CN103441689B - 一种模块化光伏并网逆变器结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化光伏并网逆变器结构，包括一个以上的单元柜，单元柜包括模块化的逆变模块、电气板、滤波系统、柜体散热风机以及柜体机构；逆变模块安装于柜体机构的上部，电气板固定于柜体机构中并呈竖直状安装于柜体机构的中下部，电气板上设置有标准配置电气区和选配电路电气区，标准配置电气区为强电区且包括直流输入模块和交流输出模块，选配电路电气区可根据需求选配系统控制模块和/或交流总输出模块，滤波系统中的直流滤波模块安装于电气板的背面侧，滤波系统中的电抗器模块并排布置安装于电气板的后部空间。本发明具有易维护、易维修、体积小、模块化、通用性强、规模化成本低等优点。

Description

一种模块化光伏并网逆变器结构

技术领域

本发明主要涉及到光伏逆变器领域，特指一种模块化的光伏并网逆变器结构。

背景技术

随着可再生能源政策激励和能源市场的大规模发展，光伏发电在可再生能源的利用中占有越来越大的比例，已经取得了长足的市场化、商业化发展，但成本压力一直居高不下、可靠性有待进一步提升，追求成本低廉、稳定可靠、可与常规能源相竞争一直为行业各界所追求的方向和目标。

太阳能和风能并网发电技术作为可再生能源技术发展的重要组成部分，近年来发展迅速，应用较为广泛。在太阳能光伏并网发电中，光伏逆变器负责将来自光伏电池组件的直流电转换成交流电并网发电，为光伏发电系统/电站的核心装置。

由于光伏电站所处的环境相对恶劣，光伏电站工作人员维护成本较高，这就要求要用尽量少的人力成本对光伏逆变器进行维护；从发电量的角度考虑，希望光伏逆变器在出现故障时能够方便快速的对损坏器件进行更换；从对安装空间需求的角度考虑，希望逆变器柜的整体尺寸尽量小，所占用的空间越小越好。目前，市场上光伏逆变器种类繁多，较大功率等级范围从50kW到1MW均有，各个功率等级柜体结构之间模块化、通用化设计运用几乎没有，产品众多，设计、生产对技术人员或制造生产人员、运用维护人员都存在较大压力。此外，随着光伏产业发展，市场竞争激烈，对光伏逆变器成本压力不断增长，而光伏逆变器功率等级较小的往往成本较高。

目前，不同功率等级的光伏并网逆变器之间通用性较差，各个不同功率等级的光伏并网逆变器的器件/模块配置以及柜体的通用性、模块化程度不高，每一种柜体均需独立设计。现有光伏逆变器结构设计通常有两个方向：一是按照功能结构配置直流输入单元柜、逆变模块单元柜、交流输出单元柜等进行单元模块化设计；另一种是将各个单元紧凑化布置，以取得实现较小的体积较高的功率密度。上述两个方向每个方向既有自身优点，但同时均存在下述缺点：单元模块结构通用性差，不利于一个公司一个较宽范围内各种功率等级光伏逆变器的通用性与规模化；需对每种功率等级的光伏并网逆变器进行重新优化设计和生产制造，逆变器装置的单元结构与通用性不好，导致设备种类较多，不利于批量化生产；逆变器装置的可扩展性差。

作为光伏发电系统的核心装置光伏并网逆变器，还存在散热、维护、低成本制造等诸多问题：1）、光伏并网逆变器的冷却方式达不到理想效果；2）、逆变器装置的单元结构标准化与通用性不好，导致设备种类较多，不利于批量化生产；3）逆变器装置的可扩展性差；4）逆变器装置的安装、维护不方便；5）光伏并网逆变器的控制电路部分与发热器件混放在一起，电磁干扰等问题难以解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种易维护、易维修、体积小、模块化、通用性强、规模化成本低的大功率光伏逆变器。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种模块化光伏并网逆变器结构，包括一个以上的单元柜，所述单元柜包括模块化的逆变模块、电气板、滤波系统、柜体散热风机以及柜体机构；所述逆变模块安装于柜体机构的上部，所述电气板固定于柜体机构中并呈竖直状安装于柜体机构的中下部，所述电气板上设置有标准配置电气区和选配电路电气区，所述标准配置电气区为强电区且包括直流输入模块和交流输出模块，所述选配电路电气区可根据需求选配系统控制模块和/或交流总输出模块，所述滤波系统中的直流滤波模块安装于电气板的背面侧，所述滤波系统中的电抗器模块并排布置安装于电气板的后部空间。

作为本发明的进一步改进：

多个所述单元柜之间通过母排或线缆连接。

所述标准型的模块化的逆变模块包括电容阵列、复合母排、开关管模块、散热模块和驱动控制模块，并配置有整体模块安装或拆卸的滑动导轨。

所述滤波系统包括直流滤波模块、电抗器模块和交流滤波模块，所述电抗器模块安装于电气板的后部空间，并排布置安装且通过电气板隔离，所述交流滤波模块安装于上方模块化的逆变模块背部。

所述交流总输出模块包括交流总输出滤波模块、交流开关模块、熔断器模块，所述交流总输出滤波模块安装于电气板的背面。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明采用通用型标准化柜体机构，通过优化柜体结构布局，合理配置电气板的标准配置电气区和选配电路电气区，解决了装置的维护性、扩展性、通用性以及器件混布引起的电磁干扰问题，并且能使得柜体温度能够得到降低，该柜体结构可从柜体各个侧面和顶部5个方向进行元器件、部件的安装与维护，同时可通过采用该柜体结构进行系列化并柜形成系列化光伏逆变器，减少了光伏逆变器设计生产规格种类，可实现规模化低成本生产效益。

2、本发明采用标准型模块化逆变模块、模块化电气板、滤波系统、冷却散热系统；模块化电气板上的元器件按照其功能不同将其模块化，标准配置直流输入模块、直流滤波模块、交流滤波模块、交流输出模块，选配控制板模块、总输出模块等。本发明实现了光伏逆变器的功能模块与元器件的层次安装，结构较紧凑、功能完整模块化，解决了光伏并网逆变器装置的维护性、扩展性、通用性以及器件混布引起的电磁干扰问题，并且能使得柜体温度能够得到降低，同时可通过采用该结构进行系列化并柜形成系列化光伏逆变器，可实现规模化低成本生产效益。

附图说明

图1是本发明具体应用时形成第一单元柜的基础结构原理示意图。

图2是本发明具体应用时形成第二单元柜的基础结构原理示意图。

图3是本发明具体应用时形成第三单元柜的基础结构原理示意图。

图4是本发明具体应用时形成第四单元柜的基础结构的主视示意图。

图5是本发明具体应用时形成第四单元柜的基础结构的左视示意图。

图6是本发明具体应用时形成第四单元柜的基础结构的右视示意图。

图7是本发明具体应用时构成光伏并网逆变器实施例1的示意图。

图8是本发明具体应用时构成光伏并网逆变器实施例2的示意图。

图9是本发明具体应用时构成光伏并网逆变器实施例3的示意图。

图10是本发明具体应用时构成光伏并网逆变器实施例4的示意图。

图例说明：

1、逆变模块；2、电气板；21、标准配置电气区；22、选配电路电气区；211、直流输入模块；212、交流输出模块；3、滤波系统；31、直流滤波模块；32、电抗器模块；33、交流滤波模块；4、交流总输出模块；41、交流总输出滤波模块；42、交流开关模块；43、熔断器模块；5、系统控制模块；6、柜体散热风机；7、柜体机构；701、第一单元柜；702、第二单元柜；703、第三单元柜；700、第四单元柜。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的模块化光伏并网逆变器结构，包括一个以上的单元柜，单元柜包括模块化的逆变模块1、电气板2、滤波系统3、柜体散热风机6以及柜体机构7；逆变模块1安装于柜体机构7的上部，电气板2固定于柜体机构7中并呈竖直状安装于柜体机构7的中下部，电气板2上设置有标准配置电气区21和选配电路电气区22，标准配置电气区21为强电区且包括直流输入模块211和交流输出模块212，选配电路电气区22可根据需求选配系统控制模块5和/或交流总输出模块4，滤波系统3中的直流滤波模块31安装于电气板2的背面侧，滤波系统3中的电抗器模块32并排布置安装于电气板2的后部空间。

其中：逆变模块1，为标准配置通用型模块，包括电容阵列、复合母排、开关管模块、散热模块（含散热风道、风机系统）和驱动控制模块；安装于柜体机构7的上部，并配置有整体模块安装或拆卸的滑动导轨，即可安装或拆卸单个元器件，亦可整体操作，安装、维护便捷。

电气板2，根据空间结构和强弱电分离优化原则配置分布标准配置电气区21和选配电路电气区22。通过两侧螺栓螺母与柜体机构7固定，竖直安装于柜体机构7的中下部，将柜体机构7分成前后两部分空间，提升安装面和空间，亦便于操作与维护。

标准配置电气区21，为强电区：包括直流输入模块211、交流输出模块212以及滤波系统3中的直流滤波模块31；直流输入模块211和交流输出模块212安装于电气板2前表面，直流滤波模块31安装位于电气板2后表面。

选配电路电气区22，根据需求配置二次元器件，并选配系统控制模块5和/或选配交流总输出模块4。

滤波系统3，包括直流滤波模块31、电抗器模块32、交流滤波模块33，电抗器模块32安装于电气板2的后部空间，并排布置安装，通过电气板2隔离，使得电气板正面元器件与其热量较好的隔离；交流滤波模块33安装于上方逆变模块1背部空间小室；

交流总输出模块4，包括交流总输出滤波模块41、交流开关模块42、熔断器模块43，交流总输出滤波模块41根据电气板2的选配需求配置安装于电气板2背面。

系统控制模块5，为逆变器的控制中心，用于采集处理各种信号，指挥运行和保护各项功能。

柜体散热风机6，安装于柜体机构7的顶部，为柜体内除逆变模块1功率开关管外所有空间与元器件提供整体散热排风。

柜体机构7，为标准电气柜体，用于装配上述各部件模块或系统，可从柜体各个侧面和顶部五个方向进行元器件、部件的安装与维护。

由上述结构可知，本发明的模块化光伏逆变器整机结构，实现了光伏逆变器的功能模块与元器件的层次安装，结构较紧凑、功能完整模块化，解决了光伏并网逆变器装置的维护性、扩展性、通用性以及器件混布引起的电磁干扰问题，并且能使得柜体温度能够得到降低，同时可通过采用该结构进行系列化并柜形成系列化光伏逆变器，可实现规模化低成本生产效益。

上述结构构成了第一单元柜701，即装设配置上述除交流总输出模块4和系统控制模块5以外所有的各部件模块、系统及必要的二次元器件，该柜体的电气板2的选配电路电气区22仅配置必要的二次元器件，不装配交流总输出模块4（标号错误）和系统控制模块5。上述第一单元柜701还可以进一步可扩展为第二单元柜702、第三单元柜703、第四单元柜700；各模块、系统之间通过母排或线缆连接，根据上述结构可进行系列化并柜构成系列化光伏并网逆变器。

其中，第二单元柜702是在第一单元柜701的基础上，增加装配系统控制模块5，即该柜体的电气板2的选配电路电气区22配置必要的二次元器件，仅选配系统控制模块5，不配置交流总输出模块4，参见图2。

第三单元柜703是在第一单元柜701的基础上，增加装配交流总输出模块4，即该柜体的电气板2的选配电路电气区22配置必要的二次元器件，仅选配交流总输出模块4，不配置系统控制模块5，参见图3。

第四单元柜700是在第一单元柜701的基础上，装设配置上述所有的各部件模块、系统及必要的二次元器件，即该柜体的电气板2的选配电路电气区22配置必要的二次元器件，配置交流总输出模块4和系统控制模块5，参见图4、图5和图6。

在上述结构中，采用第一单元柜701、第二单元柜702、第三单元柜703、第四单元柜700中一种或几种的一个或多个进行系列化并柜即可形成系列化光伏并网逆变器，各单元柜之间通过母排或线缆连接。如图7～图10所示，为几种实施例：实施例1为由一个第四单元柜700即可构成一种光伏并网逆变器，参见图7。实施例2为由一个第二单元柜702和一个第三单元柜703并柜即可构成一种光伏并网逆变器，参见图8；实施例3为由一个第一单元柜701、一个第二单元柜702及一个第三单元柜703并柜即可构成一种光伏并网逆变器，参见图9；实施例4为由两个第一单元柜701、一个第二单元柜702及一个第三单元柜703并柜即可构成一种光伏并网逆变器，参见图10。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种模块化光伏并网逆变器结构，其特征在于，包括一个以上的单元柜，所述单元柜包括模块化的逆变模块（1）、电气板（2）、滤波系统（3）、柜体散热风机（6）以及柜体机构（7）；所述逆变模块（1）安装于柜体机构（7）的上部，所述电气板（2）固定于柜体机构（7）中并呈竖直状安装于柜体机构（7）的中下部，所述电气板（2）上设置有标准配置电气区（21）和选配电路电气区（22），所述标准配置电气区（21）为强电区且包括直流输入模块（211）和交流输出模块（212），所述选配电路电气区（22）可根据需求选配系统控制模块（5）和/或交流总输出模块（4），所述滤波系统（3）中的直流滤波模块（31）安装于电气板（2）的背面侧，所述滤波系统（3）中的电抗器模块（32）并排布置安装于电气板（2）的后部空间。

2.根据权利要求1所述的模块化光伏并网逆变器结构，其特征在于，多个所述单元柜之间通过母排或线缆连接。

3.根据权利要求1或2所述的模块化光伏并网逆变器结构，其特征在于，所述模块化的逆变模块（1）包括电容阵列、复合母排、开关管模块、散热模块和驱动控制模块，并配置有整体模块安装或拆卸的滑动导轨。

4.根据权利要求1或2所述的模块化光伏并网逆变器结构，其特征在于，所述滤波系统（3）包括直流滤波模块（31）、电抗器模块（32）和交流滤波模块（33），所述电抗器模块（32）安装于电气板（2）的后部空间，并排布置安装，通过电气板（2）隔离使得电气板（2）正面元器件与其热量较好的隔离；所述交流滤波模块（33）安装于上方模块化的逆变模块（1）背部。

5.根据权利要求1或2所述的模块化光伏并网逆变器结构，其特征在于，所述交流总输出模块（4）包括交流总输出滤波模块（41）、交流开关模块（42）、熔断器模块（43），所述交流总输出滤波模块（41）安装于电气板（2）的背面。