一种具有LC故障耐受结构的光伏变换系统

本发明属于配电网光伏变换领域，具体涉及一种具有lc故障耐受结构的光伏变换系统。

背景技术：

1、将光伏能源汇集到中压直流配电系统是未来新能源并网的一种重要形式。在这样的系统中，中压直流变换器是关键设备。它不仅需要高升压比的特性，还需要具备一定的故障耐受能力来保证系统的可靠和安全。

2、目前采用隔离型变换器串并联是中压直流变换器实现高升压比的一种可观的方案。但是在这种串联的结构中，部分低压端口短路故障就会导致整个系统失效，中压端口短路故障则会轻易地损坏设备。

3、当某个模块低压侧发生短路故障时，闭锁该模块可以使得自身的功率和电压都降低为零，从而不受损坏，但其余正常模块不仅会偏离额定工作点同时面临过压损坏的危险。为了解决这一问题，可以在相邻模块之间接入lc功率均衡器，完全不需要额外的有源器件即可实现电压均衡。图1为具有lc功率均衡器的中压直流变换器。这种方式虽然能应对低压侧故障，但是没有考虑中压故障保护。

4、为了实现对中压故障的保护，可以对lc功率均衡器进行改进。图2为具有改进lc功率均衡器的中压直流变换器。在应对低压侧故障时可以实现电路中的软开关，但是在中断高压侧故障时需要断开与电感串联的开关管，如果电路本身已存在低压故障，该电感上存在传输失配功率的电流，强行关断该支路将导致开关管的电压尖峰并损坏开关管。因此该结构不具备同时耐受高低压短路故障的能力。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决光伏接入中压直流配电网的变换器端口短路故障问题，提供一种具有lc故障耐受结构的光伏变换系统，能够保证在部分模块发生低压侧故障时，连接于相邻模块之间的lc支路可以传输能量并支撑故障模块电容电压，保证系统继续稳定运行；在中压故障时，闭锁lc故障耐受结构，将子模块电容反向投入故障回路中，从而快速降低故障电流。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种具有lc故障耐受结构的光伏变换系统，包括光伏模块、与光伏模块连接的中压直流变换器、在中压直流变换器的各相邻子模块之间连接的lc功率均衡器型故障耐受模块；所述中压直流变换器中各相邻子模块连接的方式为：第k+1子模块的第1输出端与第k子模块的第2输出端连接，第1子模块的第1输出端、第n子模块的第2输出端分别作为光伏变换系统的正极输出端、负极输出端，k为整数且1≤k≤n-1，n为子模块总数。

3、在本发明一实施例中，所述lc功率均衡器型故障耐受模块为n-1个。

4、在本发明一实施例中，第k个lc功率均衡器型故障耐受模块包括第k个lc支路、第k二极管、第k+1二极管、第k开关管、第k+1开关管、第k子模块的第1开关管、第k子模块的第2开关管、第k+1子模块的第1开关管、第k+1子模块的第2开关管；第k个lc支路的一端与第k子模块的第1开关管的一端、第k子模块的第2开关管的一端连接，第k+1子模块的第1开关管的一端与第k+1子模块的第2开关管的一端连接，第k+1子模块的第1开关管的另一端与第k+1二极管的阴极连接，第k+1二极管的阳极与第k+1开关管的一端连接，第k个lc支路的另一端与第k+1子模块的第2开关管的另一端、第k+1开关管的另一端连接，第k子模块的第1开关管的另一端与第k二极管的阴极连接，第k二极管的阳极与第k开关管的一端连接，第k开关管的另一端与第k子模块的第2开关管的另一端连接。

5、在本发明一实施例中，第k子模块还包括第3开关管、第4开关管、第5开关管、第6开关管、变压器、电感、第1电容、第2电容、第1二极管、第2二极管；第k子模块的第3开关管的一端与第k子模块的第5开关管的一端、第k子模块的第1电容的一端连接，并作为第k子模块的第1输入端，第k子模块的第4开关管的一端与第k子模块的第6开关管的一端、第k子模块的第1电容的另一端连接，并作为第k子模块的第2输入端，第k子模块的第3开关管的另一端与第k子模块的第4开关管的另一端相连接并经第k子模块的电感与第k子模块的变压器原边的一端连接，第k子模块的第5开关管的另一端与第k子模块的第6开关管的另一端相连接并与第k子模块的变压器原边的另一端连接，第k子模块的变压器副边的一端与第k子模块的第1开关管的一端、第k子模块的第2开关管的一端连接，并作为第k子模块的第1输出端，第k子模块的变压器副边的另一端与第k子模块的第1二极管的阳极、第k子模块的第2二极管的阴极连接，第k子模块的第1二极管的阴极与第k子模块的第2电容的一端、第k子模块的第1开关管的另一端连接，第k子模块的第2二极管的阳极与第k子模块的第2电容的另一端、第k子模块的第2开关管的另一端连接，第k二极管的阳极与第k开关管的一端连接的连接点作为第k子模块的第2输出端。

6、在本发明一实施例中，第k个lc支路包括串联连接的第k电感、第k电容。

7、在本发明一实施例中，所述系统工作方式为：

8、当发生低压故障时，闭锁相应故障子模块的第3开关管、第4开关管、第5开关管和第6开关管，使中压侧无法往低压侧故障子模块传输功率造成电流冲击，同时通过lc支路保证各子模块的电压相等，使得其余正常子模块仍能正常工作；

9、当发生中压故障时，闭锁所有子模块的开关管，保护光伏变换系统。

10、相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

11、1、通过电压均压的方式实现在低压故障情况下继续维持其余端口正常工作，通过闭锁操作可以快速切断中压故障电流从而保护光伏变换系统，以此能够处理中低压故障同时发生的情况。

12、2、通过器件的复用，减少了开关器件的数量，降低了器件成本。

13、3、降低了开关管和二极管的电压应力。

技术特征：

1.一种具有lc故障耐受结构的光伏变换系统，其特征在于，包括光伏模块、与光伏模块连接的中压直流变换器、在中压直流变换器的各相邻子模块之间连接的lc功率均衡器型故障耐受模块；所述中压直流变换器中各相邻子模块连接的方式为：第k+1子模块的第1输出端与第k子模块的第2输出端连接，第1子模块的第1输出端、第n子模块的第2输出端分别作为光伏变换系统的正极输出端、负极输出端，k为整数且1≤k≤n-1，n为子模块总数。

2.根据权利要求1所述的一种具有lc故障耐受结构的光伏变换系统，其特征在于，所述lc功率均衡器型故障耐受模块为n-1个。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有lc故障耐受结构的光伏变换系统，其特征在于，第k个lc功率均衡器型故障耐受模块包括第k个lc支路、第k二极管、第k+1二极管、第k开关管、第k+1开关管、第k子模块的第1开关管、第k子模块的第2开关管、第k+1子模块的第1开关管、第k+1子模块的第2开关管；第k个lc支路的一端与第k子模块的第1开关管的一端、第k子模块的第2开关管的一端连接，第k+1子模块的第1开关管的一端与第k+1子模块的第2开关管的一端连接，第k+1子模块的第1开关管的另一端与第k+1二极管的阴极连接，第k+1二极管的阳极与第k+1开关管的一端连接，第k个lc支路的另一端与第k+1子模块的第2开关管的另一端、第k+1开关管的另一端连接，第k子模块的第1开关管的另一端与第k二极管的阴极连接，第k二极管的阳极与第k开关管的一端连接，第k开关管的另一端与第k子模块的第2开关管的另一端连接。

4.根据权利要求3所述的一种具有lc故障耐受结构的光伏变换系统，其特征在于，第k子模块还包括第3开关管、第4开关管、第5开关管、第6开关管、变压器、电感、第1电容、第2电容、第1二极管、第2二极管；第k子模块的第3开关管的一端与第k子模块的第5开关管的一端、第k子模块的第1电容的一端连接，并作为第k子模块的第1输入端，第k子模块的第4开关管的一端与第k子模块的第6开关管的一端、第k子模块的第1电容的另一端连接，并作为第k子模块的第2输入端，第k子模块的第3开关管的另一端与第k子模块的第4开关管的另一端相连接并经第k子模块的电感与第k子模块的变压器原边的一端连接，第k子模块的第5开关管的另一端与第k子模块的第6开关管的另一端相连接并与第k子模块的变压器原边的另一端连接，第k子模块的变压器副边的一端与第k子模块的第1开关管的一端、第k子模块的第2开关管的一端连接，并作为第k子模块的第1输出端，第k子模块的变压器副边的另一端与第k子模块的第1二极管的阳极、第k子模块的第2二极管的阴极连接，第k子模块的第1二极管的阴极与第k子模块的第2电容的一端、第k子模块的第1开关管的另一端连接，第k子模块的第2二极管的阳极与第k子模块的第2电容的另一端、第k子模块的第2开关管的另一端连接，第k二极管的阳极与第k开关管的一端连接的连接点作为第k子模块的第2输出端。

5.根据权利要求3所述的一种具有lc故障耐受结构的光伏变换系统，其特征在于，第k个lc支路包括串联连接的第k电感、第k电容。

6.根据权利要求5所述的一种具有lc故障耐受结构的光伏变换系统，其特征在于，所述系统工作方式为：

技术总结本发明涉及一种具有LC故障耐受结构的光伏变换系统，属于配电网光伏变换领域。所述光伏变换系统，包括光伏模块、与光伏模块连接的中压直流变换器、在中压直流变换器的各相邻子模块之间连接的LC功率均衡器型故障耐受模块；所述中压直流变换器中各相邻子模块连接的方式为：第k+1子模块的第1输出端与第k子模块的第2输出端连接，第1子模块的第1输出端、第N子模块的第2输出端分别作为光伏变换系统的正极输出端、负极输出端，k为整数且1≤k≤N‑1，N为子模块总数。本发明通过间接串联电容的方式可以在中压故障发生及时断开从而保护光伏变换系统，同时LC支路的接入，能够实现低压故障耐受。技术研发人员：张艺明,项佳豪,庄一展受保护的技术使用者：福州大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17