CN103187794B - 混合逆变装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型混合逆变装置，包括一控制单元、一光伏并网逆变单元和一离网逆变单元，其中，该控制单元用于检测一电网的电网状态并在该电网状态异常时启用该光伏并网逆变单元或该离网逆变单元；该光伏并网逆变单元用于将一光伏组件输出的直流电逆变为交流电以将该交流电在电网正常时并入该电网发电；该离网逆变单元用于将一蓄电池组件输出的直流电逆变为交流电以为一负载提供工作电源。该混合逆变装置实现了对光伏组件输出的直流电的直流逆变，同时还能为蓄电池组件充电，在供电电网工作异常时，得以实现对负载的不间断供电。

Description

混合逆变装置
技术领域
本发明涉及一种混合逆变装置，特别是涉及一种利用光伏组件和蓄电池的混合逆变装置。
背景技术
逆变器(inverter)是把直流电能(例如来自电池、光伏电池、蓄电瓶的电能)转变成交流电(一般为220VAC/110VAC、50Hz/60Hz正弦或方波)，通俗的讲，逆变器是一种将直流电(DC)转化为交流电(AC)的装置。由于电力资源的紧缺，可再生能源及动力电池的梯次利用将是提高能源综合利用率的重要环节。按照国家的有关规定，动力蓄电池的实际容量衰退至其标称容量的80％后，应该进行淘汰。除了太阳能本身以外，当电动汽车大规模应用后，已淘汰的动力蓄电池仍然是一笔巨大的财富，可以在电网储能应用方面发挥重要作用。
光伏组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间工作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机等小型设备提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电，大型的光伏系统可建成光伏电站。然而光伏发电逆变装置一般采用并网式直接向电网输电和离网式直接给负载供电两种，由于太阳能本身的时效性及储能容量的有限性等特点，其提高太阳能的稳定性、持续性及利用率一直是困扰人们的问题。
为了缓解电网的供电压力、并通过蓄电池对电能加以利用、减少能源的浪费、充分利用一切能源以及弥补太阳能发电的稳定性和持续性等问题，需要一种新的能实现多种发电、用电通路之间切换的逆变装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的逆变器逆变通路功能较为单一、无法实现多种发电方式的电路、多种用电通路之间切换、不利于电能资源的最大利用的缺陷，提供一种能实现多种发电、用电通路之间切换的混合逆变装置。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种混合逆变装置，其特点在于，其包括一控制单元、一光伏并网逆变单元和一离网逆变单元，其中，
该控制单元用于检测一电网的电网状态并在该电网状态异常(例如电网断电、电网电压或者频率波动比较大)时启用该光伏并网逆变单元和/或该离网逆变单元；
该光伏并网逆变单元用于将一光伏组件输出的直流电逆变为交流电以将该交流电并入该电网发电；
该离网逆变单元用于将一蓄电池组件输出的直流电逆变为交流电以为一负载提供工作电源，以及用于将该光伏组件输出的直流电逆变为交流电以为该负载提供工作电源，例如在本发明的一个实施例中，该光伏并网逆变单元将该光伏组件输出的直流电直流转换后送入该离网逆变单元，后经该离网逆变单元将该直流电逆变为交流电后利用该交流电为该负载供电，当然，具体的实现方式并不局限于此。
特别地，该混合逆变装置除了将该光伏组件输出的直流电和该蓄电池组件输出的直流电逆变为交流电之外，还包括利用电网的正常使用功能，例如该混合逆变装置还用于将该电网输出的交流电转换为直流电以为该负载供电。上述交流转直流为该负载供电的具体实现方式可以为：例如，该离网逆变单元与该电网的连接端具有一电磁干扰滤除单元以滤除外界电网的高频脉冲对该混合逆变装置的干扰，同时也起到减少该混合逆变装置本身对外界的电磁干扰，在滤除了电磁干扰之后，来自该电网的交流电经过一整流电路转换为直流电以供给该蓄电池组件充电。该混合逆变装置的直流逆变至交流的通路和交流转直流的通路之间可以通过一切换装置(例如一继电器)实现。
优选地，该光伏并网逆变单元还用于将该光伏组件输出的直流电逆变为交流电以为该负载提供工作电源。
优选地，该光伏并网逆变单元还用于直流转换该光伏组件输出的直流电以为该蓄电池组件充电。
优选地，该光伏并网逆变单元包括一DC/DC(直流转直流)电路，用于实时侦测该光伏组件的发电电压并追踪最高电压电流值以及将该光伏组件的输出电压升压至该离网逆变单元的一稳定工作电压，例如，该稳定工作电压为该离网逆变单元的一最佳工作状态的工作电压。之所以实时侦测该光伏组件的发电电压并追踪最高电压电流值可以使得该光伏组件始终以最高效率为该蓄电池组件充电。
优选地，该离网逆变单元还包括一充电电路，该光伏并网逆变单元还用于将该光伏组件输出的直流电直流转换后送入该充电电路以为该蓄电池组件充电。
优选地，该控制单元还用于检测该蓄电池组件的电池信息，并且当该蓄电池组件的电量低于一电量阈值、且该电网状态正常时启用该离网逆变单元为该蓄电池组件充电；
该离网逆变单元还包括一整流电路，用于将该电网输出的交流电转换为直流电并将经转换的该直流电送入该充电电路以为该蓄电池组件充电。即除了利用该光伏组件为该蓄电池充电之外，或者当该光伏组件的发电状态不尽如人意时，该混合逆变装置还能切换至采用该电网为该蓄电池充电的通路。
优选地，该离网逆变单元还包括一逆变电路和一与该逆变电路相连的滤波电路，其中，
该逆变电路用于将该蓄电池组件输出的直流电逆变为交流电；
该滤波电路用于调整该交流电的输出波形和滤除高次谐波。
优选地，该逆变电路为全桥逆变电路或半桥逆变电路。
优选地，该离网逆变单元还包括一升压电路，该升压电路用于将该蓄电池组件输出的电压升压至该离网逆变单元的一稳定工作电压。
优选地，该控制单元还用于检测该光伏组件的发电状态。
优选地，该混合逆变装置还包括一隔离电路，用于实现该电网供电与该光伏组件并入该电网发电之间的隔离。
其中，该控制单元又可分为针对该光伏组件的光伏组件控制单元和针对该蓄电池组件的蓄电池组件控制单元，其中，该光伏组件控制单元用于检测该光伏组件的发电状态和电网状态；该蓄电池组件控制单元用于检测该蓄电池组件的电池信息，并且，在电网异常时，该蓄电池组件控制单元用于启动DC/DC电路以在该光伏组件发电不足以将电压升到该稳定工作电压时，直接通过蓄电池输出的直流电升压，并通过该离网逆变单元对负载供电。
优选地，该混合逆变装置还包括一柜体，所述的控制单元、光伏并网逆变单元和离网逆变单元安装固定在柜体内进行电连接。
本发明的积极进步效果在于：本发明的混合逆变装置将来自光伏组件和二次电池的直流电转换为交流电以为负载提供工作电源，充分利用了太阳能和二次电池的储能，并且提供了DC/AC和DC/DC的多种通路，在公共电网有电的情况下可以向公供电网并网发电，利用公共电网的资源进行储能；在公共电网失电的情况下直接给负载供电，保证正常用电，使电能得到最大的利用创造最大的经济效益。由此，该混合逆变装置从多方面保证了用户的用电，并且保证了太阳能等清洁能源的最大利用，不会造成额外的污染。
附图说明
图1为本发明的混合逆变装置的结构框图。
图2为本发明实施例1的混合逆变装置的电路图。
图3为本发明实施例2的混合逆变装置的电路图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
参考图1，介绍本发明的混合逆变装置，包括一控制单元1、一光伏并网逆变单元2和一离网逆变单元3，其中，
该控制单元1用于检测一电网5的电网状态并在该电网状态异常时启用该光伏并网逆变单元2和/或该离网逆变单元3；
该光伏并网逆变单元2用于将一光伏组件4输出的直流电逆变为交流电以将该交流电并入该电网5发电；
该离网逆变单元3用于将一蓄电池组件6输出的直流电逆变为交流电以为一负载7提供工作电源。
特别地，该光伏并网逆变单元2还用于将该光伏组件4输出的直流电送入该离网逆变单元3以将直流电逆变为交流电以为该负载7提供工作电源。
除此以外，该光伏并网逆变单元2还用于直流转换该光伏组件4输出的直流电以为该蓄电池组件6充电。具体来说，该光伏并网逆变单元2包括一DC/DC电路，用于实时侦测该光伏组件的发电电压并追踪最高电压电流值以及将该光伏组件的输出电压升压至该离网逆变单元的一稳定工作电压。更具体地，该离网逆变单元3还包括一充电电路，该光伏并网逆变单元2还用于将该光伏组件输出的直流电直流转换后送入该充电电路以为该蓄电池组件6充电。由于上述DC/DC电路的调节使得该光伏并网逆变单元2能够以最高效率为该蓄电池组件6充电。
另外，除了上述的采用该光伏组件4为该蓄电池组件6充电以外，还可采用该电网5为该蓄电池组件6充电，即该控制单元1还用于检测该蓄电池组件6的电池信息，并且当该蓄电池组件6的电量低于一电量阈值、且该电网5状态正常时启用该离网逆变单元3为蓄电池组件6充电；
该离网逆变单元3还包括一整流电路，用于将该电网5输出的交流电转换为直流电并将经转换的该直流电送入该充电电路以为该蓄电池组件6充电。
当然，该混合逆变装置除了将交流电逆变为直流电以外，也可为该负载提供工作电源，即该离网逆变单元3还包括一逆变电路和一与该逆变电路相连的滤波电路，其中，
该逆变电路用于将该蓄电池组件6输出的直流电逆变为交流电；
该滤波电路用于调整该交流电的输出波形和滤除高次谐波。
较为常用的，该逆变电路为全桥逆变电路或半桥逆变电路。
为了使该离网逆变单元3在最佳工作状态，该离网逆变单元3还包括一升压电路，该升压电路用于将该蓄电池组件6输出的电压升压至该离网逆变单元的一稳定工作电压。
另外，该控制单元1还用于检测该光伏组件4的发电状态。
为了保证该混合逆变装置中各条DC/DC、DC/AC和AC/DC通路的工作的稳定性和互不干扰，该混合逆变装置还包括一隔离电路，用于实现该电网供电与该光伏组件并入该电网发电之间的隔离。该混合逆变装置还包括一柜体(图中未示)，所述的控制单元、光伏并网逆变单元和离网逆变单元安装固定在柜体内进行电连接。
下面以两个实施例为例，介绍本发明的混合逆变装置的具体实现。
实施例1
参考图2，在本实施例中，该混合逆变装置20分别与光伏电池板的直流汇流箱101、蓄电池组102、负载103、出网电表104和进网电表105相连，该出网电表104和该进网电表105与公共电网相连。
在该混合逆变装置20中，包括光伏并网逆变控制单元201、光伏并网逆变单元203、离网逆变控制单元202和离网逆变单元204，其中，该光伏并网逆变控制单元201负责检测光伏组件发电状态、检测电网状态，实现MPPT最大功率点跟踪算法，并网逆变算法，以及控制一切换装置(例如一开关)KM1等相关控制功能；该离网逆变控制单元202用于自动检测电网状态，判断是否需要切换KM0，同时根据从电池管理单元(电池管理单元内置于蓄电池组中以提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态)获得的电池信息来判断该蓄电池组是充电还是放电，控制蓄电池充电模块，在电网异常时，启动DC/DC升压电路(在光伏组件发电不足以将PVBUS电压升到350VDC左右时，直接通过蓄电池升压)，通过离网逆变模块对负载供电，上述功能将会在后文中结合其他部件一并说明。
针对该光伏并网逆变单元203而言，当该光伏电池板发电良好时，光伏电池板输出的直流电经过汇流箱的汇流之后输入至该光伏并网逆变单元203的DC/DC电路2031，该DC/DC电路2031包括最大功率点跟踪电路，用于直流转换输入的直流电使其与后级的DC/AC电路2032的输入端相匹配，直流转换后的直流电通过PVBUS(光伏直流母线)被送入该DC/AC电路2032以逆变为交流电，该交流电经过该出网电表104被并入电网发电，具体的发电量由该出网电表104记录。在这里之所以采用PVBUS是因为光伏直流母线电压相对稳定的程度，将直接影响该光伏并网逆变单元203和该离网逆变单元204的电流/电压输出性能。上述的并网发电通路不仅可以在该电网状态异常(例如电压不稳)的情况下启用，也可在用电高峰(例如用电量较大、电网的发电量无法满足需要)时启用。
继续参考图2，该混合逆变装置20还使得该直流汇流箱101输入的直流电得以为该蓄电池组102充电，具体实现如下：当该离网逆变控制单元202检测到该蓄电池组102的电量低于一阈值、且该光伏并网逆变控制单元201检测到该光伏电池板发电良好时，闭合切换装置KM1，使得经该DC/DC电路2031(该DC/DC电路2031还用于在直流转换的同时将电压升压至该离网逆变单元204的最佳工作状态时的电压，例如本实施例中升压至350V)直流转换的直流电得以通过BCBUS(电池充电直流母线)进入该蓄电池充电模块2044以为该蓄电池组102充电。除了采用上述方式之外，还可采用传统方式为该蓄电池组102充电，即采用电网输出为该蓄电池组102充电，具体来说，公共电网输出的交流电经该进网电表105统计后被送入一EMI(电磁干扰滤除)电路2045后经整流桥2046整流转换成直流电，该直流电通过BCBUS(电池充电直流母线)被送入该蓄电池充电模块2044以为该蓄电池组102充电。
接下来，针对该离网逆变单元204而言，为了使该蓄电池组102得到充分利用，通过一DC/DC升压电路2041直流转换该蓄电池组102输出的直流电，并将该直流电电压升压至350V以使该离网逆变单元204在最佳状态下工作，接着该直流电经过IVBUS离网逆变直流母线被送入一DC/AC电路2042以逆变为交流电，该交流电经过一LC滤波电路2043后为该负载103提供工作电源，具体的逆变电路可以采用电路拓扑为H4桥或H6桥方式。当然，在该电网状态正常时，亦可采用该电网直接为该负载103提供工作电源。本实施例中，通过该离网逆变控制单元202对电网状态和该蓄电池组的电池信息的检测来选择采用何种供电方式，具体供电方式的切换采用交流旁路继电器KM0来实现。
下面结合该光伏并网逆变单元203和该离网逆变单元204，该光伏电池板利用太阳能产生的电能除了并网发电、为蓄电池组102充电之外，还能在切换装置KM1闭合的情况下为该负载103提供工作电源，例如当检测到电网状态异常、蓄电池组102电量较低时，该光伏并网逆变控制单元201控制切换装置KM1闭合，使得该DC/DC电路2031输出的直流电通过INVBUS被送入该DC/AC电路2042以逆变为交流电，经滤波后为该负载103提供工作电源。图2中与该切换装置KM1相连的为隔离单元D1，用于实现公用电网输电与光伏发电的隔离，本实施例中采用两个串联的二极管作为该隔离单元。
实施例2
实施例2的原理与实施例1相同，其主要部分也相同，不同之处仅在于：参考图3，隔离单元D1’并非实施例1中相互串联的二极管，而是相互并联的二极管，当然，由于连接关系的改变需要适应性地调整其他周边器件、电路输入、输出的参数，而这些适应性调整都是本领域技术人员清楚知晓的。
其余未提及部分均与实施例1相同。
本发明的混合逆变装置具备光伏组件并、离网发电的切换功能。在电网供电正常的情况下，该混合逆变装置通过闭合一切换装置KM0，通过电网对负载的直接供电。当电网供电不正常时(电网断电、电网电压或者频率波动比较大)，该混合逆变装置可以切换至通过逆变蓄电池组件的直流输出对负载供电。另外，在日照强度合适的情况下，光伏组件发电功能正常时，该装置可以对电网并网输电，向电网卖电以获取效益；在电网供电异常的时候，可以通过闭合切换装置KM1，经过一离网逆变单元将直流电逆变为交流电对负载供电，同时还能对蓄电池组件充电。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种混合逆变装置，其特征在于，其包括一控制单元、一光伏并网逆变单元和一离网逆变单元，其中，
该控制单元用于检测一电网的电网状态并在该电网状态异常时启用该光伏并网逆变单元和该离网逆变单元；
该光伏并网逆变单元用于将一光伏组件输出的直流电逆变为交流电以将该交流电并入该电网发电；
该离网逆变单元用于将一蓄电池组件输出的直流电逆变为交流电以为负载提供工作电源，以及用于将该光伏组件输出的直流电逆变为交流电以为该负载提供工作电源；
该光伏并网逆变单元还用于将该光伏组件输出的直流电进行直流变换经离网逆变单元转化为交流电以为该负载提供工作电源；
该光伏并网逆变单元还用于直流转换该光伏组件输出的直流电以为该蓄电池组件充电。
2.如权利要求1所述的混合逆变装置，其特征在于，该光伏并网逆变单元包括一DC/DC电路，用于实时侦测该光伏组件的发电电压并追踪最高电压值，并将该光伏组件的输出电压升压至该离网逆变单元的一稳定工作电压。
3.如权利要求2所述的混合逆变装置，其特征在于，该离网逆变单元还包括一充电电路，该光伏并网逆变单元还用于将该光伏组件输出的直流电直流转换后送入该充电电路以为该蓄电池组件充电。
4.如权利要求3所述的混合逆变装置，其特征在于，该控制单元还用于检测该蓄电池组件的电池信息，并且当该蓄电池组件的电量低于一电量阈值、且该电网状态正常时启用该离网逆变单元为该蓄电池组件充电；
该离网逆变单元还包括一整流电路，用于将该电网输出的交流电转换为直流电并将经转换的直流电送入该充电电路以为该蓄电池组件充电。
5.如权利要求1所述的混合逆变装置，其特征在于，该离网逆变单元还包括一逆变电路和一与该逆变电路相连的滤波电路，其中，
该逆变电路用于将该蓄电池组件输出的直流电逆变为交流电；
该滤波电路用于调整该逆变电路逆变得到的交流电的输出波形和滤除高次谐波。
6.如权利要求5所述的混合逆变装置，其特征在于，该逆变电路为全桥逆变电路或半桥逆变电路。
7.如权利要求5所述的混合逆变装置，其特征在于，该离网逆变单元还包括一升压电路，该升压电路用于将该蓄电池组件输出的电压升压至该离网逆变单元的一稳定工作电压。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的混合逆变装置，其特征在于，该控制单元还用于检测该光伏组件的发电状态。
9.如权利要求1-7中任意一项所述的混合逆变装置，其特征在于，该混合逆变装置还包括一隔离电路，用于实现该电网供电与该光伏组件并入该电网发电之间的隔离。
10.如权利要求1-7中任意一项所述的混合逆变装置，其特征在于，该混合逆变装置还包括一柜体，所述的控制单元、光伏并网逆变单元和离网逆变单元安装固定在柜体内进行电连接。
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