括采用相同驱动信号且串联的开关管S41、开关管S42。优选的，所述第一电力电子开关管、所述第二电力电子开关管、所述第三电力电子开关管、得到第四电力电子开关管均具有反并联二极管。优选的，所述第一电力电子开关管的漏极与所述第一电感的b端相连接，所述第一电力电子开关管的源极与所述第二电力电子开关管的漏极相连接，所述第二电力电子开关管的源极与所述第三电力电子开关管的漏极相连接，所述第三电力电子开关管的源极与所述第四电力电子开关管的漏极相连接，所述第四电力电子开关管的源极与所述第二电感的b端相连接；所述第一电力二极管的负极与所述直流母线的中性点相连接，所述第一电力二极管的正极与所述第五电力电子开关管的源极相连接，所述第五电力电子开关管的漏极与所述第一电力电子开关管和所述第二电力电子开关管的共同端相连接；所述第二电力二极管的负极与所述直流母线的中性点相连接，所述第二电力二极管的正极与所述第六电力电子开关管的源极相连接，所述第六电力电子开关管的漏极与所述第三电力电子开关管和所述第四电力电子开关管的共同端相连接。优选的，所述第二电力电子开关管和所述第三电力电子开关管的共同端形成所述有源中点钳位五电平逆变器的输出端而与所述滤波电感相连接。优选的，所述第一电力电子开关管、所述第二电力电子开关管、所述第三电力电子开关管、所述第四电力电子开关管、所述第五电力电子开关管、所述第六电力电子开关管均采用绝缘栅双极型晶体管。优选的，所述直流母线的正极通过第一反向阻断二极管而与所述Z源网络相连接，所述直流母线的负极通过第二反向阻断二极管而与所述Z源网络相连接。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的Z源网络有源中点钳位五电平光伏并网逆变系统，结合Z源网络和多电平的优点，大大提高了光伏并网逆变器性能，能够减少光伏并网逆变系统滤波电感大小和逆变系统的开关频率，同时提高光伏并网逆变系统的可靠性。附图说明附图1为本发明的光伏发电逆变系统的示意图。附图2为本发明的光伏发电逆变系统的状态1的示意图。附图3为本发明的光伏发电逆变系统的状态2的示意图。附图4为本发明的光伏发电逆变系统的状态3的示意图。附图5为本发明的光伏发电逆变系统的状态4的示意图。附图6为本发明的光伏发电逆变系统的状态5的示意图。附图7为本发明的光伏发电逆变系统的状态6的示意图。附图8为本发明的光伏发电逆变系统的状态7的示意图。附图9为本发明的光伏发电逆变系统的状态8的示意图。附图10为本发明的光伏发电逆变系统的状态9的示意图。以上附图中：1、Z源网络；2、有源中点钳位五电平逆变器。具体实施方式下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。实施例一：如附图1所示，一种光伏发电逆变系统，它包括光伏电池板、与光伏电池板相连接的直流母线PN、连接于直流母线PN与电网之间的Z源网络有源中点钳位五电平光伏并网逆变系统。其中，P为直流母线正极、N为直流母线负极，直流母线上串接有两个分压滤波电容C1、C2，分压滤波电容C1与分压滤波电容C2的中点为直流母线PN的中性点O。Z源网络有源中点钳位五电平光伏并网逆变系统包括Z源网络1和有源中点钳位五电平逆变器2。Z源网络1与光伏电池板所连接的直流母线PN相连接，有源中点钳位五电平逆变器2与Z源网络1相连接，有源中点钳位五电平逆变器2的输出端经滤波电感L3而与电网eg相连接。Z源网络1包括两个等值的电感L1、L2和两个等值的电容C3、C4，两个的电感L1、L2分别为第一电感L1和第二电感L2。电感L1、L2各自均具有两端，分别称为其a端和b端。第一电感L1的a端与直流母线PN的正极P相连接，第一电感L1的b端与有源中点钳位五电平逆变器2相连接，第二电感L2的a端与直流母线PN的负极N相连接，第二电感L2的b端与有源中点钳位五电平逆变器2相连接。一个电容C3的两端分别连接在第一电感L1的a端和第二电感L2的b端之间，另一个电容C4的两端分别连接在第一电感L1的b端和第二电感L2的a端之间，从而按照类X形构成Z源网络1。直流母线PN的正极P通过第一反向阻断二极管D1而与Z源网络1相连接，直流母线PN的负极N通过第二反向阻断二极管D2而与Z源网络1相连接，即直流母线PN的正极P与第一反向阻断二极管D1的正极相连接，第一反向阻断二极管D1的负极与Z源网络1中第一电感L1的a端相连接，直流母线PN的负极N与第二反向阻断二极管D2的负极相连接，第二反向阻断二极管D2的正极与Z源网络1中第二电感L2的a端相连接。第一反向阻断二极管D1和第二反向阻断二极管D2在直通状态时起反向阻断作用。第一电感L1的b端构成节点P1，第二电感L2的b端构成节点N1。有源中点钳位五电平逆变器2包括第一电力电子开关管S1、第二电力电子开关管S2、第三电力电子开关管S3、第四电力电子开关管S4、第五电力电子开关管S5、第六电力电子开关管S6、第一电力二极管D3、第二电力二极管D4、钳位电容C5。其中，第一电力电子开关管S1、第二电力电子开关管S2、第三电力电子开关管S3、第四电力电子开关管S4、第五电力电子开关管S5、第六电力电子开关管S6均采用绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)。第一电力电子开关管S1、第二电力电子开关管S2、第三电力电子开关管S3、第四电力电子开关管S4依次串联，并连接在第一电感L1的b端和第二电感L2的b端之间，即连接在节点P1和节点N1之间。第一电力电子开关管和第二电力电子开关管的共同端构成节点P2，第三电力电子开关管和第四电力电子开关管的共同端构成节点N2。第一电力二极管D3与第五电力电子开关管S5相串联构成第一桥臂，第二电力二极管D4与第六电力电子开关管S6相串联构成第二桥臂，第一桥臂连接于直流母线PN的中性点O与第一电力电子开关管S1和第二电力电子开关管S2的共同端P2之间，第二桥臂连接于直流母线PN的中性点O与第三电力电子开关管S3和第四电力电子开关管S4的共同端N2之间，钳位电容C5连接于第一电力电子开关管S1和第二电力电子开关管S2的共同端P2与第三电力电子开关管S3和第四电力电子开关管S4的共同端N2之间。具体的，第一电力电子开关管S1的漏极与第一电感L1的b端，即节点P1相连接，第一电力电子开关管S1的源极与第二电力电子开关管S2的漏极相连接，第二电力电子开关管S2的源极与第三电力电子开关管S3的漏极相连接，第三电力电子开关管S3的源极与第四电力电子开关管S4的漏极相连接，第四电力电子开关管S4的源极与第二电感L2的b端，即节点N1相连接。第一电力二极管D3的负极与直流母线PN的中性点O相连接，第一电力二极管D3的正极与第五电力电子开关管S5的源极相连接，第五电力电子开关管S5的漏极与第一电力电子开关管S1和第二电力电子开关管S2的共同端，即节点P2相连接。第二电力二极管D4的负极与直流母线PN的中性点O相连接，第二电力二极管D4的正极与第六电力电子开关管S6的源极相连接，第六电力电子开关管S6的漏极与第三电力电子开关管S3和第四电力电子开关管S4的共同端，即节点N2相连接。第二电力电子开关管S2和第三电力电子开关管S3的共同端，即第二电力电子开关管S2的源极形成有源中点钳位五电平逆变器2的输出端A而与滤波电感相L3连接，再连接至电网eg。第一电力电子开关管S1和第四电力电子开关管S4承受的反向电压为直流母线PN电压的3/4，因此，为了减少第一电力电子开关管S1和第四电力电子开关管S4承受的反向电压，第一电力电子开关管S1包括串联的开关管S11、开关管S12，第四电力电子开关管包括串联的开关管S41、开关管S42。第一电力电子开关管S1中，开关管S11和开关管S12采用相同驱动信号，在第四电力电子开关管S4中，开关管S41和开关管S42采用相同驱动信号。开关管S11、开关管S12、开关管S41和开关管S42也均采用绝缘栅双极型晶体管。开关管S11的漏极构成第一电力电子开关管S1的漏极，开关管S11的源极与开关管S12的漏极相连接，开关管S12的源极构成第一电力电子开关管S1的源极。开关管S41的漏极构成第四电力电子开关管S4的漏极，开关管S41的源极与开关管S42的漏极相连接，开关管S42的源极构成第四电力电子开关管S4的源极。第一电力电子开关管S1、第二电力电子开关管S2、第三电力电子开关管S3、得到第四电力电子开关管S4均具有反并联二极管，而第五电力电子开关管S5、第六电力电子开关管S6没有反并联二极管。上述Z源网络有源中点钳位五电平光伏并网逆变系统，以直流母线PN的电容中性点O点作为参考电压点(直流母线PN的电压为Vdc)、并有源钳位电容C5电压控制为Vdc/4，逆变器输出电压与逆变器的电力电子开关信号(其中“1”代表电力电子开关管开通，“0”代表电力电子开关管关断)和直流母线电压Vdc的关系为表1。其中“状态9”是Z源网络1直通状态。表1Z源网络有源中点钳位五电平逆变器输出电压与逆变器开关状态的关系状态S1S2S3S4S5S6输出电压1110001Vdc/22101001Vdc/43010001Vdc/440010010501001006001010-Vdc/47010110-Vdc/48001110-Vdc/29111100直通状态状态1：第一电力电子开关管S1、第二电力电子开关管S2、第六电力电子开关管S6开通，第三电力电子开关管S3、第四电力电子开关管S4、第五电力电子开关管S5关断，此时的Z源网络有源中点钳位五电平光伏并网逆变系统中的电流流向如附图2所示，逆变输出电压为Vdc/2。状态2：第一电力电子开关管S1、第三电力电子开关管S3、第六电力电子开关管S6开通，第二电力电子开关管S2、第四电力电子开关管S4、第五电力电子开关管S5关断，此时的Z源网络有源中点钳位五电平光伏并网逆变系统中的电流流向如附图3所示，逆变输出电压为Vdc/4。状态3：第二电力电子开关管S2、第六电力电子开关管S6开通，第二电力电子开关管S2、第三电力电子开关管S3、第四电力电子开关管S4、第五电力电子开关管S5关断，此时的Z源网络有源中点钳位五电平光伏并网逆变系统中的电流流向如附图4所示，逆变输出电压为Vdc/4。状态4：第三电力电子开关管S3、第六电力电子开关管S6开通，第一电力电子开关管S1、第二电力电子开关管S2、第四电力电子开关管S4、第五电力电子开关管S5关断，此时的Z源网络有源中点钳位五电平光伏并网逆变系统中的电流流向如附图5所示，逆变输出电压为0。状态5：第二电力电子开关管S2、第五电力电子开关管S5开通，第一电力电子开关管S1、第三电力电子开关管S3、第四电力电子开关管S4、第六电力电子开关管S6关断，此时的Z源网络有源中点钳位五电平光伏并网逆变系统中的电流流向如附图6所示，逆变输出电压为0。状态6：第三电力电子开关管S3、第五电力电子开关管S5开通，第一电力电子开关管S1、第二电力电子开关管S2、第四电力电子开关管S4、第六电力电子开关管S6关断，此时的Z源网络有源中点钳位五电平光伏并网逆变系统中的电流流向如附图7所示，逆变输出电压为-Vdc/4。状态7：第二电力电子开关管S2、第四电力电子开关管S4、第五电力电子开关管S5开通，第一电力电子开关管S1、第三电力电子开关管S3、第六电力电子开关管S6关断，此时的Z源网络有源中点钳位五电平光伏并网逆变系统中的电流流向如附图8所示，逆变输出电压为-Vdc/4。状态8：第三电力电子开关管S3、第四电力电子开关管S4、第五电力电子开关管S5开通，第一电力电子开关管S1、第二电力电子开关管S2、第六电力电子开关管S6关断，此时的Z源网络有源中点钳位五电平光伏并网逆变系统中的电流流向如附图9所示，逆变输出电压为-Vdc/2。状态9：第一电力电子开关管S1、第二电力电子开关管S2、第三电力电子开关管S3、第四电力电子开关管S4开通，第五电力电子开关管S5、第六电力电子开关管S6关断，为Z源网络1直通状态，此时的Z源网络有源中点钳位五电平光伏并网逆变系统中的电流流向如附图10所示。上述方案是一种Z源网络1有源中点钳位五电平光伏并网逆变系统，它实现直流/直流变换器功能，输出电平个数为5，提高了光伏并网逆变器性能(电流纹波、效率、电压变化率等)；同时，逆变器开关管可以直通，提高了逆变器可靠性，有很好的应用前景。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3