CN103236716A - 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：多个直流电源；多个逆变器，直流输入端与直流电源对应连接，交流输出端并联后连接到阻性负载；多个逆变器分为一个主机和其余从机，主机包括：直流检测电路；电力转换电路，连接于直流和交流输出端之间；交流检测电路；交流信号发生器，与交流检测电路连接，发现没有交流电的时候产生过零点信号；转换控制电路，与直流检测电路、交流检测电路及交流信号发生器连接，根据有无交流电从直流与交流电力参数，或者从直流电力参数、过零点信号与交流电压-时间正弦波表产生控制电力转换电路的控制信号。本发明适用于纯阻性负载，可由多台逆变器并联形成任意容量，不需要各机间的通信，也不需要蓄电池。

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。现实中需要多台逆变器并联工作以组成更大容量的系统，同时又具有自由满足不同容量需求的自由度。

目前产品通常电压源的逆变器并联，由于输出为正弦交流电，所以相互之间以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如果不一致，频率差异的积累会造成并联系统的输出幅度的周期性变化和波形畸变。

现有技术中有用离网型的电压源的逆变器为主机，并联并网型的电流源的逆变器的系统。然而这种系统，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，可能会导致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。

当负载固定时，比如为固定电阻R，那么对于逆变器输出固定的功率P，输出交流电压为V＝sqrt(P/R)。对于新能源，比如光伏和风能，功率的变化范围是很大的，由此造成电压的大范围变动。这样的话，现有的离网逆变器的设计要求必须有蓄电池，以稳定输出电压。

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，适用于纯阻性负载的情况，可以多台逆变器并联形成任意容量，不需要各机间的通信，也不需要蓄电池。

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：

多个直流电源；

多个逆变器，其直流输入端与多个所述直流电源一一对应连接，其交流输出端全部并联后经过火线和零线连接到阻性负载，用于将多个所述直流电源提供的直流电转换为交流电，向所述阻性负载输出；

其中，多个所述逆变器分为一个主机逆变器和其余的一个或多个从机逆变器，所述主机逆变器包括：

直流检测电路，与所述直流输入端相连接，用于检测直流电力参数；

电力转换电路，连接于所述直流输入端和所述交流输出端之间；

交流检测电路，与所述交流输出端相连接，用于检测交流电力参数；

交流信号发生器，与所述交流检测电路相连接，用于发现所述交流输出端没有交流电的时候产生过零点信号；

转换控制电路，分别与所述直流检测电路、所述电力转换电路、所述交流检测电路以及所述交流信号发生器相连接，用于根据所述交流输出端有无交流电从所述直流电力参数与所述交流电力参数，或者从所述直流电力参数、所述过零点信号与一交流电压-时间正弦波表一起产生控制所述电力转换电路的一控制信号。

可选地，所述从机逆变器与所述主机逆变器采用相同的硬件和软件。

可选地，所述从机逆变器包括：

直流检测电路，与所述直流输入端相连接，用于检测直流电力参数；

电力转换电路，连接于所述直流输入端和所述交流输出端之间；

交流检测电路，与所述交流输出端相连接，用于检测交流电力参数；

转换控制电路，分别与所述直流检测电路、所述电力转换电路以及所述交流检测电路相连接，用于根据所述直流电力参数和所述交流电力参数产生控制所述电力转换电路的一控制信号。

可选地，所述主机逆变器和所述从机逆变器的软件中各加有所述交流信号发生器的控制位。

可选地，所述交流信号发生器的控制位是通过外部通信的方式来设定的。

可选地，若所述控制位为1，所述交流信号发生器启动，当前逆变器就是主机逆变器；若所述控制位为0，所述交流信号发生器关闭，这些逆变器就是从机逆变器。

可选地，在系统启动时最先启动的一个逆变器作为主机逆变器，其余逆变器就作为从机逆变器。

可选地，各所述交流信号发生器的控制位缺省值都为0，对需要设定为主机的逆变器将所述控制位改为1。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提出了一个离网型的逆变器系统，适用于纯组性的负载，直流侧只需要直流电源，如光伏组件，而不需要蓄电池。可以为多台逆变器并联，扩展成任意容量。各逆变器只要交流输出端接并联交流电缆即可，无需通信。该系统可以应用于太阳能光伏热水器等，成本很低，系统简单、可靠、安全。

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模块结构示意图；

图2为本发明一个实施例的离网型的直流转交流系统的主机逆变器内部的简单模块示意图；

图3为本发明一个实施例的离网型的直流转交流系统的主机逆变器的简单控制流程图；

图4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简单拓扑结构示意图；

图5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内部的简单模块示意图。

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1为本发明一个实施例的离网型的直流转交流系统的模块结构示意图。如图1所示，该直流转交流系统主要包括多个直流电源101和多个逆变器，其中多个逆变器分为一个主机逆变器102和其余的一个或多个从机逆变器103。主机逆变器可简称主逆变器或者主机，从机逆变器可简称从逆变器或者从机。主机逆变器102和从机逆变器103的各直流输入端与多个直流电源101一一对应连接，各交流输出端全部并联后经过火线108和零线110连接到阻性负载112，用于将多个直流电源101提供的直流电转换为交流电，向阻性负载112输出。

图2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内部的简单模块示意图。如图2所示，该主机逆变器102除了包括标准逆变器都具有的直流检测电路203、电力转换电路205、转换控制电路207和交流检测电路209之外，还有交流信号发生器211。其中，直流检测电路203与直流输入端相连接，用于检测直流电力参数；交流检测电路209与交流输出端相连接，用于检测交流电力参数。电力转换电路205连接于直流输入端和交流输出端之间。交流信号发生器211与交流检测电路209相连接，用于当交流检测电路209发现交流输出端没有交流电的时候通知其产生过零点信号(方波信号)，提供给转换控制电路207，此为离网启动模式。当交流检测电路209发现交流输出端有交流电的时候，就把交流信号提供给转换控制电路207，此为并网启动模式。而转换控制电路207分别与直流检测电路203、电力转换电路205、交流检测电路209以及交流信号发生器211相连接，用于根据交流输出端有无交流电从直流电力参数与交流电力参数，或者从直流电力参数、过零点信号与一交流电压-时间正弦波表一起产生控制电力转换电路205的一控制信号。

在本发明的一个实施例中，从机逆变器与主机逆变器可以采用相同的硬件和软件，即所有的逆变器都是相同的。于是，在直流转交流系统启动时，最先启动的一个逆变器作为主机逆变器，其余逆变器就作为从机逆变器。举例来说，此刻每一个逆变器都会采用离网启动模式，当某一个逆变器启动产生交流输出后，马上发出通信广播命令，要求其他逆变器转换为并网启动模式。然后，其他的逆变器就会与该交流输出同步，这个最先启动产生交流输出的逆变器就作为主机逆变器，其余的逆变器就是从机逆变器。

图3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简单控制流程图。本实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且选择性地省略了相同技术内容的说明。如图3所示，该主机逆变器102的控制流程可以包括：

执行步骤S301，开机之后交流检测电路209发现没有交流电；

执行步骤S303，交流信号发生器211产生方波信号，作为过零点信号；

执行步骤S305，转换控制电路207从一交流电压-时间正弦波表读取随时间变化的交流电压值V(T)，产生一控制信号；

执行步骤S307，电力转换电路205进行直流-交流转换，主机逆变器102输出正弦交流电；以及

执行步骤S309，输出交流稳定后，随后周期内，交流检测电路209用检测到的输出端交流电压信号，提供给转换控制电路207进行电力转换控制。

图4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简单拓扑结构示意图。如图4所示，该主机逆变器400采用反激电路404进行直流转换，然后采用全桥电路406进行交流逆变。主机逆变器400还包括直流检测电路408(其输出信号用于反激控制电路410)、交流检测电路414(其输出信号用于反激控制电路410和全桥控制电路412)。该主机逆变器400刚启动时，采用交流信号发生器416用于控制；待启动稳定后，则采用交流检测信号进行控制。

在本发明的另一个实施例中，从机逆变器与主机逆变器可以采用不同的硬件或软件，即主机逆变器和从机逆变器属于两种不同型号。图5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内部的简单模块示意图。如图5所示，该结构不同于主机逆变器的从机逆变器500可以包括直流检测电路503、电力转换电路505、转换控制电路507和交流检测电路509。其中，直流检测电路503与直流输入端相连接，用于检测直流电力参数；交流检测电路509与交流输出端相连接，用于检测交流电力参数。电力转换电路505连接于直流输入端和交流输出端之间。转换控制电路507分别与直流检测电路503、电力转换电路505以及交流检测电路509相连接，用于根据直流电力参数和交流电力参数产生控制电力转换电路505的一控制信号。可见，图5所示的从机逆变器500与图2所示的主机逆变器102的最大区别在于没有交流信号发生器。当交流检测电路509发现交流输出端没有交流电时，不进行任何控制，继续进行循环检测。

在本发明中，主机逆变器和从机逆变器的软件中各加有交流信号发生器的控制位。例如控制位为1，交流信号发生器启动，当前逆变器就是主机逆变器；例如控制位为0，交流信号发生器关闭，这些逆变器就是从机逆变器。优选地，交流信号发生器的该控制位是通过外部通信的方式来设定的。在一个实施例中，各交流信号发生器的控制位缺省值都设定为0，也就是缺省为从机，对需要设定为主机的逆变器通过外部通信将该控制位改为1；或者各交流信号发生器的控制位缺省值都设定为1，也就是缺省为主机，对需要设定为从机的逆变器通过外部通信将该控制位改为0。

本发明提出了一个离网型的逆变器系统，适用于纯组性的负载，直流侧只需要直流电源，如光伏组件，而不需要蓄电池。可以为多台逆变器并联，扩展成任意容量。各逆变器只要交流输出端接并联交流电缆即可，无需通信。该系统可以应用于太阳能光伏热水器等，成本很低，系统简单、可靠、安全。

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 (8)

1.一种离网型的直流转交流系统，包括：

多个直流电源(101)；

多个逆变器，其直流输入端与多个所述直流电源(101)一一对应连接，其交流输出端全部并联后经过火线(108)和零线(110)连接到阻性负载(112)，用于将多个所述直流电源(101)提供的直流电转换为交流电，向所述阻性负载(112)输出；

其中，多个所述逆变器分为一个主机逆变器(102)和其余的一个或多个从机逆变器(103)，所述主机逆变器(102)包括：

直流检测电路(203)，与所述直流输入端相连接，用于检测直流电力参数；

电力转换电路(205)，连接于所述直流输入端和所述交流输出端之间；

交流检测电路(209)，与所述交流输出端相连接，用于检测交流电力参数；

交流信号发生器(211)，与所述交流检测电路(209)相连接，用于发现所述交流输出端没有交流电的时候产生过零点信号；

转换控制电路(207)，分别与所述直流检测电路(203)、所述电力转换电路(205)、所述交流检测电路(209)以及所述交流信号发生器(211)相连接，用于根据所述交流输出端有无交流电从所述直流电力参数与所述交流电力参数，或者从所述直流电力参数、所述过零点信号与一交流电压-时间正弦波表一起产生控制所述电力转换电路(205)的一控制信号。

2.根据权利要求1所述的直流转交流系统，其特征在于，所述从机逆变器(103)与所述主机逆变器(102)采用相同的硬件和软件。

3.根据权利要求1所述的直流转交流系统，其特征在于，所述从机逆变器(500)包括：

直流检测电路(503)，与所述直流输入端相连接，用于检测直流电力参数；

电力转换电路(505)，连接于所述直流输入端和所述交流输出端之间；

交流检测电路(509)，与所述交流输出端相连接，用于检测交流电力参数；

转换控制电路(507)，分别与所述直流检测电路(503)、所述电力转换电路(505)以及所述交流检测电路(509)相连接，用于根据所述直流电力参数和所述交流电力参数产生控制所述电力转换电路(505)的一控制信号。

4.根据权利要求2所述的直流转交流系统，其特征在于，所述主机逆变器(102)和所述从机逆变器(103)的软件中各加有所述交流信号发生器(211)的控制位。

5.根据权利要求4所述的直流转交流系统，其特征在于，所述交流信号发生器(211)的控制位是通过外部通信的方式来设定的。

6.根据权利要求4所述的直流转交流系统，其特征在于，若所述控制位为1，所述交流信号发生器(211)启动，当前逆变器就是主机逆变器(102)；若所述控制位为0，所述交流信号发生器(211)关闭，这些逆变器就是从机逆变器(103)。

7.根据权利要求6所述的直流转交流系统，其特征在于，在系统启动时最先启动的一个逆变器作为主机逆变器(102)，其余逆变器就作为从机逆变器(103)。

8.根据权利要求6所述的直流转交流系统，其特征在于，各所述交流信号发生器(211)的控制位缺省值都为0，对需要设定为主机的逆变器将所述控制位改为1。

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