CN103780110A

CN103780110A - 一种太阳能光伏逆变器拓扑电路

Info

Publication number: CN103780110A
Application number: CN201410037317.2A
Authority: CN
Inventors: 徐江江; 金启前; 由毅; 吴成明; 冯擎峰
Original assignee: Zhejiang Geely Holding Group Co Ltd; Zhejiang Geely Automobile Research Institute Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Geely Holding Group Co Ltd; Zhejiang Geely Automobile Research Institute Co Ltd
Priority date: 2014-01-26
Filing date: 2014-01-26
Publication date: 2014-05-07

Abstract

本发明提供了一种太阳能光伏逆变器拓扑电路，其中，太阳能电池阵列通过第一电磁兼容滤波器与BOOST升压电路连接；BOOST升压电路通过第二电磁兼容滤波器与DC/AC逆变电路连接；DC/AC逆变电路与高频变压器和AC/DC整流电路依次连接；AC/DC整流电路通过第三电磁兼容滤波器和工频转换电路连接；DSP逆变控制器分别连接BOOST升压电路、DC/AC逆变电路和工频转换电路。高频变压器采用非晶高频磁芯和磁芯上缠绕线圈，起到隔离作用，且成品体积小，发热量小，功耗低，能达到高频和高效；DSP逆变控制器控制并调节整个系统的运行，控制精度高；解决了现有的光伏发电系统体积比较大、功耗比较严重的技术问题。

Description

一种太阳能光伏逆变器拓扑电路

技术领域

本发明涉及太阳能和市电并网技术领域，特别涉及一种太阳能光伏逆变器拓扑电路。

背景技术

随着人类生活水平的提高，人们对能源的需求也日益提高。太阳能作为一种新型的绿色可再生能源，具有储量大、利用经济、清洁环保等优点。因此,太阳能的利用越来越受到人们的重视,而太阳能光伏发电技术的应用更是人们普遍关注的焦点。将太阳能电池发出的电并入电网，既能缓解高峰用电时期的用电紧张状况，又能省去储电费用。光伏逆变器是太阳能电池发电和电网连接的桥梁，是光伏发电系统必备的设备，它主要控制输出电流与电网电压同频同相，减少对电网的冲击影响。然而，当前的光伏发电系统体积比较大、功耗比较严重。

发明内容

本发明的目的是要提供一种太阳能光伏逆变器拓扑电路，解决了现有的光伏发电系统体积比较大、功耗比较严重的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种太阳能光伏逆变器拓扑电路，其中，太阳能电池阵列通过第一电磁兼容滤波器与BOOST升压电路连接；

所述BOOST升压电路通过第二电磁兼容滤波器与DC/AC逆变电路连接；

所述DC/AC逆变电路与高频变压器和AC/DC整流电路依次连接；

所述AC/DC整流电路通过第三电磁兼容滤波器和工频转换电路连接；

DSP逆变控制器分别连接所述BOOST升压电路、所述DC/AC逆变电路和所述工频转换电路；所述高频变压器包括非晶高频磁芯。

进一步地，还包括电压采集模块和电流采集模块；所述电压采集模块与所述DSP逆变控制器连接，用于采集直流电压和相电压；所述电流采集模块与所述DSP逆变控制器连接，用于采集相电流。

进一步地，所述BOOST升压电路包括电感、第一IGBT功率开关和第一二极管以及第二二极管；

所述电感的第一端连接至所述太阳能电池阵列的正极端，所述电感的第二端分别连接至所述第一IGBT功率开关的集电极、所述第一二极管的负极和所述第二二极管的正极；所述第二二极管的负极连接至所述DC/AC逆变电路的第一输入端；

所述第一IGBT功率开关的发射极分别连接至所述太阳能电池阵列的负极端、所述第一二极管的正极和所述DC/AC逆变电路的第二输入端；

所述第一IGBT功率开关的门极连接至所述DSP逆变控制器；

所述电感包括非晶高频磁芯。

进一步地，所述DC/AC逆变电路包括：

第一开关电路，所述第一开关电路包括IGBT功率开关和二极管，所述第一开关电路的第一端分别连接至所述IGBT功率开关的集电极和所述二极管的负极，所述第一开关电路的第二端分别连接至所述IGBT功率开关的发射极和所述二极管的正极，所述IGBT功率开关的门极连接所述DSP逆变控制器；

第二开关电路；第三开关电路；第四开关电路；所述DC/AC逆变电路的第一输入端分别连接至所述第一开关电路的第一端和所述第三开关电路的第一端；所述DC/AC逆变电路的第二输入端分别连接至所述第二开关电路的第二端和所述第四开关电路的第二端；所述第一开关电路的第二端和所述第二开关电路的第一端均连接至所述高频变压器的第一输入端；所述第三开关电路的第二端和所述第四开关电路的第一端均连接至所述高频变压器的第二输入端。

进一步地，所述高频变压器的第一输入端和所述高频变压器的第二输入端之间并联一个电容器；所述高频变压器的第一输出端和所述高频变压器的第二输出端之间并联一个电容器。

进一步地，所述AC/DC整流电路为桥式整流电路。

进一步地，所述工频转换电路包括第五开关电路、第六开关电路、第七开关电路和第八开关电路；所述AC/DC整流电路的第一输出端分别连接至所述第五开关电路的第一端和所述第七开关电路的第一端；所述AC/DC整流电路的第二输出端分别连接至所述第六开关电路的第二端和所述第八开关电路的第二端；所述第五开关电路的第二端和所述第六开关电路的第一端均连接至市电的第一输入端；所述第七开关电路的第二端和所述第八开关电路的第一端均连接至所述市电的第二输入端。

进一步地，所述第一电磁兼容滤波器为电容器，所述第二电磁兼容滤波器为电容器，所述第三电磁兼容滤波器为电容器。

本发明具有以下技术效果：

1）本发明的太阳能光伏逆变器拓扑电路包括BOOST升压电路、DC/AC逆变电路、高频变压器、AC/DC整流电路、工频转换电路和DSP逆变控制器；高频变压器采用非晶高频磁芯和磁芯上缠绕线圈，起到隔离作用，且成品体积小，发热量小，功耗低，能达到高频和高效；DSP逆变控制器控制并调节整个系统的运行，控制精度高；解决了现有的光伏发电系统体积比较大、功耗比较严重的技术问题。

2）本发明的太阳能光伏逆变器拓扑电路中的BOOST升压电路中电感采用非晶高频磁芯，能够实现高频率、成品体积小、发热量小和功耗低，因此电感高效运行。有利于解决光伏发电系统体积比较大、功耗比较严重的问题。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是本发明的太阳能光伏逆变器拓扑电路的拓扑结构图；

图2是本发明的太阳能光伏逆变器拓扑电路中的BOOST升压电路图；

图3是本发明的太阳能光伏逆变器拓扑电路中的直流变交流再变直流的电路图；

图4是本发明的太阳能光伏逆变器拓扑电路中的工频转换电路图；

图5是本发明的太阳能光伏逆变器拓扑电路中的DSP逆变控制器控制图；

附图标记：太阳能电池阵列10，第一电磁兼容滤波器20，BOOST升压电路30，电感31，第一IGBT功率开关32，第一二极管33，第二二极管34，第二电磁兼容滤波器40，DC/AC逆变电路50，第一开关电路51，第二开关电路52，第三开关电路53，第四开关电路54，高频变压器90，AC/DC整流电路100，第三电磁兼容滤波器60，工频转换电路70，第五开关电路71，第六开关电路72，第七开关电路73，第八开关电路74，DSP逆变控制器80。

具体实施方式

图1是本发明的太阳能光伏逆变器拓扑电路的拓扑结构图；如图1所示，一种太阳能光伏逆变器拓扑电路，其中，太阳能电池阵列10通过第一电磁兼容滤波器20与BOOST升压电路30连接；BOOST升压电路30通过第二电磁兼容滤波器40与DC/AC逆变电路50连接；DC/AC逆变电路50与高频变压器90和AC/DC整流电路100依次连接；AC/DC整流电路100通过第三电磁兼容滤波器60和工频转换电路70连接；DSP逆变控制器80分别连接BOOST升压电路30、DC/AC逆变电路50和工频转换电路70。BOOST升压电路30是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高，可以将太阳能电池阵列输出的电压提升到合适的输出电压值；高频变压器90包括非晶高频磁芯；DSP逆变控制器80的控制芯片为高性能数字信号处理芯片DSP。BOOST升压电路30升压后的直流电压进行逆变成交流电，再由高频变压器90隔离调节输出一个交流电压，该高频变压器90采用高频的非晶磁芯材料，即起到隔离作用，又可减小体积、散热好以及高效等优点。因输出电压要求与公共电网电压同相、同频、同压，系统的保护、采集、控制信号、太阳光强度的不确定性、光伏阵列温度的变化、负载情况的不确定性和光伏阵列输出的非线性特征等，需要使用一种模糊的逻辑控制方法，针对以上问题，采用DSP逆变控制器80控制执行比较方便可靠。

通过本发明实施例可知，本发明的太阳能光伏逆变器拓扑电路包括BOOST升压电路、DC/AC逆变电路、高频变压器、AC/DC整流电路、工频转换电路和DSP逆变控制器；高频变压器采用非晶高频磁芯和磁芯上缠绕线圈，起到隔离作用，且成品体积小，发热量小，功耗低，能达到高频和高效；DSP逆变控制器控制并调节整个系统的运行，控制精度高；解决了现有的光伏发电系统体积比较大、功耗比较严重的技术问题。

在本发明的另外一个实施例中，如图2至图5所示，太阳能光伏逆变器拓扑电路还包括电压采集模块和电流采集模块；电压采集模块与DSP逆变控制器80连接，用于采集直流电压和相电压；电流采集模块与DSP逆变控制器80连接，用于采集相电流。控制开关信号用于控制整个电路的开闭。DSP逆变控制器80根据电压信号、电流信号和控制开关信号输出PWM波形控制直流电逆变成交流电。

BOOST升压电路30用于把太阳能电池阵列10输出的电压提升到合适的输出电压值，包括电感31、第一IGBT功率开关32和第一二极管33以及第二二极管34；电感31的第一端连接至太阳能电池阵列10的正极端，电感31的第二端分别连接至第一IGBT功率开关32的集电极、第一二极管33的负极和第二二极管34的正极；第二二极管34的负极连接至DC/AC逆变电路50的第一输入端；第一IGBT功率开关32的发射极分别连接至太阳能电池阵列10的负极端、第一二极管33的正极和DC/AC逆变电路50的第二输入端；第一IGBT功率开关32的门极连接至DSP逆变控制器80；电感31包括非晶高频磁芯。采用第一IGBT功率开关32控制，频率由DSP逆变控制器80控制输出，f=10KHz。电感31由非晶高频磁芯制作，最高频率为500KHz，比普通的铁氧体、锰锌材质的工作频率要高。同样感值的电感，此材质绕制的成品体积小、发热量小、功耗低，有效地解决了升压电路及新能源光伏发电领域效率问题。

DC/AC逆变电路50用于把升压后的直流电转换为高频率的交流电，包括：第一开关电路51，第一开关电路51包括IGBT功率开关和二极管，第一开关电路51的第一端分别连接至IGBT功率开关的集电极和二极管的负极，第一开关电路51的第二端分别连接至IGBT功率开关的发射极和二极管的正极，IGBT功率开关的门极连接DSP逆变控制器80；第二开关电路52；第三开关电路53；第四开关电路54；DC/AC逆变电路50的第一输入端分别连接至第一开关电路51的第一端和第三开关电路53的第一端；DC/AC逆变电路50的第二输入端分别连接至第二开关电路52的第二端和第四开关电路54的第二端；第一开关电路51的第二端和第二开关电路52的第一端均连接至高频变压器90的第一输入端；第三开关电路53的第二端和第四开关电路54的第一端均连接至高频变压器90的第二输入端。高频变压器90的第一输入端和高频变压器90的第二输入端之间并联一个电容器；高频变压器90的第一输出端和高频变压器90的第二输出端之间并联一个电容器。

AC/DC整流电路100为桥式整流电路，用于经过高频变压器90变压之后的交流电转换成直流电。工频转换电路70用于把直流电逆变输出为交流电，该交流电为稳定的高质量正弦波，且要求与公共电网电压同相、同频、同压；工频转换电路70包括第五开关电路71、第六开关电路72、第七开关电路73和第八开关电路74；AC/DC整流电路100的第一输出端分别连接至第五开关电路71的第一端和第七开关电路73的第一端；AC/DC整流电路100的第二输出端分别连接至第六开关电路72的第二端和第八开关电路74的第二端；第五开关电路71的第二端和第六开关电路72的第一端均连接至市电的第一输入端；第七开关电路73的第二端和第八开关电路74的第一端均连接至市电的第二输入端。第一电磁兼容滤波器20为电容器，第二电磁兼容滤波器40为电容器，第三电磁兼容滤波器60为电容器；用于减少逆变输出的谐波电流，提高太阳能光伏逆变器拓扑电路输出的电能的质量。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims

1.一种太阳能光伏逆变器拓扑电路，其特征在于，太阳能电池阵列（10）通过第一电磁兼容滤波器（20）与BOOST升压电路（30）连接；

所述BOOST升压电路（30）通过第二电磁兼容滤波器（40）与DC/AC逆变电路（50）连接；

所述DC/AC逆变电路（50）与高频变压器（90）和AC/DC整流电路（100）依次连接；

所述AC/DC整流电路（100）通过第三电磁兼容滤波器（60）和工频转换电路（70）连接；

DSP逆变控制器（80）分别连接所述BOOST升压电路（30）、所述DC/AC逆变电路（50）和所述工频转换电路（70）；所述高频变压器（90）包括非晶高频磁芯。

2.根据权利要求1所述的太阳能光伏逆变器拓扑电路，其特征在于，还包括电压采集模块和电流采集模块；所述电压采集模块与所述DSP逆变控制器（80）连接，用于采集直流电压和相电压；所述电流采集模块与所述DSP逆变控制器（80）连接，用于采集相电流。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能光伏逆变器拓扑电路，其特征在于，所述BOOST升压电路（30）包括电感（31）、第一IGBT功率开关（32）和第一二极管（33）以及第二二极管（34）；

所述电感（31）的第一端连接至所述太阳能电池阵列（10）的正极端，所述电感（31）的第二端分别连接至所述第一IGBT功率开关（32）的集电极、所述第一二极管（33）的负极和所述第二二极管（34）的正极；所述第二二极管（34）的负极连接至所述DC/AC逆变电路（50）的第一输入端；

所述第一IGBT功率开关（32）的发射极分别连接至所述太阳能电池阵列（10）的负极端、所述第一二极管（33）的正极和所述DC/AC逆变电路（50）的第二输入端；

所述第一IGBT功率开关（32）的门极连接至所述DSP逆变控制器（80）；

所述电感（31）包括非晶高频磁芯。

4.根据权利要求3所述的太阳能光伏逆变器拓扑电路，其特征在于，所述DC/AC逆变电路（50）包括：

第一开关电路（51），所述第一开关电路（51）包括IGBT功率开关和二极管，所述第一开关电路（51）的第一端分别连接至所述IGBT功率开关的集电极和所述二极管的负极，所述第一开关电路（51）的第二端分别连接至所述IGBT功率开关的发射极和所述二极管的正极，所述IGBT功率开关的门极连接所述DSP逆变控制器（80）；

第二开关电路（52）；

第三开关电路（53）；

第四开关电路（54）；

所述DC/AC逆变电路（50）的第一输入端分别连接至所述第一开关电路（51）的第一端和所述第三开关电路（53）的第一端；所述DC/AC逆变电路（50）的第二输入端分别连接至所述第二开关电路（52）的第二端和所述第四开关电路（54）的第二端；所述第一开关电路（51）的第二端和所述第二开关电路（52）的第一端均连接至所述高频变压器（90）的第一输入端；所述第三开关电路（53）的第二端和所述第四开关电路（54）的第一端均连接至所述高频变压器（90）的第二输入端。

5.根据权利要求4所述的太阳能光伏逆变器拓扑电路，其特征在于，所述高频变压器（90）的第一输入端和所述高频变压器（90）的第二输入端之间并联一个电容器；所述高频变压器（90）的第一输出端和所述高频变压器（90）的第二输出端之间并联一个电容器。

6.根据权利要求4所述的太阳能光伏逆变器拓扑电路，其特征在于，所述AC/DC整流电路（100）为桥式整流电路。

7.根据权利要求4或5或6所述的太阳能光伏逆变器拓扑电路，其特征在于，所述工频转换电路（70）包括第五开关电路（71）、第六开关电路（72）、第七开关电路（73）和第八开关电路（74）；

所述AC/DC整流电路（100）的第一输出端分别连接至所述第五开关电路（71）的第一端和所述第七开关电路（73）的第一端；所述AC/DC整流电路（100）的第二输出端分别连接至所述第六开关电路（72）的第二端和所述第八开关电路（74）的第二端；所述第五开关电路（71）的第二端和所述第六开关电路（72）的第一端均连接至市电的第一输入端；所述第七开关电路（73）的第二端和所述第八开关电路（74）的第一端均连接至所述市电的第二输入端。

8.根据权利要求7所述的太阳能光伏逆变器拓扑电路，其特征在于，所述第一电磁兼容滤波器（20）为电容器，所述第二电磁兼容滤波器（40）为电容器，所述第三电磁兼容滤波器（60）为电容器。