3.3 带有源前端的pvgti
　　下面介绍的是一个兆瓦级光伏应用的电源转换方案(见图5)，由太阳能电池板、一个靠近电池板的带对称升压器的有源前端、至逆变器站的直流输电线路、工业电网侧变换器、正弦滤波器，标准线路电压/中压变压器组成。
　　逆变器输入电压为ac变压器输入电压进行了优化，调制系数m接近等于1。
　　(3)
　　来自美国的示例应用：图5的电路中，光伏电压范围在200v~600v；升压器输出电压/输电电压为800vdc，输出：3×480v，使用了一个标准变压器。前端使用600v的硅片，逆变器使用1200v的硅片。例如，对于400v的光伏电压，直流输电损失降低4倍，此时输电电压为800v。要求是光电板具有相对低的纹波电流，这可以用光电板与前端单元之间的较高电感来实现，但也增加了开关频率。连接电缆的电感对于减少电流纹波有积极的影响。100m长电缆的电感超过0.1mh。
　　
　　
　　
　　图5 升压器&gti
　　
　　
　　来自欧盟的示例应用：对于400~900v的光伏，前升压器将为3×400v产生650v的电压，或者为3×480v产生800v的电压。如果光伏电压高于650v或800v，升压器功能关闭，去往gti的光伏电压不变。
　　前端升压器交替为输出电压的上半和下半部分供电。当顶部igbt1和底部igbt2为半个开关周期打开时，即电学上的180°，它是作为一个电压倍增器。这种运行方法有很大的优势，因为光电板的输出电流是常数，不使用额外的大电感l1和l2。50~100米的连接电缆长度足够了。
　　因为这个优势，图6所展示的方案被采用了。
　　
　　
　　
　　图6 电压倍增器、第二旁路或升压器、两个带交错pwm的gti
　　
　　
　　光伏电压始终被增大一倍，即电压范围在800v~1800v。由于1800v对于gti中所用的低压硅来说太高，可以使用与带有两个串联单元的中压风力发电机相同的想法。单元旁路电路可安装在靠近电压倍增器的地方，它可为两个串联的逆变器调整所需的直流电压。这样，传输电压将高达光伏输出电压的4倍。
　　例1：光伏电压400~900v、倍增器电压800~1800v、第二升压器输出电压/输电电压/逆变器电压：1600~1800v，1600v后无升压效应，用于2×3×480v变压器。使用的所有开关是1200v的。
　　例2：光伏电压：400~900v、倍增器电压800~1800v、第二升压器输出电压/输电电压/逆变器电压：2200v=2×1100v，用于2×3×690v变压器。电压倍增硅片为1200v，其余igbt及二极管为1700v。如果载波开关频率低于4khz，采用1700v硅片的逆变器效率高于1200v的。
　　对于2200v的输电电压，传输损耗比经典的、直接连接且光伏电压为550v时的损耗低16倍。（使用相同的连接电缆）
　　顶部和底部的电网侧逆变器有相同的功率和相电流值，并连接到电镀绝缘绕组。因此很容易应用交错pwm。对于并联运行两台逆变器，交错相移是开关周期的一半，即180°。
　　这样，正弦滤波器只有一个电感l，尺寸显著减小。图7中的仿真例子显示了逆变器1和逆变器2的电流，载波开关频率只有1khz、thd=19%，这些电流之和-电网电流，具有非常低的thd=3.8％。
　　
　　
　　
　　图7 顶部逆变器相电流；底部逆变器相
　　
　　
　　交错方式的优势是显而易见的。只有一个带单个电感的低通滤波器，加上杂散变压器电感，相当于短路变压器路电压uk=4%。使用的l_total=12%。
　　对于目前小于4%的总谐波失真，一台带有12%正弦输出滤波器电感的并网逆变器需要大于6khz的载波开关频率。
　　
　　4、结束语
　　风力发电机的电力电子组件是完全基于1700v硅基igbt及二极管。dfig-wt越来越不流行，当前趋势是向直驱的方向发展，即采用两台背靠背连接的变流器的装置。正在开发的风力发电机功率范围在3~5mw。采用2、3甚至6个三相发电机绕组，使用相同数量的独立传动系统并独立控制的原则，可提供大功率模块以及发生故障时的冗余操作。
　　风力发电机的新设计方案是一个带有中压电网侧逆变器的中压发电机，特点是配备了一系列具有旁路电路的单元和连接到独立中压变压器绕组的低压gti。
　　光伏应用基于功率高达1mw的gti，直接连接到pv面板上。
　　对于光伏应用，方案的目的是为了更高系统效率的，即由一个电压倍增器和两个串联电池组成，传输电压高4倍、逆变器在调制因子为1的状态下运行，在pwm控制中采用交错方式，大大减少了输出滤波器。

参考文献
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