CN102969919A - 直流到交流的电力转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直流到交流的电力转换装置，包括：多个直流-直流转换模块，其输入端分别与多个独立的直流电源对应连接，其输出端依次串联，形成高压直流母线；多个直流-直流转换模块分别将多个直流电源提供的直流电压升压，直流-直流转换模块内有变压器隔离直流电源与高压直流母线；解耦电容，连接于高压直流母线与地线之间，解耦电容为非电解电容；直流-交流转换模块，其输入端与高压直流母线相连接，其输出端输出所需的交流电。本发明大幅减小解耦电容的电容值，可以不采用电解电容，同时能够降低直流-直流转换模块的升压比例，提高整个装置的直流到交流的电力转换效率。

Description

直流到交流的电力转换装置

技术领域

本发明涉及直流到交流的电力转换技术领域，具体来说，本发明涉及一种直流到交流的电力转换装置。

背景技术

很多可再生能源产生直流电，如太阳能光伏和化学电池。直流电通过逆变器转换为固定频率的正弦交流电，传输给电网，或者离网的使用。

太阳能光伏发电系统的逆变器最近趋向于采用分布式的微型逆变器(微逆变器)。微型逆变器对每个直流光伏组件提供最大功率点控制，从而使每个直流光伏组件产生最大的能量，提高整个太阳能光伏发电系统的性能。另外，微型逆变器还能产生交流低压输出，而不是中心式逆变器系统的高直流电压输出，提高了系统的安全性和工作效率。

单相逆变器的一个基本特性是电源和负载间的能量传输包括平均能量和双倍频率的纹波。逆变器希望从直流电源获取没有纹波的直流电，然后将平均能量和纹波能量传给输出负载，这样就要求逆变器里有能量存储单元来处理纹波能量。逆变器产生和交流电网能量同相的输出功率，所以输出能量在零和峰值输出功率间震荡。在逆变器的输出功率为零时，光伏组件的电流不流过逆变器，所以给存储电容充电。在逆变器的输出功率为峰值时，存储电容放电补充光伏组件的功率，使峰值达到平均值的两倍。所以存储电容的充放电形成了光伏组件提供的直流电之上附加的交流成分，叫做纹波功率。为管理双倍频率的纹波功率，能量需要被在两倍的频率存储和释放。为避免能量交换造成大的电压纹波，需要使用大的电容。通常逆变器采用在直流主线的大容量电解电容作为被动滤波器，但电解电容有多种失效模式，特别是纹波电流造成电容内部自热，减少寿命。现有技术是将逆变器的直流电源(太阳能板)的电压通过直流-直流转换模块升压到高压(400～600V)，并将解耦电容接在该高压直流母线与地线之间，如图1所示。由于电压高，同时因为和直流电源是隔离的，可以允许大的纹波电压，所以该解耦电容可以采用小的电容值，从而免除使用电解电容。但是，由于常用的直流电源(如太阳能板)的电压低，通常＜50V，从该电压升压到需要的高压，升压比例很高，造成直流-直流转换模块转换效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种直流到交流的电力转换装置，能够降低直流-直流转换模块的升压比例，提高整个装置的直流到交流的电力转换效率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种直流到交流的电力转换装置，包括：

多个直流-直流转换模块，其输入端分别与多个独立的直流电源对应连接，其输出端依次串联，形成高压直流母线；多个所述直流-直流转换模块分别将多个所述直流电源提供的直流电压升压，所述直流-直流转换模块内有变压器隔离所述直流电源与所述高压直流母线；

解耦电容，连接于所述高压直流母线与地线之间，所述解耦电容为非电解电容；

直流-交流转换模块，其输入端与所述高压直流母线相连接，其输出端输出所需的交流电。

可选地，所述解耦电容为薄膜电容或者陶瓷电容。

可选地，所述电力转换装置为逆变器，所述直流电源为太阳能板；所述直流-直流转换模块以2个或4个为一组，独立连接于2个或4个以阵列形式排列的太阳能板，所述逆变器处于所述太阳能板的阵列中间。

可选地，所述直流-直流转换模块是隔离升压电路，其为正激电路、反激电路、推挽电路或者桥式电路。

可选地，所述直流-直流转换模块包括直流检测模块、直流升压模块和最大功率点跟踪模块。

可选地，所述直流-交流转换模块为一级或者两级逆变电路。

可选地，所述直流-交流转换模块为高频全桥电路。

可选地，所述直流-交流转换模块为BUCK电路加上工频全桥电路。

可选地，所述直流-交流转换模块输出的交流电连接到市电电网。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的电力转换装置可实现微型逆变器的功能：每个直流电源的输出直接与装置的输入连接，其输出为交流市电，而多个电力转换装置的输出可以并联连接市电电网。

本发明将多个直流-直流转换模块纳入一套电力装换装置中，其每个直流-直流转换模块具有独立的直流检测、直流升压、最大功率点跟踪等功能。整个电力转换装置系统中没有用来串联直流电源的高压直流电缆，而是采用多直流电源输入、直流-直流转换后串联的方式，大幅减小需要的解耦电容的电容值，因此不必采用电解电容(可使用非电解电容作为解耦电容)。同时还能够降低直流-直流转换模块的升压比例，提高整个装置的直流到交流的电力转换效率。

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为现有技术的一种逆变器的内部模块结构图；

图2为本发明一个实施例的直流到交流的电力转换装置的内部模块结构图；

图3为本发明一个实施例的电力转换装置的直流-直流转换模块的内部模块结构图；

图4为本发明一个实施例的直流到交流的电力装换装置在太阳能板阵列中的安装位置示意图。

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2为本发明一个实施例的直流到交流的电力转换装置的内部模块结构图。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。如图2所示，该直流到交流的电力转换装置200可以为逆变器(以下全部以逆变器为例进行说明)，该逆变器200主要包括：多个直流-直流转换模块201、解耦电容213、直流-交流转换模块211。其中，多个直流-直流转换模块201的输入端分别与多个独立的直流电源301对应连接(该直流电源301可以为太阳能板，以下全部以太阳能板为例进行说明)，其输出端依次串联，形成高压直流母线212。多个直流-直流转换模块201分别将多个太阳能板301提供的直流电压升压。直流-直流转换模块201内有变压器202隔离太阳能板301(输入)和高压直流母线212(输出)。解耦电容213连接于高压直流母线212与地线之间，解耦电容213为非电解电容，电压高、容值小，通常为薄膜电容或者陶瓷电容。直流-交流转换模块211的输入端与高压直流母线212相连接，其输出端输出所需的交流电连接到市电电网(未示出)。

在本实施例中，该直流-直流转换模块201可以包括直流检测模块2011、直流升压模块2012和最大功率点跟踪模块2013，如图3所示，以分别实现直流检测、直流升压和最大功率点跟踪(MPPT)等功能。该直流-直流转换模块201属于隔离升压电路，具体可以为正激电路、反激电路、推挽电路或者桥式电路等。

在本实施例中，该直流-交流转换模块211则可以为一级或者两级逆变电路。当直流-交流转换模块211采用一级逆变电路时可以为高频全桥电路，而当直流-交流转换模块211采用二级逆变电路时可以为BUCK电路(降压式变换电路)加上工频全桥电路。

图4为本发明一个实施例的直流到交流的电力装换装置在太阳能板阵列中的安装位置示意图。如图4所示，若太阳能板301以2个或4个为一组(图4中以4个为一组作为示例，形成两个2×2的阵列)排列布置的话，则与此对应的各逆变器200中的直流-直流转换模块201也以2个或4个为一组，独立连接于2个或4个相邻的以阵列形式排列的太阳能板301，而整个逆变器200处于太阳能板301的阵列中间。

本发明的电力转换装置可实现微型逆变器的功能：每个直流电源的输出直接与装置的输入连接，其输出为交流市电，而多个电力转换装置的输出可以并联连接市电电网。

本发明将多个直流-直流转换模块纳入一套电力装换装置中，其每个直流-直流转换模块具有独立的直流检测、直流升压、最大功率点跟踪等功能。整个电力转换装置系统中没有用来串联直流电源的高压直流电缆，而是采用多直流电源输入、直流-直流转换后串联的方式，大幅减小需要的解耦电容的电容值，因此不必采用电解电容(可使用非电解电容作为解耦电容)。同时还能够降低直流-直流转换模块的升压比例，提高整个装置的直流到交流的电力转换效率。

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 (9)

1.一种直流到交流的电力转换装置(200)，包括：

多个直流-直流转换模块(201)，其输入端分别与多个独立的直流电源(301)对应连接，其输出端依次串联，形成高压直流母线(212)；多个所述直流-直流转换模块(201)分别将多个所述直流电源(301)提供的直流电压升压，所述直流-直流转换模块(201)内有变压器(202)隔离所述直流电源(301)与所述高压直流母线(212)；

解耦电容(213)，连接于所述高压直流母线(212)与地线之间，所述解耦电容(213)为非电解电容；

直流-交流转换模块(211)，其输入端与所述高压直流母线(212)相连接，其输出端输出所需的交流电。

2.根据权利要求1所述的电力转换装置(200)，其特征在于，所述解耦电容(213)为薄膜电容或者陶瓷电容。

3.根据权利要求1所述的电力转换装置(200)，其特征在于，所述电力转换装置(200)为逆变器，所述直流电源(301)为太阳能板；所述直流-直流转换模块(201)以2个或4个为一组，独立连接于2个或4个以阵列形式排列的太阳能板，所述逆变器处于所述太阳能板的阵列中间。

4.根据权利要求3所述的电力转换装置(200)，其特征在于，所述直流-直流转换模块(201)是隔离升压电路，其为正激电路、反激电路、推挽电路或者桥式电路。

5.根据权利要求4所述的电力转换装置(200)，其特征在于，所述直流-直流转换模块(201)包括直流检测模块(2011)、直流升压模块(2012)和最大功率点跟踪模块(2013)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电力转换装置(200)，其特征在于，所述直流-交流转换模块(211)为一级或者两级逆变电路。

7.根据权利要求6所述的电力转换装置(200)，其特征在于，所述直流-交流转换模块(211)为高频全桥电路。

8.根据权利要求6所述的电力转换装置(200)，其特征在于，所述直流-交流转换模块(211)为BUCK电路加上工频全桥电路。

9.根据权利要求1所述的电力转换装置(200)，其特征在于，所述直流-交流转换模块(211)输出的交流电连接到市电电网。

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