CN102882414A - 离网型的直流转交流系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种离网型的直流转交流系统，包括：一个主机逆变器，其连接于太阳能板与负载之间，用于将太阳能板产生的直流输入电压转换为适用于负载的交流输出电压；一个或多个从机逆变器，其输入端与一个或多个太阳能板对应连接，其输出端与主机逆变器并联，一起连接到负载，用于根据主机逆变器的实际输出电压的大小自动调节从机逆变器的输出电流，使负载获得稳定的工作电压。本发明以模块化可自由并联扩充，无需各逆变器之间的通信，控制简单可靠，能够适应多种负载变化情况。

Description

离网型的直流转交流系统

技术领域

本发明涉及电力转换设备技术领域，具体来说，本发明涉及一种离网型的直流转交流系统。

背景技术

新能源(太阳能、风能等)需要逆变器将产生的直流电转换为交流电。对于没有电网的地方，需要采用离网型的逆变器。通常的离网型逆变器为电压源的，所以多为单台使用。为了组成更大容量的系统，需要多台逆变器并联工作，同时又具有自由满足不同容量需求的自由度。

目前的产品通常是电压源的逆变器并联，由于输出为正弦交流电压，所以相互之间及和系统之间的频率、相位、幅值都必须一致，否则会输出失真。另外，各台逆变器之间的输出电压如果频率、相位、幅值不一致，会引起较大的有功和无功环流。

现在的系统通常采用各机之间的通信来实现同步控制，包括自整步法、主从模块法、热同步并机技术、无主从同步技术等。这些方法都要求有各机之间的高速和稳定的通信，实现难度大，且稳定性差。另外也有外特性下垂法，模块间没有控制信号连线。它仅以本模块有功功率、无功功率和失真功率为控制变量，从而使各模块独立工作。而均流靠模块内部输出频率、电压和谐波电压分别随输出的有功功率、无功功率和失真功率呈下垂特性，从而实现同步和均流。但均流效果不够理想，特别是动态过程或带非线性负载时，算法实现较复杂。

另外还有用离网型电压源逆变器为主机，并联并网型电流源逆变器的系统。而这种系统，要求并网型电流源逆变器的总容量必须小于电压型逆变器，否则在负载突然变小时，并网型电流源逆变器产生的电流灌入离网型电压源逆变器，造成损坏。这样造成系统扩展的能力非常有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种离网型的直流转交流系统，以模块化可自由并联扩充，无需各逆变器之间的通信，控制简单可靠，能够适应多种负载变化情况。

为解决上述技术问题，本发明提供一种离网型的直流转交流系统，包括：

一个主机逆变器，其连接于太阳能板与负载之间，用于将所述太阳能板产生的直流输入电压转换为适用于所述负载的交流输出电压；

一个或多个从机逆变器，其输入端与一个或多个太阳能板对应连接，其输出端与所述主机逆变器并联，一起连接到所述负载，用于根据所述主机逆变器的实际输出电压的大小自动调节所述从机逆变器的输出电流，使所述负载获得稳定的工作电压。

可选地，所述主机逆变器包括：

第一直流-直流模块，其输入端与所述太阳能板相连接，其输出端连接有一第一蓄电池，用于根据所述直流输入电压进行最大功率点追踪和对所述第一蓄电池进行充放电管理，将所述直流输出电压稳定以符合所述第一蓄电池输入电压的要求；

第二直流-直流模块，其输入端与所述第一直流-直流模块的输出端相连接，用于将稳定后的所述直流输入电压隔离升高；

直流-交流模块，其输入端与所述第二直流-直流模块的输出端相连接，其输出端与所述负载相连接，用于将隔离升高后的所述直流输入电压转换为适用于所述负载的所述交流输出电压。

可选地，所述直流-交流模块为高频桥。

可选地，所述高频桥为MOS管的全桥或者半桥。

可选地，所述直流-交流模块与所述负载之间设置有第一LC滤波电路。

可选地，所述直流-交流模块的输入端设置有滤波电容。

可选地，各个所述从机逆变器包括：

第三直流-直流模块，其输入端与所述太阳能板对应连接，其输出端分别连接有一第二蓄电池，用于根据所述直流输入电压进行最大功率点追踪和对所述第二蓄电池进行充放电管理，将所述直流输出电压稳定以符合所述第二蓄电池输入电压的要求；

第一逆变模块，其输入端与所述第三直流-直流模块的输出端相连接，用于将稳定后的所述直流输入电压转换为正弦馒头波电流；

第二逆变模块，其输入端与所述第一逆变模块的输出端相连接，其输出端与所述负载相连接，用于将所述正弦馒头波电流转换为完整正弦波电流。

可选地，所述第一逆变模块为交错反激电路。

可选地，所述第二逆变模块为工频桥。

可选地，所述工频桥为使用晶闸管的全桥。

可选地，所述第二逆变模块与所述负载之间设置有第二LC滤波电路。

可选地，所述第二LC滤波电路与所述负载之间设置有EMI/EMC滤波器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明将多个并联连接到负载的逆变器分为一个主机逆变器与一个或多个从机逆变器，其中从机逆变器将主机逆变器中采用的直流-交流模块改为采用只能单向导通的第二逆变模块，避免各逆变器之间出现电流环流，反流入该从机逆变器，对逆变器造成损害。

本发明的系统为模块化，可自由搭配扩充容量，从机逆变器可以为一个或多个从机逆变器的并联。各逆变器只要交流输出端接并联交流电缆一起连接到负载即可，各逆变器之间无需额外通信。

本发明采用创新的逆变器控制方法，实现系统在各种不同负载情况下的输出电流自动调节和稳定工作，整个控制过程简单又可靠。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1为本发明一个实施例的离网型的直流转交流系统的主机逆变器的电路拓扑结构图；

图2为本发明一个实施例的离网型的直流转交流系统的从机逆变器的电路拓扑结构图；

图3为本发明一个实施例的离网型的直流转交流系统的从机逆变器的控制流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

图1为本发明一个实施例的离网型的直流转交流系统的主机逆变器的电路拓扑结构图；图2为本发明一个实施例的离网型的直流转交流系统的从机逆变器的电路拓扑结构图。需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。

请结合图1和图2所示，该离网型的直流转交流系统主要包括一个主机逆变器100(图1)和一个或多个从机逆变器200(图2)。其中，主机逆变器100连接于一块太阳能板101与用电负载102之间，用于在没有市电电网的交流电压的情况下，将太阳能板101产生的直流输入电压转换为适用于负载102的交流输出电压。从机逆变器200的输入端和与其数量相对应的太阳能板101分别对应连接，从机逆变器200的输出端与主机逆变器100并联，一起连接到负载102。各个从机逆变器200用于根据主机逆变器100的实际输出电压的大小自动调节从机逆变器200的输出电流，使负载102获得稳定的工作电压。

如图1所示，该主机逆变器100的内部拓扑主要包括第一直流-直流模块103、第一蓄电池104、第二直流-直流模块105和直流-交流模块106等。其中，第一直流-直流模块103的输入端与太阳能板101相连接，其输出端连接第一蓄电池104，用于根据直流输入电压进行最大功率点追踪(MPPT)和对第一蓄电池104进行充放电管理，将直流输出电压稳定以符合第一蓄电池104输入电压的要求，例如24V。第二直流-直流模块105的输入端与第一直流-直流模块103的输出端相连接，用于将稳定后的直流输入电压隔离升高，例如380V。直流-交流模块106的输入端与第二直流-直流模块105的输出端相连接，其输出端与负载102相连接，用于将隔离升高后的直流输入电压转换为适用于负载102的交流输出电压(正弦交流电压)。该直流-交流模块106可以为高频桥，例如MOS管或IGBT的全桥或者半桥。

还是如图1所示，本实施例中的主机逆变器100还可以包括一些滤波元件，例如直流-交流模块106与负载102之间设置有第一LC滤波电路107，另外直流-交流模块106的输入端也可设置有滤波电容等。

如图2所示，各个从机逆变器200的内部拓扑主要包括第三直流-直流模块201、第二蓄电池202、第一逆变模块203和第二逆变模块204等。其中，各个从机逆变器200的第三直流-直流模块201的输入端分别与一块太阳能板101对应连接，其输出端分别连接第二蓄电池202，用于根据直流输入电压进行最大功率点追踪(MPPT)和对第二蓄电池202进行充放电管理，将直流输出电压稳定以符合第二蓄电池202输入电压的要求，例如24V等。第一逆变模块203可以为交错反激电路，其输入端与第三直流-直流模块201的输出端相连接，用于将稳定后的直流输入电压转换为正弦馒头波电流。第二逆变模块204可以为工频桥，例如使用晶闸管的全桥，其输入端与第一逆变模块203的输出端相连接，其输出端与负载102相连接，用于将正弦馒头波电流转换为完整正弦波电流。该从机逆变器200的全桥输出为工频，采用了晶闸管以后，可以避免电流反流入该从机逆变器200。该全桥也可以采用晶闸管和MOS管的混合，比如上桥臂使用晶闸管，而下桥臂使用MOS管。

类似地，本实施例中的从机逆变器200也可以包括一些滤波元件，例如第二逆变模块204与负载102之间设置有第二LC滤波电路205，另外第二LC滤波电路205与负载102之间还可设置有EMI/EMC滤波器206等。

本发明的从机逆变器的输出电流可以根据主机逆变器的实际输出电压的大小而自动调节。通过检测主机逆变器输出端的电压、频率和相位，将检测到的电压瞬时值和标准的电压瞬时值比较，当结果较小时，从机逆变器输出电流给定变大而输出更大的电流，反之亦然。

图3为本发明一个实施例的离网型的直流转交流系统的从机逆变器的控制流程图。如图3所示，该离网型的直流转交流系统的从机逆变器的控制流程包括：

执行步骤S301，从机逆变器AD采样主机逆变器的输出电压及其自身的输出电流；

执行步骤S302，从机逆变器获取主机逆变器的输出电压的频率和相位，从机逆变器锁相；

执行步骤S303，将获取的主机逆变器的输出电压的瞬时值与锁相后的标准的电压瞬时值进行比较，并根据比较结果确定从机逆变器电流给定值；

执行步骤S304，从机逆变器将输出电流与电流给定值作差；

执行步骤S305，根据电流误差结果，进行比例积分(PI)计算，获得调制波；

执行步骤S306，通过调制波获得对第一逆变模块中的开关管的驱动信号；

执行步骤S307，向开关管输出驱动信号，完成对系统直流至交流转换的控制。

其中，标准的电压瞬时值可以以表格形式存储在主机、从机逆变器中。上述执行流程的要点可简要归纳为：由检测到的电压瞬时值和标准的电压瞬时值的差值确定电流给定值；然后将实际输出电流和该电流给定值作差；根据电流误差，进行比例积分计算，获得调制波；通过调制波获得例如交错反激电路的第一逆变模块中的开关管的驱动信号；然后向开关管输出驱动信号，完成对系统电力转换的控制。

本发明将多个并联连接到负载的逆变器分为一个主机逆变器与一个或多个从机逆变器，其中从机逆变器将主机逆变器中采用的直流-交流模块改为采用只能单向导通的第二逆变模块，避免各逆变器之间出现电流环流，反流入该从机逆变器，对逆变器造成损害。

本发明的系统为模块化，可自由搭配扩充容量，从机逆变器可以为一个或多个从机逆变器的并联。各逆变器只要交流输出端接并联交流电缆一起连接到负载即可，各逆变器之间无需额外通信。

本发明采用创新的逆变器控制方法，实现系统在各种不同负载情况下的输出电流自动调节和稳定工作，整个控制过程简单又可靠。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种离网型的直流转交流系统，包括：

一个主机逆变器(100)，其连接于太阳能板(101)与负载(102)之间，用于将所述太阳能板(101)产生的直流输入电压转换为适用于所述负载(102)的交流输出电压；

一个或多个从机逆变器(200)，其输入端与一个或多个太阳能板(101)对应连接，其输出端与所述主机逆变器(100)并联，一起连接到所述负载(102)，用于根据所述主机逆变器(100)的实际输出电压的大小自动调节所述从机逆变器(200)的输出电流，使所述负载(102)获得稳定的工作电压。

2.根据权利要求1所述的直流转交流系统，其特征在于，所述主机逆变器(100)包括：

第一直流-直流模块(103)，其输入端与所述太阳能板(101)相连接，其输出端连接有一第一蓄电池(104)，用于根据所述直流输入电压进行最大功率点追踪和对所述第一蓄电池(104)进行充放电管理，将所述直流输出电压稳定以符合所述第一蓄电池(104)输入电压的要求；

第二直流-直流模块(105)，其输入端与所述第一直流-直流模块(103)的输出端相连接，用于将稳定后的所述直流输入电压隔离升高；

直流-交流模块(106)，其输入端与所述第二直流-直流模块(105)的输出端相连接，其输出端与所述负载(102)相连接，用于将隔离升高后的所述直流输入电压转换为适用于所述负载(102)的所述交流输出电压。

3.根据权利要求2所述的直流转交流系统，其特征在于，所述直流-交流模块(106)为高频桥。

4.根据权利要求3所述的直流转交流系统，其特征在于，所述高频桥为MOS管或IGBT的全桥或者半桥。

5.根据权利要求4所述的直流转交流系统，其特征在于，所述直流-交流模块(106)与所述负载(102)之间设置有第一LC滤波电路(107)。

6.根据权利要求5所述的直流转交流系统，其特征在于，所述直流-交流模块(106)的输入端设置有滤波电容。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的直流转交流系统，其特征在于，各个所述从机逆变器(200)包括：

第三直流-直流模块(201)，其输入端与所述太阳能板(101)对应连接，其输出端分别连接有一第二蓄电池(202)，用于根据所述直流输入电压进行最大功率点追踪和对所述第二蓄电池(202)进行充放电管理，将所述直流输出电压稳定以符合所述第二蓄电池(202)输入电压的要求；

第一逆变模块(203)，其输入端与所述第三直流-直流模块(201)的输出端相连接，用于将稳定后的所述直流输入电压转换为正弦馒头波电流；

单向导通的第二逆变模块(204)，其输入端与所述第一逆变模块(203)的输出端相连接，其输出端与所述负载(102)相连接，用于将所述正弦馒头波电流转换为完整正弦波电流。

8.根据权利要求7所述的直流转交流系统，其特征在于，所述第一逆变模块(203)为交错反激电路。

9.根据权利要求8所述的直流转交流系统，其特征在于，所述第二逆变模块(204)为工频桥。

10.根据权利要求9所述的直流转交流系统，其特征在于，所述工频桥为使用晶闸管的全桥。

11.根据权利要求10所述的直流转交流系统，其特征在于，所述第二逆变模块(204)与所述负载(102)之间设置有第二LC滤波电路(205)。

12.根据权利要求11所述的直流转交流系统，其特征在于，所述第二LC滤波电路(205)与所述负载(102)之间设置有EMI/EMC滤波器(206)。

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