CN102157954B - 光伏逆变装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于光伏微网的光伏逆变装置，包括：光伏电池组件；稳压电路，与光伏电池组件连接，对光伏电池组件输出的波动电压进行稳压操作；逆变输出电路，与稳压电路连接，对稳压后的电压进行逆变；电网检测电路，对电网参数进行检测；控制驱动电路，对光伏电池组件的输出电压进行检测，并根据输出电压及电网参数检测结果产生控制稳压电路及驱动逆变电路的信号。本发明的光伏逆变装置能够对光伏电池组件分别逆变，从而提高逆变效率。

Description

光伏逆变装置

技术领域

本发明涉及光伏逆变技术，特别是涉及一种适用于光伏微网的微型光伏逆变装置。

背景技术

太阳能作为一种清洁的可再生能源，当下受到越来越多国家的重视。将太阳能转发为电能的技术被称为光伏技术，在太阳能的光伏应用中，光伏并网发电是太阳能光伏应用的重要应用形式之一。光伏并网发电主要是通过光伏电池组件接收太阳光并产生直流电，但是因为光照的不均匀，光伏电池组件产生的直流电波动较大，无法直接应用。另外，直流电传输的难度较大，且不易被现有的用电设备接受，因为大多数用电设备都只能适应波动较小的交流供电。因此在实际运用中，需要将分散的光伏电池组件产生的波动直流电经过稳压后再转换为稳定的交流电，最后将稳定的交流电并入公共电网中，实现光伏并网发电。

在光伏并网发电系统中，通常通过逆变装置来实现将光伏电池组件波动的直流电转换为稳定的交流电。传统的逆变装置通过将串并组合的光伏电池组件阵列一次性逆变，当这种组合阵列一部分被遮挡了之后或者一部分光伏电池组件损坏的时候，就会对逆变效率产生影响，不能将各串光伏电池组件产生的直流电全部逆变成有用的交流电。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于光伏微网的光伏逆变装置，能够对光伏电池组件分别逆变，从而提高逆变效率。

为了解决上述问题，本发明公开了一种光伏逆变装置，包括：

光伏电池组件；

稳压电路，与光伏电池组件连接，对光伏电池组件输出的波动电压进行稳压操作；

逆变输出电路，与稳压电路连接，对稳压后的电压进行逆变；

电网检测电路，对电网参数进行检测；

控制驱动电路，对光伏电池组件的输出电压进行检测，并根据输出电压及电网参数检测结果产生控制稳压电路及驱动逆变电路的信号。

进一步地，所述光伏电池组件为串联的光伏电池阵列组成。

进一步地，所述稳压电路为高频直流稳压电路，包括MOSFET管、与MOSFET管串联的电感、二极管及电容，所述电感与二极管及电容并联，所述二极管与电容串联。

进一步地，所述逆变输出电路为全桥逆变电路，包括逆变主电路和与逆变主电路连接的滤波电路。

进一步地，所述逆变主电路为四个MOSFET管组成的逆变电桥电路；

所述滤波电路包括电容、电感和电阻，所述电容和电阻并联，所述电感分别与电容和电阻串联；

所述滤波电路的电感与逆变主电路的一个输出点连接，所述滤波电路的电容和电阻与逆变主电路的另一个输出点连接。

进一步地，所述控制驱动电路包括数字信号处理器和与数字信号处理器连接的第一驱动芯片和第二驱动芯片，所述数字信号处理获取光伏电池组件的输出电压，并产生控制信号给稳压电路，所述数字信号处理器获取电网检测电路的检测信号，并通过第一驱动芯片和第二驱动芯片产生驱动信号给逆变输出电路。

进一步地，所述电网检测电路包括电压检测电路、相位检测电路、频率检测电路和孤岛效应检测电路。

进一步地，所述光伏逆变装置还包括：

第一保护电路，所述第一保护电路为短路、过载保护电路，用于检测逆变装置的短路或过载信号，并将短路、过载信号传递给控制驱动电路，所述控制驱动电路根据短路、过载信号来改变所产生的信号。

进一步地，所述第一保护电路包括第一比较器和第二比较器，所述第一比较器用于过载保护，所述第二比较器用于短路保护。

进一步地，所述光伏逆变装置还包括：

第二保护电路，所述第二保护电路为欠压保护电路，用于检测光伏电池组件的输出电压的欠压，并输出欠压信号给控制驱动电路，所述控制驱动电压根据欠压信号来改变所产生的控制信号。（该部分与权利要求基本相同，为了不增加您的阅读量，其他部分没问题后拷贝添加即可）

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的适用于光伏微网的光伏逆变装置通过采用若干串联的光伏电池阵列的方式来组成光伏电池组件，且在进行逆变时，将各串联的光伏电池单独逆变成交流电，避免采用一次性逆变时因为部分电池损坏或者被遮挡所造成的逆变效率降低的情况，具有较高的逆变效果。

进一步地，本发明在过载保护电路中增加三极管，若是因为过载造成的关闭，当负载变小到逆变装置所能承受的范围内，则可以通过三极管将过载保护二极管锁存的过载信号放掉，使逆变装置恢复到正常工作状态。若是因为短路造成的关闭，则不能自动恢复到正常的工作状态，只能通过人为控制其再次开启。从而可以保证光伏逆变装置的安全性。

附图说明

图1是本发明的光伏逆变装置的结构示意图；

图2是本发明的光伏逆变装置的稳压电路的结构示意图；

图3是本发明的光伏逆变装置的逆变输出电路的结构示意图；

图4是本发明的光伏逆变装置的控制驱动电路的结构示意图；

图5是本发明的光伏逆变装置的电网检测电路的结构示意图；

图6是本发明的光伏逆变装置的第一保护电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1，示出本发明的适用于光伏微网的微型光伏逆变装置100，包括光伏电池组件10、与光伏电池组件10连接的稳压电路20、与稳压电路20连接的逆变输出电路30、控制驱动电路40及电网检测电路70。电网检测电路70对电网的各项参数进行监测产生相应的信号。控制驱动电路40检测光伏电池组件10的输出电压，并采集电网检测电路70所产生的信号，生成相应的控制及驱动信号并返回给对应的电路，从而使光伏逆变装置100能够安全稳定的工作。

光伏电池组件10为若干串联的光伏电池阵列，用于接收外部太阳能，并转化为电能，将产生波动的直流电加到稳压电路20。通过采用串联的方式，可以使光伏逆变装置的结构更加紧凑，从而减少光伏逆变装置的体积。

同时参照图1和图2，稳压电路20为高频直流稳压电路，包括N型MOSFET管21、电感22、二极管23和电容24。其中，N型MOSFET管21与电感22、二极管23、电容24串联，电感22与二极管23及电容24并联，二极管23与电容24串联。稳压电路20与光伏电池组件10连接，同时接收来自控制驱动电路40的控制信号，从而对光伏电池组件10的输出电压进行稳压操作。

同时参照图1和图3，逆变输出电路30为全桥逆变电路，包括逆变主电路31和滤波电路35。逆变主电路31由MOSFET管311、312、313、314组成。滤波电路35为交流EMC滤波电路，由电感351、电容352和电阻353组成。其中电容352和电阻353并联，电感351分别与电容352和电阻353串联。滤波电路35的电感351与逆变主电路31的输出点A连接，电容352和电阻353与逆变主电路31的输出点B连接。用于滤除逆变主电路31输出的交流波形中的高频谐波干扰，从而提高输出波形的质量。逆变输出电路30与稳压电路20连接，同时接收来自控制驱动电路40的驱动信号，从而将稳压电路20输出的稳定的330V直流电转换成电网所需要的50Hz，220V的交流电。逆变输出电路30所输出的交流电直接并入电网中。

同时参照图1和图4，控制驱动电路40为DSP(Digital SignalProcessing，数字信号处理)控制驱动电路，包括数字信号处理器41和第一驱动芯片42和第二驱动芯片43。数字信号处理器41用于产生控制或者驱动信号，其中，数字信号处理器41会对光伏电池组件10的输出电压进行检测，并会根据检测结果生成PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）控制信号411加到稳压电路20的MOSFET管21的栅极以控制稳压电路的工作。另外数字信号处理器41还会采集电网检测电路的检测信号，并加到第一驱动芯片42和第二驱动芯片43以控制第一驱动芯片42和第二驱动芯片43产生驱动信号。第一驱动芯片42产生两个驱动信号421、422，第二驱动芯片43产生两个驱动信号431、432。第一驱动芯片42和第二驱动芯片43所产生的四个单极性的SPWM（Sine PulseWidth Modulation，正弦脉冲宽度调制）驱动信号421、422、431、432分别加到逆变输出电路30的四个MOSFET管311、312、313、314上，以驱动四个MOSFET管311、312、313、314的通断，从而控制逆变工作，使逆变输出电路30所输出的波形质量满足并网的要求。

同时参照图1和图5，电网检测电路70包括电压检测电路71、相位检测电路72、频率检测电路73和孤岛效应检测电路74。其中，电压检测电路71、相位检测电路72和频率检测电路73跟踪检测来自电网的正弦交流波形信号79，产生并输出对应的检测信号，孤岛效应检测电路74对电网的电压进行监控，当电网电压短路或出现故障时，产生并输出保护信号，以关闭整个光伏逆变装置100。电网检测电路70将所产生的检测信号输出到控制驱动电路40。

同时参照图1和图6，进一步地，光伏逆变装置100还包括第一保护电路50和第二保护电路60。

第一保护电路50为短路、过载保护电路，包括待测元件501、第一比较器51、与第一比较器51并联的过载保护二极管52、第二比较器53、与第二比较器53并联的短路保护二极管54。本实施例中，待测元件501为阻值较小的电阻。第一比较器51、过载保护二极管52、第二比较器53和短路保护二极管54通过外围电路与待测元件501连接，其中外围电路包括第一比较器51的正向电容电阻充电电路511和第二正向比较器53的正向电容电阻充电电路531。第一保护电路50还包括与第一比较器51的输出端连接的信号输出二极管55、与第二比较器53的输出端连接的信号输出二极管56、与两个信号输出二极管55、56连接的光耦59。另外，外围电路还包括与第一比较器51连接的三极管512。第一保护电路50通过待测元件501与逆变输出电路30连接，同行，通过光耦59与DSP控制及驱动电路40连接。第一保护电路50根据待测元件501的电压及电流情况来检测光伏逆变装置100工作中所出现的短路或者过载情况，并生成的短路、过载报警信号传递给控制驱动电路40。控制驱动电路40则会根据所接收的短路、过载保护报警信号调整改变SPWM驱动信号以使逆变输出电路30停止工作，从而使光伏逆变装置100停止工作。另外，如果控制驱动电路40所接收的是短路信号，则在给出停止逆变输出电路30工作的信号的同时，还会给出报警信号。

第二保护电路60为欠压保护电路，与光伏电池组件10及控制驱动电路40连接。第二保护电路60将检测到的光伏电池组件10的欠压情况传递给控制驱动电路40，控制驱动电路40会根据所检测到的光伏电池组件10的欠压情况停止输出PWM控制信号，使稳压电路20停止工作，从而使光伏逆变装置100停止工作。

下面对本发明的光伏逆变装置100的工作过程进行说明。

光伏电池组件10接收外部太阳能并转化为电能，输出波动的330V直流电给稳压电路20进行稳压，稳压电路20将稳压后的330V直流电输送给逆变输出电路30，逆变输出电路30将稳定的330V直流电转换为符合并网要求的50Hz、220V的交流电并入电网中。其中，第二保护电路60在光伏逆变装置100工作时对光伏电池组件10的输出电压进行检测，若输出电压处于欠压状态，则会发出欠压信号给控制驱动电路40。控制驱动电路40的数字信号处理器41会对光伏电池组件10的输出电压进行检测，并会根据欠压信号来生成不同的PWM控制信号时并输出给稳压电路20，从而使稳压电路20根据实时情况来进行稳压操作。另外，控制驱动电路40还会采集来自电网检测电路70的检测信号及第一保护电路50的短路、过载保护报警信号，经过相应的算法生成正弦波的SPWM驱动信号，并通过第一驱动芯片42和第二驱动芯片43加到逆变输出电路30上。

其中，第一保护电路50的工作过程为：通过检测待测元件501上的电流、电压情况，可以得出光伏逆变装置100的短路或过载信号，然后将短路或过载信号均加到第一比较器51和第二比较器53的正向输入端，通过配置第一比较器51和第二比较器53的反向输入端的参考电压，就可以实现短路和过载保护。本实施例中，假设第一比较器51的参考电压为1V，第二比较器53的参考电压为5V，且过第一比较器51和第二比较器53的正向电容电阻充电电路的时间常数不同。其中，第一比较器51的电容电阻充电电路511的充电时间常数大于第二比较器53的电容电阻充电电路531的充电时间常数。如果出现短路情况，因为第二比较器53的电容电阻充电电路531的时间常数较小，第二比较器52的正向输入端电压会很快超过参考电压5V，短路保护二极管54则会将短路信号锁存，并经过与第二比较器52的输出端连接的信号输出二极管56和光耦59传递给控制驱动电路40，控制驱动电路40则会给出关闭整个光伏逆变装置100的信号。如果出现过载情况，那么第二比较器53的正向输入端电压会小于其参考电压5V，其会输出较低的电平，而此时第一比较器51会输出较高的电平，那么，过载保护二极管52会将过载信号锁存，并经过与第一比较器51的输出端连接的信号输出二极管55和光耦59传递给控制驱动电路40，控制驱动电路40给出关闭整个光伏逆变装置100的信号。

本发明中，为了保证光伏逆变装置100的安全性，若光伏逆变装置100是因短路造成的关闭，则不能自动恢复到正常的工作状态，只能通过人为控制其再次开启。因此，若是出现短路，则控制驱动电路40还会发出报警信号，操作者则可以根据抱紧信号来重新开启微型逆变装置100。若光伏逆变装置100是因为过载造成的关闭，当负载变小到光伏逆变装置100所能承受的范围内，则可以通过与第一比较器51连接的三极管512将过载保护二极管52锁存的过载信号放掉，使光伏逆变装置100恢复到正常工作状态。

本发明的光伏逆变装置通过采用若干串联的光伏电池阵列的方式来组成光伏电池组件，并通过高频稳压电路及全桥逆变输出电路对光伏电池组件所产生的直流电进行逆变。在进行逆变时，通过逆变装置中的各电路的配合根据实际情况产生对应的控制及驱动信号，将各串联的光伏电池单独逆变成交流电，避免采用一次性逆变时因为部分电池损坏或者被遮挡所造成的逆变效率降低的情况，具有较高的逆变效果。

以上对本发明所提供的适用于光伏微网的光伏逆变装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种光伏逆变装置，其特征在于，包括： 

光伏电池组件； 

稳压电路，与光伏电池组件连接，对光伏电池组件输出的波动电压进行稳压操作； 

逆变输出电路，与稳压电路连接，对稳压后的电压进行逆变； 

电网检测电路，对电网参数进行检测； 

控制驱动电路，对光伏电池组件的输出电压进行检测，并根据输出电压及电网参数检测结果产生控制稳压电路及驱动逆变输出电路的信号； 

所述控制驱动电路还用于：监测到短路时，发出报警信号； 

所述逆变装置还包括： 

第一保护电路，所述第一保护电路为短路、过载保护电路，用于检测逆变装置的短路或过载信号，并将短路、过载信号传递给控制驱动电路，所述控制驱动电路根据短路、过载信号来改变所产生的信号； 

所述第一保护电路包括待测元件501、第一比较器51、与第一比较器51并联的过载保护二极管52、第二比较器53、与第二比较器53并联的短路保护二极管54；第一比较器51、过载保护二极管52、第二比较器53和短路保护二极管54通过外围电路与待测元件501连接，其中外围电路包括第一比较器51的正向电容电阻充电电路511和第二正向比较器53的正向电容电阻充电电路531；第一保护电路还包括与第一比较器51的输出端连接的信号输出二极管55、与第二比较器53的输出端连接的信号输出二极管56、与两个信号输出二极管55、56连接的光耦59；所述外围电路还包括与第一比较器51连接的三极管512；第一保护电路通过待测元件501与逆变输出电路连接，通过光耦59与控制驱动电路连 接；第一保护电路根据待测元件501的电压及电流情况来检测光伏逆变装置工作中所出现的短路或者过载情况，并生成的短路、过载报警信号传递给控制驱动电路；控制驱动电路则会根据所接收的短路、过载保护报警信号调整改变SPWM驱动信号以使逆变输出电路停止工作，从而使光伏逆变装置停止工作。 

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光伏电池组件为串联的光伏电池阵列组成。 

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述稳压电路为高频直流稳压电路，所述高频直流稳压电路中的MOSFET管与电感的一端相连，并与二极管负极相连，二极管的正极与电容一端相连，电容的另一端与电感的另一端相连，电容两端为所述高频直流稳压电路的两个输出端。 

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述逆变输出电路为全桥逆变电路，包括逆变主电路和与逆变主电路连接的滤波电路。 

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述逆变主电路为四个MOSFET管组成的逆变电桥电路； 

所述滤波电路包括电容352、电感351和电阻353； 

所述滤波电路的电感351的一端与逆变主电路的一个输出点连接，电容352与电阻353并联的一端跟电感351的另一端相连，并联的另一端跟逆变主电路的另一个输出点连接。 

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制驱动电路包括数字信号处理器和与数字信号处理器连接的第一驱动芯片和第二驱动芯片，所述数字信号处理器获取光伏电池组件的输出电压，并产生控制信号给稳压电路，所述数字信号处理器获取电网检测电路的检测信号，并通过第一驱动芯片和第二驱动芯片产生驱动信号给逆变输出电路。 

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电网检测电路包括电压检测电路、相位检测电路、频率检测电路和孤岛效应检测电路。 

8.如权利要求1至7任一项所述的装置，其特征在于，所述逆变装置还包括： 

第二保护电路，所述第二保护电路为欠压保护电路，用于检测光伏电池组件的输出电压的欠压，并输出欠压信号给控制驱动电路，所述控制驱动电压根据欠压信号来改变所产生的控制信号。 

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