基于三相双主动桥式DC‑DC变换器的光伏并网系统的制作方法

本发明涉及光伏并网发电领域，是一种基于三相双主动桥式DC-DC变换器(Dual-Active-Bridge，DAB)的光伏并网系统。

背景技术：

太阳能资源丰富、可持久续用，是目前具有大规模商业化开发潜能的可再生能源之一，许多国家已经做出大规模开发太阳能发电的决策和规划。截止2015年9月底，全国光伏电站累计装机容量达到31.7GW，全球光伏电站累计装机容量达200GW，预计2017年累计装机容量将超过450GW。随着太阳能资源持续的开发利用，对于开展大规模友好型、安全型、灵活型光伏并网系统的研究具有重要的意义。

常见的大规模光伏并网系统可分为集中式、组串式、集散式三种结构。其中：集散式光伏并网结构介于集中式和组串式之间，每一串光伏阵列连接一台DC/DC变换器，可独立进行最大功率追踪控制。多台DC/DC变换器的输出端连接到一台大功率DC/AC逆变器。与集中式结构相比，可提高发电效率。与组串式结构相比大功率DC/AC逆变器工作效率高，成本低。但集散式结构中DC/DC变换器为非隔离型变换器，输入输出电流脉动大，易产生电磁干扰，且不能提供电气隔离，不利于光伏阵列的安全运行。

为此，提出一种基于三相双主动桥式DC-DC变换器的光伏并网发电系统，该系统主要由光伏阵列与三相DAB变换器构成。三相DAB变换器的使用可在电气结构上带来高频隔离的好处，保证光伏阵列的安全运行。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种科学合理，适用性强，效果佳的基于三相双主动桥式DC-DC变换器的光伏并网发电系统，提高光伏并网系统的功率密度，保证光伏阵列的安全运行。

解决其技术问题采用的技术方案是，一种基于三相双主动桥式DC-DC变换器的光伏并网系统，其特征是，它包括一个三相DAB变换器与光伏阵列电源相连接；所述的三相DAB变换器由十二个半导体开关S₁～S₆及Q₁～Q₆、四个直流电容C₁～C₄、三个高频电感L₁～L₃和一个三相高频变压器T构成：所述的半导体开关S₁的发射极与半导体开关S₄的集电极连接在公共连接点P₁构成第一个桥臂，所述的半导体开关S₃的发射极与半导体开关S₆的集电极连接在公共连接点P₂构成第二个桥臂，所述的半导体开关S₅的发射极与半导体开关S₂的集电极连接在公共连接点P₃构成第三个桥臂，所述半导体开关S₁、S₃、S₅的集电极与直流电容C₁的正极及光伏阵列电源U₁的正极相连；半导体开关S₄、S₆、S₂的发射极与直流电容C₂的负极及光伏阵列电源U₁的负极相连；公共连接点P₁、P₂、P₃分别与高频变压器T的A、B、C三相高压侧绕组串联连接；所述的半导体开关Q₁的发射极与半导体开关S₄的集电极连接在公共连接点P₄构成第四个桥臂，所述的半导体开关Q₃的发射极与半导体开关S₆的集电极连接在公共连接点P₅构成第五个桥臂，所述的半导体开关Q₅的发射极与半导体开关S₂的集电极连接在公共连接点P₆构成第六个桥臂，所述的半导体开关Q₁、Q₃、Q₅的集电极与直流电容C₃的正极相连；所述的半导体开关Q₄、Q₆、Q₂的发射极与直流电容C₂的负极相连；公共连接点P₄、P₅、P₆分别与高频电感L₁、L₂、L₃以及高频变压器T的A、B、C三相低压侧绕组串联连接；所述的第一至第六个桥臂的结构相同，所述的半导体开关S₁～S₆及Q₁～Q₆由IGBT或MOSFET构成；三相DAB变换器采用传统移相控制；三相高频变压器采用Y-Y接线形式，工作频率大于50Hz；高频电感的电感量大于等于零。

采用上述技术方案，本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用高频隔离型方案，可以有效缩小变流器体积，提高功率密度；

(2)本发明的高频变压器可以提供电气隔离，保证光伏系统的安全运行；

(3)科学合理，适用性强，效果佳。

附图说明

图1是本发明的基于三相双主动桥式DC-DC变换器的光伏并网系统的拓扑结构图；

图2三相DAB变换器在传统移相控制下0<D<1/3时的工作原理图；

图3是三相DAB变换器在传统移相控制下1/3<D<2/3时的工作原理图；

图4是三相DAB变换器的传输功率调节曲线图；

图5是本发明的的基于三相双主动桥式DC-DC变换器的光伏并网系统控制策略框图；

图6是光伏阵列所受光照度变化图；

图7是光伏阵列输出电压变化图；

图8是光照度S＝1000时三相DAB变换器工作波形图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细叙述。

如图1所示，本发明的基于三相双主动桥式DC-DC变换器的光伏并网系统，包括一个三相DAB变换器与光伏阵列电源相连接；所述的三相DAB变换器由十二个半导体开关S₁～S₆及Q₁～Q₆、四个直流电容C₁～C₄、三个高频电感L₁～L₃和一个三相高频变压器T构成：所述的半导体开关S₁的发射极与半导体开关S₄的集电极连接在公共连接点P₁构成第一个桥臂，所述的半导体开关S₃的发射极与半导体开关S₆的集电极连接在公共连接点P₂构成第二个桥臂，所述的半导体开关S₅的发射极与半导体开关S₂的集电极连接在公共连接点P₃构成第三个桥臂，所述半导体开关S₁、S₃、S₅的集电极与直流电容C₁的正极及光伏阵列电源U₁的正极相连；半导体开关S₄、S₆、S₂的发射极与直流电容C₂的负极及光伏阵列电源U₁的负极相连；公共连接点P₁、P₂、P₃分别与高频变压器T的A、B、C三相高压侧绕组串联连接；所述的半导体开关Q₁的发射极与半导体开关S₄的集电极连接在公共连接点P₄构成第四个桥臂，所述的半导体开关Q₃的发射极与半导体开关S₆的集电极连接在公共连接点P₅构成第五个桥臂，所述的半导体开关Q₅的发射极与半导体开关S₂的集电极连接在公共连接点P₆构成第六个桥臂，所述的半导体开关Q₁、Q₃、Q₅的集电极与直流电容C₃的正极相连；所述的半导体开关Q₄、Q₆、Q₂的发射极与直流电容C₂的负极相连；公共连接点P₄、P₅、P₆分别与高频电感L₁、L₂、L₃以及高频变压器T的A、B、C三相低压侧绕组串联连接；所述的第一至第六个桥臂的结构相同，所述的半导体开关S₁～S₆及Q₁～Q₆由IGBT或MOSFET构成；三相DAB变换器采用传统移相控制；三相高频变压器采用Y-Y接线形式，工作频率大于50Hz；高频电感的电感量大于等于零。

由于第一至第六个桥臂的结构相同，因此A、B、C三相的结构相同，本申请以A相功率由一次侧传输到二次侧为例进行分析：

三相DAB变换器采用传统移相控制，每个桥臂的导电角度为180°，同一半桥上下两个臂交替导电，各相开始导电的角度依次相差120°，通过控制方波之间的相角，就可以控制加在串联电感两端电压的大小和流向。如图2、图3所示，三相DAB分为0<D<1/3和1/3<D<2/3两种不同的工作情况，其中U₁、U₂分别为两侧的直流电压，u_h1为U₁侧全桥的逆变输出电压；u_h2为U₂侧全桥的逆变输出电压折合到U₁侧后的电压；n为变压器变比；T_hs为半个开关周期；为半个开关周期内的移相角，D为半个开关周期内的移相比，0≤D≤1。

当0<D<1/3时，A相传输功率为：当1/3<D<2/3时，A相传输功率为：其标幺化传输功率P'随移相比D变化的曲线关系如图4所示。

所述的高频隔离变压器T的工作频率大于50Hz，可采用硅钢、铁氧体和纳米金等材料制作。

所述的串联电感L的电感量大于等于零，可以采用硅钢、铁氧体和纳米金等材料制作。

全桥变换器中的开关器件可以选用IGBT或MOSFET等常用的全开关器件。

所述系统其输出侧电压控制策略采用电压外环控制并加入MPPT控制，控制框图如图5所示。

实施例：

本发明的系统实施例中，一次侧输入电压600V，二次侧输出电压1000V，光照度为800，900，1000依次变化，开关频率10kHz，直流电容5000uF，串联电感0.0068mH，传输功率500kW；三相高频隔离变压器工作频率10kHz，变比0.6，容量500kW。

本实施例的效果：

如图6所示是本实施例系统所受光照度的变化，如图7所示是与光照度变化相对应的光伏电池板输出电压的变化，如图8所示是光照度为1000时系统中三相DAB两端电压波形和电感电流波形，其中一、二次侧电压波形为高频多电平波形。从图8中可以看出该系统工作正常。

本实施例验证了基于三相双主动桥式DC-DC变换器的光伏并网系统的可行性。

本发明的实施例仅用于对本发明作进一步的说明，并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本发明实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。