太阳能转换装置.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102820800 A (43)申请公布日 2012.12.12 CN 102820800 A *CN102820800A* (21)申请号 201210189259.6 (22)申请日 2012.06.08 10-2011-0055338 2011.06.08 KR H02M 7/48(2007.01) H02J 3/38(2006.01) (71)申请人 LS 产电株式会社 地址 韩国京畿道 (72)发明人 吴昇勋 (74)专利代理机构 北京金信立方知识产权代理 有限公司 11225 代理人 黄威 邓玉婷 (54) 发明名称 太阳能转换装置 (57) 摘要 本发明。

2、提供一种太阳能转换装置， 包括 ： 至 少一个太阳电池阵列， 其用于接收光并且生成直 流电 ； 转换器单元， 其用于转换所生成的直流电 的振幅 ； 多电平逆变器单元， 其用于接收来自所 述转换器单元的直流电以输出具有多电平的交流 电， 并且所述多电平逆变器单元包括多个多电平 逆变器 ； 交流滤波器， 其用于使所述逆变器单元 与电网绝缘 ； 以及控制单元， 其用于将控制信号 施加到所述转换器单元和所述多电平逆变器。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 。

3、4 页 附图 5 页 1/1 页 2 1. 一种太阳能转换装置， 包括 ： 至少一个太阳电池阵列， 其用于接收光并且生成直流电 ； 转换器单元， 其用于转换所生成的直流电的振幅 ； 多电平逆变器单元， 其用于接收来自所述转换器单元的直流电以输出具有多电平的交 流电， 并且所述多电平逆变器单元包括多个多电平逆变器 ； 交流滤波器， 其用于使所述逆变器单元与电网绝缘 ； 以及 控制单元， 其用于将控制信号施加到所述转换器单元和所述多电平逆变器。 2. 根据权利要求 1 所述的太阳能转换装置， 其中， 所述转换器单元包括与至少一个所 述太阳电池阵列的数量相对应且分别连接至所述太阳电池阵列的至少一个转。

4、换器。 3. 根据权利要求 2 所述的太阳能转换装置， 其中， 所述多电平逆变器包括相应地连接 至多个转换器的至少一个多电平逆变器。 4. 根据权利要求 1 所述的太阳能转换装置， 其中， 所述多电平逆变器包括 ： 多个切换元件 ； 连接在所述切换元件之间的多个箝位二极管 ； 以及 多个总线电容器。 5.根据权利要求1所述的太阳能转换装置， 其中， 所述多电平逆变器单元包括(m-1)x2 个切换元件， 其中 m 表示输出电平的数量。 6.根据权利要求1所述的太阳能转换装置， 其中， 所述多电平逆变器单元包括(m-1)个 箝位二极管， 其中 m 表示输出电平的数量。 7.根据权利要求1所述的太阳。

5、能转换装置， 其中， 所述多电平逆变器单元包括(m-1)/2 个直流电容器， 所述直流电容器用于限制直流电的波动。 8. 根据权利要求 1 所述的太阳能转换装置， 其中， 在有多个多电平逆变器的情况下， 每 个多电平逆变器输出五个电平的功率， 而如果多电平逆变器串联连接， 则所述多电平逆变 器输出九个电平的功率。 9. 根据权利要求 1 所述的太阳能转换装置， 其中， 所述控制单元包括 ： 转换器门控单元， 其用于施加门控信号以对所述转换器进行 MPPT （最大功率点跟踪） 控 制 ； 以及 逆变器门控单元， 其用于施加门控信号以控制所述逆变器。 权 利 要 求 书 CN 102820800 。

6、A 2 1/4 页 3 太阳能转换装置 0001 相关申请的交叉引用 0002 本申请根据美国法典第 35 篇 119 条和 365 条要求申请号为 10-2011-0055338 的 韩国专利申请 （提交日期为 2011 年 6 月 8 日） 的优先权， 其全部内容通过引用合并于此。 技术领域 0003 本公开涉及一种太阳能转换装置， 更特别地， 涉及一种使用中性点箝位多电平方 法作为混合方法并且与相关技术的太阳能转换装置相比具有更高的输出电平且更低失真 的太阳能转换装置。 背景技术 0004 太阳能转换装置是用于将太阳电池中生成的直流电转换为交流电并将交流电传 输到电网的装置。在太阳能转换。

7、中主要使用全桥式硬件。然而， 因为电能质量差和效率低， 最近关于多电平能量转换产品的研究和需求日益增加。 0005 因为太阳能转换效率低且全部阵列用作一个输入， 相关技术的太阳能转换装置的 能量转换效率低。 此外， 因为通常以两个或三个输出电平运行， 所以相关技术的太阳能转换 装置可能存在一些问题， 例如无变化的功率电平、 电能质量低和无法模块化。 0006 为了解决上述这些问题， 已经开发了多电平电能转换装置。 与全桥式装置相比， 多 电平电能转换装置具有更好的效率和更稳定的质量。 目前有三种多电平电能转换装置拓扑 结构 ： H 桥、 中性点箝位和快速电容器。 0007 但是， 这种多电平式。

8、装置也具有稍高的失真和低的功率电平。 发明内容 0008 本公开的实施例提供了一种使用多电平的太阳能转换装置， 更特别地， 提供一种 通过使用中性点箝位多电平方法而具有比相关技术的太阳能转换装置更低的失真和更高 的输出电平的太阳能转换装置。 0009 此外， 本公开的实施例还提供了一种具有高效率的太阳能转换装置， 其通过将生 成电能的两个太阳电池连接至作为太阳能转换单元的模块来提高效率。 0010 在一个实施例中， 太阳能转换装置包括 ： 至少一个太阳电池阵列， 其用于接收光并 且生成直流电 ； 转换器单元， 其用于转换生成的直流电的振幅 ； 多电平逆变器单元， 其用于 接收来自所述转换器单元。

9、的直流电以输出具有多电平的交流电， 并且所述多电平逆变器单 元包括多个多电平逆变器 ； 交流滤波器， 其用于使所述逆变器单元与电网绝缘 ； 以及控制 单元， 其用于将控制信号施加到所述转换器单元和所述多电平逆变器。 0011 此外， 所述转换器单元可以包括与至少一个所述太阳电池阵列的数量相对应且分 别连接至所述太阳电池阵列的至少一个转换器。 0012 此外， 所述多电平逆变器可以包括相应地连接至多个所述转换器的至少一个多电 平逆变器。 说 明 书 CN 102820800 A 3 2/4 页 4 0013 此外， 所述多电平逆变器可以包括 ： 多个切换元件 ； 连接在所述切换元件之间的 多个箝。

10、位二极管 ； 以及多个总线电容器。 0014 此外， 所述多电平逆变器单元可以包括(m-1)x2个切换元件， 其中m表示输出电平 的数量。 0015 此外， 所述多电平逆变器单元可以包括(m-1)个箝位二极管， 其中m表示输出电平 的数量。 0016 此外， 所述多电平逆变器单元可以包括 (m-1)/2 个直流电容器， 所述直流电容器 用于限制直流电的波动。 0017 此外， 在有多个多电平逆变器的情况下， 每个多电平逆变器可以输出五个电平的 功率， 而如果多电平逆变器串联连接， 则所述多电平逆变器可以输出九个电平的功率。 0018 此外， 所述控制单元可以包括 ： 转换器门控单元， 其用于施。

11、加门控信号以对所述转 换器进行 MPPT（最大功率点跟踪） 控制 ； 以及逆变器门控单元， 其用于施加门控信号以控制 所述逆变器。 0019 在附图和下面描述中， 将阐明一个或多个实施例的详细信息。 通过描述、 附图和权 利要求， 其他特征将变得显而易见。 附图说明 0020 图 1 为示出了根据一个实施例的太阳能转换装置的示意性框图。 0021 图 2 为详细地示出了根据所述实施例的太阳能转换装置的图。 0022 图 3 为示出了根据所述实施例的太阳电池阵列、 DC-DC 转换器和多电平逆变器的 一种运行方式的图。 0023 图 4 为示出了与所述实施例的每个输出电平对应的逆变器中的切换元件。

12、的状态 的图。 0024 图 5 为示出了根据所述实施例的逆变器中切换元件的切换顺序的图。 0025 图 6 为示出了根据所述实施例的太阳能转换装置的输出信号的图。 具体实施方式 0026 现在将详细参照本公开的实施例， 在附图中示出了实施例的示例。 0027 应该理解的是， 说明书和随附的权利要求书中使用的术语和词语不应被理解为仅 限于一般含义和词典含义， 而应该根据允许发明人定义最适合说明本发明的术语的原则， 基于与本发明的技术方案相对应的含义和概念进行解释。 0028 因此， 本公开的说明书中所述的实施例和附图中示出的示例仅作为说明性范例， 而不旨在代表实施例的所有技术方案即本发明的范围。

13、， 因而应该理解的是， 在提交申请时 可以提出各种等同方案和改进方案。 0029 图 1 为示出了根据一个实施例的太阳能转换装置的示意性框图。 0030 参照图 1， 太阳能转换装置 10 包括第一太阳电池阵列 11 和第二太阳电池阵列 12、 转换器 20、 多电平逆变器 30、 交流滤波器 40、 变压器 50 以及控制单元 60。 0031 太阳电池阵列 11 和 12 接收光并生成直流电。也就是说， 太阳电池阵列 11 和 12 可以是布置有多个太阳电池以接收太阳光并生成电能的太阳电池阵列。 说 明 书 CN 102820800 A 4 3/4 页 5 0032 转换器 20 可以包括。

14、一个 DC-DC 转换器或分别与第一太阳电池阵列 11 和第二太阳 电池阵列 12 相对应的多个 DC-DC 转换器。 0033 多电平逆变器30可以包括第一多电平逆变器31和第二多电平逆变器32。 第一多 电平逆变器 31 和第二多电平逆变器 32 可以各自输出五个功率电平。如果第一多电平逆变 器 31 和第二多电平逆变器 32 串联连接， 则第一多电平逆变器 31 和第二多电平逆变器 32 可以输出九个功率电平。也就是说， 第一多电平逆变器 31 和第二多电平逆变器 32 的输出 电平可取决于多电平逆变器 30 的配置。 0034 此外， 虽然在正常情况下第一多电平逆变器 31 和第二多电。

15、平逆变器 32 串联连接 而能够产生九个功率电平， 但是， 如果第一多电平逆变器31和第二多电平逆变器32中的一 个出错， 则另一个正常的多电平逆变器可以独立运行以输出五个功率电平。 0035 交流滤波器 40 使逆变器 30 与电网绝缘。 0036 控制单元 60 可以将控制信号施加到转换器和多电平逆变器 30。 0037 图 2 为详细地示出了根据所述实施例的太阳能转换装置的图。 0038 参照图 2， AC-DC 转换器 20 的第一转换器 21 和第二转换器 22 可以分别包括二极 管 D1、 D2、 D3 和 D4、 电容器 C1 和 C2、 电感器 L1 和 L2 以及切换元件 T。

16、1 和 T2。 0039 多电平逆变器 30 可以包括多个切换元件、 绝缘栅双极型晶体管 (IGBT) 和用于限 制直流电压波动的总线电容器。各逆变器 31 和 32 串联连接。在下文中， 将描述多电平逆 变器 30 的详细结构和操作。 0040 控制单元 60 可以包括转换器门控单元 61 和逆变器门控单元 62。 0041 转换器门控单元 61 将门控信号施加到转换器 20， 以进行最大功率点跟踪 (MPPT) 控制。 0042 逆变器门控单元 62 施加门控信号以控制逆变器 30 的运行。逆变器门控单元 62 可以使用基于载波的脉冲宽度调制 (PWM) 信号或空间向量 PWM 信号作为门。

17、控信号， 以控制 逆变器 30 的运行。 0043 图 3 为示出了根据所述实施例的太阳电池阵列、 DC-DC 转换器和多电平逆变器的 一种运行方式的图。如果图 2 中的太阳能转换装置的逆变器 31 和 32 中的一个由于出错而 无法运行， 则该装置可以在图 3 所示的条件下运行。 0044 为了输出最大输出值， 通过转换器 21 对太阳电池阵列 11 中生成的直流电进行 MPPT 控制， 并且所述直流电被传输到多电平逆变器 31。第一转换器 21 和逆变器 31 可以分 别由控制单元 60 的门控信号控制。 0045 根据控制单元 60 的门控信号， 逆变器 31 可以输出总计五个功率电平。。

18、逆变器 31 可以包括多个切换元件及用于限制直流电压波动的两个总线电容器 C3 和 C4。此外， 如图 3 所示， 切换元件布置为两排， 每排具有 4 个元件， 而箝位二极管可以布置在切换元件之间。 优选地， 切换元件可以是绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)。 0046 图 4 为示出了与所述实施例的每个输出电平对应的逆变器中切换元件的状态的 图。 0047 多电平逆变器 31 可以输出总计五个功率电平， 例如 2E、 E、 0、 -E 和 -2E。 “2E” 表示 施加到逆变器 31 的功率的电压。当输出功率电平如 2E、 E、 0、 -E 和 -2E 时， 切换元件可以如 图 5 的表中所示。

19、的那样导通。 说 明 书 CN 102820800 A 5 4/4 页 6 0048 图 5 为示出了根据所述实施例的逆变器中切换元件的切换顺序的图。 0049 如图5所示， 如果切换状态为1， 则切换元件可以处于导通状态。 此外， 如果切换状 态为 0， 则切换元件可以处于关断状态。通过根据上述系统时钟的顺序使切换元件导通， 可 以产生五个功率电平。 0050 在 图 3 或 图 4 中，多 电 平 逆 变 器 31 包 括 交 互 作 用 的 四 对 IGBT 开 关 ： (TA11+,TA11-)、 (TA22+,TA22-)、 (TB11+,TB11-) 和 (TB22+,TB22-)。

20、。 0051 在图 4 中， (a)、 (b)、 (c) 和 (d) 为示出了与输出电平对应的切换元件的导通状态 的示例性视图， 其中 (a) 示出了输出功率电平 2E， (b) 示出了输出功率电平 E， (C) 示出了输 出功率电平 -E， 而 (d) 示出了输出功率电平 -2E。 0052 同时， 根据输出的多电平数量所需的元件数量显示在下面表 1 中。 0053 表 1 0054 0055 在表 1 中， 混合二极管箝位方法是根据所述实施例的多电平逆变器串联连接的方 法。 0056 此外， 如果两个多电平逆变器如图 2 所示彼此串联连接， 则可以输出总计九个功 率电平， 例如 4E、 3。

21、E、 2E、 E、 0、 -E、 -2E、 -3E 和 -4E。 0057 图 6 为示出了根据所述实施例的太阳能转换装置的输出信号的视图。 0058 如图 6 所示， 可以从输出信号中提取所需的功率电平的信号， 然后将提取的信号 传输到电网。 0059 尽管已经描述了一些示例性实施例， 但是应该理解的是， 本领域的技术人员能够 想到的许多其他改进和实施例将落入本公开的原理的精神和范围之内。更具体地， 针对部 件和 / 或主题组合布置的各种变型和改进可落入本公开、 附图和随附的权利要求书的范围 之内。除了针对部件和 / 或布置的各种变型和改进之外， 对本领域的技术人员而言， 可选用 途也将是显而易见的。 说 明 书 CN 102820800 A 6 1/5 页 7 图 l 说 明 书 附 图 CN 102820800 A 7 2/5 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 102820800 A 8 3/5 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 102820800 A 9 4/5 页 10 图 4 说 明 书 附 图 CN 102820800 A 10 5/5 页 11 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 102820800 A 11 。