本發(fā)明涉及光伏并網(wǎng)發(fā)電領(lǐng)域，是一種基于三相雙主動橋式DC-DC變換器(Dual-Active-Bridge，DAB)的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

太陽能資源豐富、可持久續(xù)用，是目前具有大規(guī)模商業(yè)化開發(fā)潛能的可再生能源之一，許多國家已經(jīng)做出大規(guī)模開發(fā)太陽能發(fā)電的決策和規(guī)劃。截止2015年9月底，全國光伏電站累計裝機容量達(dá)到31.7GW，全球光伏電站累計裝機容量達(dá)200GW，預(yù)計2017年累計裝機容量將超過450GW。隨著太陽能資源持續(xù)的開發(fā)利用，對于開展大規(guī)模友好型、安全型、靈活型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的研究具有重要的意義。

常見的大規(guī)模光伏并網(wǎng)系統(tǒng)可分為集中式、組串式、集散式三種結(jié)構(gòu)。其中：集散式光伏并網(wǎng)結(jié)構(gòu)介于集中式和組串式之間，每一串光伏陣列連接一臺DC/DC變換器，可獨立進(jìn)行最大功率追蹤控制。多臺DC/DC變換器的輸出端連接到一臺大功率DC/AC逆變器。與集中式結(jié)構(gòu)相比，可提高發(fā)電效率。與組串式結(jié)構(gòu)相比大功率DC/AC逆變器工作效率高，成本低。但集散式結(jié)構(gòu)中DC/DC變換器為非隔離型變換器，輸入輸出電流脈動大，易產(chǎn)生電磁干擾，且不能提供電氣隔離，不利于光伏陣列的安全運行。

為此，提出一種基于三相雙主動橋式DC-DC變換器的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由光伏陣列與三相DAB變換器構(gòu)成。三相DAB變換器的使用可在電氣結(jié)構(gòu)上帶來高頻隔離的好處，保證光伏陣列的安全運行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種科學(xué)合理，適用性強，效果佳的基于三相雙主動橋式DC-DC變換器的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，提高光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的功率密度，保證光伏陣列的安全運行。

解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，一種基于三相雙主動橋式DC-DC變換器的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征是，它包括一個三相DAB變換器與光伏陣列電源相連接；所述的三相DAB變換器由十二個半導(dǎo)體開關(guān)S₁～S₆及Q₁～Q₆、四個直流電容C₁～C₄、三個高頻電感L₁～L₃和一個三相高頻變壓器T構(gòu)成：所述的半導(dǎo)體開關(guān)S₁的發(fā)射極與半導(dǎo)體開關(guān)S₄的集電極連接在公共連接點P₁構(gòu)成第一個橋臂，所述的半導(dǎo)體開關(guān)S₃的發(fā)射極與半導(dǎo)體開關(guān)S₆的集電極連接在公共連接點P₂構(gòu)成第二個橋臂，所述的半導(dǎo)體開關(guān)S₅的發(fā)射極與半導(dǎo)體開關(guān)S₂的集電極連接在公共連接點P₃構(gòu)成第三個橋臂，所述半導(dǎo)體開關(guān)S₁、S₃、S₅的集電極與直流電容C₁的正極及光伏陣列電源U₁的正極相連；半導(dǎo)體開關(guān)S₄、S₆、S₂的發(fā)射極與直流電容C₂的負(fù)極及光伏陣列電源U₁的負(fù)極相連；公共連接點P₁、P₂、P₃分別與高頻變壓器T的A、B、C三相高壓側(cè)繞組串聯(lián)連接；所述的半導(dǎo)體開關(guān)Q₁的發(fā)射極與半導(dǎo)體開關(guān)S₄的集電極連接在公共連接點P₄構(gòu)成第四個橋臂，所述的半導(dǎo)體開關(guān)Q₃的發(fā)射極與半導(dǎo)體開關(guān)S₆的集電極連接在公共連接點P₅構(gòu)成第五個橋臂，所述的半導(dǎo)體開關(guān)Q₅的發(fā)射極與半導(dǎo)體開關(guān)S₂的集電極連接在公共連接點P₆構(gòu)成第六個橋臂，所述的半導(dǎo)體開關(guān)Q₁、Q₃、Q₅的集電極與直流電容C₃的正極相連；所述的半導(dǎo)體開關(guān)Q₄、Q₆、Q₂的發(fā)射極與直流電容C₂的負(fù)極相連；公共連接點P₄、P₅、P₆分別與高頻電感L₁、L₂、L₃以及高頻變壓器T的A、B、C三相低壓側(cè)繞組串聯(lián)連接；所述的第一至第六個橋臂的結(jié)構(gòu)相同，所述的半導(dǎo)體開關(guān)S₁～S₆及Q₁～Q₆由IGBT或MOSFET構(gòu)成；三相DAB變換器采用傳統(tǒng)移相控制；三相高頻變壓器采用Y-Y接線形式，工作頻率大于50Hz；高頻電感的電感量大于等于零。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明采用高頻隔離型方案，可以有效縮小變流器體積，提高功率密度；

(2)本發(fā)明的高頻變壓器可以提供電氣隔離，保證光伏系統(tǒng)的安全運行；

(3)科學(xué)合理，適用性強，效果佳。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的基于三相雙主動橋式DC-DC變換器的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖2三相DAB變換器在傳統(tǒng)移相控制下0<D<1/3時的工作原理圖；

圖3是三相DAB變換器在傳統(tǒng)移相控制下1/3<D<2/3時的工作原理圖；

圖4是三相DAB變換器的傳輸功率調(diào)節(jié)曲線圖；

圖5是本發(fā)明的的基于三相雙主動橋式DC-DC變換器的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)控制策略框圖；

圖6是光伏陣列所受光照度變化圖；

圖7是光伏陣列輸出電壓變化圖；

圖8是光照度S＝1000時三相DAB變換器工作波形圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)敘述。

如圖1所示，本發(fā)明的基于三相雙主動橋式DC-DC變換器的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，包括一個三相DAB變換器與光伏陣列電源相連接；所述的三相DAB變換器由十二個半導(dǎo)體開關(guān)S₁～S₆及Q₁～Q₆、四個直流電容C₁～C₄、三個高頻電感L₁～L₃和一個三相高頻變壓器T構(gòu)成：所述的半導(dǎo)體開關(guān)S₁的發(fā)射極與半導(dǎo)體開關(guān)S₄的集電極連接在公共連接點P₁構(gòu)成第一個橋臂，所述的半導(dǎo)體開關(guān)S₃的發(fā)射極與半導(dǎo)體開關(guān)S₆的集電極連接在公共連接點P₂構(gòu)成第二個橋臂，所述的半導(dǎo)體開關(guān)S₅的發(fā)射極與半導(dǎo)體開關(guān)S₂的集電極連接在公共連接點P₃構(gòu)成第三個橋臂，所述半導(dǎo)體開關(guān)S₁、S₃、S₅的集電極與直流電容C₁的正極及光伏陣列電源U₁的正極相連；半導(dǎo)體開關(guān)S₄、S₆、S₂的發(fā)射極與直流電容C₂的負(fù)極及光伏陣列電源U₁的負(fù)極相連；公共連接點P₁、P₂、P₃分別與高頻變壓器T的A、B、C三相高壓側(cè)繞組串聯(lián)連接；所述的半導(dǎo)體開關(guān)Q₁的發(fā)射極與半導(dǎo)體開關(guān)S₄的集電極連接在公共連接點P₄構(gòu)成第四個橋臂，所述的半導(dǎo)體開關(guān)Q₃的發(fā)射極與半導(dǎo)體開關(guān)S₆的集電極連接在公共連接點P₅構(gòu)成第五個橋臂，所述的半導(dǎo)體開關(guān)Q₅的發(fā)射極與半導(dǎo)體開關(guān)S₂的集電極連接在公共連接點P₆構(gòu)成第六個橋臂，所述的半導(dǎo)體開關(guān)Q₁、Q₃、Q₅的集電極與直流電容C₃的正極相連；所述的半導(dǎo)體開關(guān)Q₄、Q₆、Q₂的發(fā)射極與直流電容C₂的負(fù)極相連；公共連接點P₄、P₅、P₆分別與高頻電感L₁、L₂、L₃以及高頻變壓器T的A、B、C三相低壓側(cè)繞組串聯(lián)連接；所述的第一至第六個橋臂的結(jié)構(gòu)相同，所述的半導(dǎo)體開關(guān)S₁～S₆及Q₁～Q₆由IGBT或MOSFET構(gòu)成；三相DAB變換器采用傳統(tǒng)移相控制；三相高頻變壓器采用Y-Y接線形式，工作頻率大于50Hz；高頻電感的電感量大于等于零。

由于第一至第六個橋臂的結(jié)構(gòu)相同，因此A、B、C三相的結(jié)構(gòu)相同，本申請以A相功率由一次側(cè)傳輸?shù)蕉蝹?cè)為例進(jìn)行分析：

三相DAB變換器采用傳統(tǒng)移相控制，每個橋臂的導(dǎo)電角度為180°，同一半橋上下兩個臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度依次相差120°，通過控制方波之間的相角，就可以控制加在串聯(lián)電感兩端電壓的大小和流向。如圖2、圖3所示，三相DAB分為0<D<1/3和1/3<D<2/3兩種不同的工作情況，其中U₁、U₂分別為兩側(cè)的直流電壓，u_h1為U₁側(cè)全橋的逆變輸出電壓；u_h2為U₂側(cè)全橋的逆變輸出電壓折合到U₁側(cè)后的電壓；n為變壓器變比；T_hs為半個開關(guān)周期；為半個開關(guān)周期內(nèi)的移相角，D為半個開關(guān)周期內(nèi)的移相比，0≤D≤1。

當(dāng)0<D<1/3時，A相傳輸功率為：當(dāng)1/3<D<2/3時，A相傳輸功率為：其標(biāo)幺化傳輸功率P'隨移相比D變化的曲線關(guān)系如圖4所示。

所述的高頻隔離變壓器T的工作頻率大于50Hz，可采用硅鋼、鐵氧體和納米金等材料制作。

所述的串聯(lián)電感L的電感量大于等于零，可以采用硅鋼、鐵氧體和納米金等材料制作。

全橋變換器中的開關(guān)器件可以選用IGBT或MOSFET等常用的全開關(guān)器件。

所述系統(tǒng)其輸出側(cè)電壓控制策略采用電壓外環(huán)控制并加入MPPT控制，控制框圖如圖5所示。

實施例：

本發(fā)明的系統(tǒng)實施例中，一次側(cè)輸入電壓600V，二次側(cè)輸出電壓1000V，光照度為800，900，1000依次變化，開關(guān)頻率10kHz，直流電容5000uF，串聯(lián)電感0.0068mH，傳輸功率500kW；三相高頻隔離變壓器工作頻率10kHz，變比0.6，容量500kW。

本實施例的效果：

如圖6所示是本實施例系統(tǒng)所受光照度的變化，如圖7所示是與光照度變化相對應(yīng)的光伏電池板輸出電壓的變化，如圖8所示是光照度為1000時系統(tǒng)中三相DAB兩端電壓波形和電感電流波形，其中一、二次側(cè)電壓波形為高頻多電平波形。從圖8中可以看出該系統(tǒng)工作正常。

本實施例驗證了基于三相雙主動橋式DC-DC變換器的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的可行性。

本發(fā)明的實施例僅用于對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，并非窮舉，并不構(gòu)成對權(quán)利要求保護(hù)范圍的限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明實施例獲得的啟示，不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動就能夠想到其它實質(zhì)上等同的替代，均在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。