CN104333039B - 串联型微型逆变器系统及其中逆变器、并网器的工作方法 - Google Patents

串联型微型逆变器系统及其中逆变器、并网器的工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种串联型微型逆变器系统及其中逆变器、并网器的工作方法，该系统包括多个逆变器和一个并网器，该并网器包括：逆变器串检测模块；电网检测模块；并网器控制模块，对逆变器串的交流输出特性和电网的交流特性作数据处理，产生针对逆变器串或并网保护的控制信号；并网保护开关，当电网的电压或频率超出设定的保护范围时，或电网停电时，关断以实现并网保护的功能；逆变器串开关，适时断开逆变器串的零线，以断开往电网输送电流和功率；并网保护开关控制模块和逆变器串开关控制模块，接收针对并网保护或逆变器串的控制信号，控制并网保护开关或逆变器串开关的断开和导通。本发明消除了对通讯系统的需求，保证稳定的启动、运行和保护功能。

Description

串联型微型逆变器系统及其中逆变器、并网器的工作方法
技术领域
本发明涉及直流到交流的转换技术领域，具体来说，本发明涉及一种串联型微型逆变器系统及其中逆变器、并网器的工作方法。
背景技术
在可再生能源领域，比如太阳能光伏和风能，会使用微型逆变器(微逆变器)将每一个电源的直流电力转换成可并网输出的交流电力，并且对每一个电源进行电力输出的优化，例如最大功率点跟踪(MPPT)等。通常的微型逆变器系统包括多个与单个直流电源一一对应连接的逆变器。逆变器的输入与直流电源的输出连接，各个逆变器的输出并联，也就是每个微型逆变器的火线(L)相连、零线(N)相连，然后连接到电网。这样就是每个逆变器都将直流电直接转换为和电网相同的交流电。
最近出现了一种新型的串联型微型逆变器，每个逆变器的输出为低电压的交流电，多个逆变器的输出串联后连接电网，多个逆变器的输出电压累加达到电网电压。这种方法可以简化逆变器的设计，提供逆变器的效率，降低逆变器的成本和提高逆变器的可靠性。既降低了功率器件的电压应力，也减小了电网异常对逆变器可能的损伤。
但是对于多个逆变器的交流串联，它们的开关管的控制必须是同步的，否则可能会烧坏开关管。现有的控制方法需要通讯或者集中式控制来保证系统的启动、保护及稳定运行，这势必增加了成本，提高了系统控制的复杂度，对通讯系统的要求也很高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种串联型微型逆变器系统及其中逆变器、并网器的工作方法，能够消除对通讯系统的需求，保证稳定的启动、运行和保护功能。
为解决上述技术问题，本发明提供一种串联型微型逆变器系统，包括：
多个串联型微型逆变器，分别与多个直流电源一一对应连接，各个所述逆变器的直流输入端分别与各个所述直流电源的输出端相连，各个所述逆变器的交流输出端彼此串联，成为一个逆变器串；在所述逆变器串中，前一个所述逆变器的零线接口和后一个所述逆变器的火线接口相连接；以及
并网器，其输入端分别与所述逆变器串两端的火线和零线相连接，其输出端与一单相电网相连接，所述并网器用于检测所述逆变器串的交流输出特性和检测所述电网的交流特性，获取所述逆变器串和所述电网的各种电能参数及其相应能计算出的参数后，对数据进行处理并对所述逆变器进行控制；
其中，所述并网器包括：
逆变器串检测模块，用于检测所述逆变器串的交流输出特性；
电网检测模块，用于检测所述电网的交流特性；
并网器控制模块，分别与所述逆变器串检测模块和所述电网检测模块相连接，用于对所述逆变器串的交流输出特性和所述电网的交流特性进行数据处理，产生针对所述逆变器串或者并网保护的控制信号；
并网保护开关，其一端与所述逆变器串的火线相连接，另一端与所述电网的火线输入端相连接，用于当所述电网的电压或者频率超出设定的保护范围时，或者所述电网停电时，关断所述并网保护开关以实现并网保护的功能；
并网保护开关控制模块，分别与所述并网器控制模块和所述并网保护开关相连接，用于接收针对并网保护的所述控制信号，控制所述并网保护开关的断开和导通；
逆变器串开关，其一端与所述逆变器串的零线相连接，另一端与所述电网的零线输入端相连接，用于适时断开所述逆变器串的零线，以断开往所述电网输送电流和功率；以及
逆变器串开关控制模块，分别与所述并网器控制模块和所述逆变器串开关相连接，用于接收针对所述逆变器串的所述控制信号，控制所述逆变器串开关的断开和导通。
可选地，所述逆变器包括：
直流检测模块，与所述逆变器的直流输入端相连接，用于检测输入所述逆变器的直流输入电压和直流输入电流；
电力转换电路，分别与所述逆变器的直流输入端和交流输出端相连接，用于将直流电转换为交流电；
交流检测模块，与所述逆变器的交流输出端相连接，用于检测输出所述逆变器的交流输出电压和交流输出电流；
电力转换控制模块，分别与所述直流检测模块、所述交流检测模块和所述电力转换电路相连接，用于产生和发送给所述电力转换电路的一驱动信号，以实现想要的交流电；
交流输出电压获取模块，与所述交流检测模块相连接，用于获取所述逆变器的输出电压；以及
逆变输出开停控制模块，分别与所述交流输出电压获取模块和所述电力转换控制模块相连接，用于控制所述逆变器输出的开启和停机。
可选地，所述逆变器串的交流输出特性包括：电流、电压、频率、相位、过零点及其相应能计算出的参数；
其中，相应能计算出的所述参数包括：电流有效值、有功功率、无功功率和功率因数。
可选地，所述电网的交流特性包括：电压、频率和相位。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种串联型微型逆变器系统，包括：
多个串联型微型逆变器，分别与多个直流电源一一对应连接，各个所述逆变器的直流输入端分别与各个所述直流电源的输出端相连；所述逆变器总共分为三组，在每一组中，各个所述逆变器的交流输出端彼此串联，成为一个逆变器串；在每个所述逆变器串中，前一个所述逆变器的零线接口和后一个所述逆变器的火线接口相连接；以及
并网器，其输入端分别与三个所述逆变器串两端的火线和公共零线相连接，其输出端与一三相电网相连接，所述并网器用于检测所述逆变器串的交流输出特性和检测所述电网的交流特性，获取所述逆变器串和所述电网的各种电能参数及其相应能计算出的参数后，对数据进行处理并对所述逆变器进行控制；
其中，所述并网器包括：
逆变器串检测模块，用于检测所述逆变器串的交流输出特性；
电网检测模块，用于检测所述电网的交流特性；
并网器控制模块，分别与所述逆变器串检测模块和所述电网检测模块相连接，用于对所述逆变器串的交流输出特性和所述电网的交流特性进行数据处理，产生针对所述逆变器串或者并网保护的控制信号；
并网保护开关，其一端与三个所述逆变器串的火线相连接，另一端与所述电网的三个火线输入端相连接，用于当所述电网的电压或者频率超出设定的保护范围时，或者所述电网停电时，关断所述并网保护开关以实现并网保护的功能；
并网保护开关控制模块，分别与所述并网器控制模块和所述并网保护开关相连接，用于接收针对并网保护的所述控制信号，控制所述并网保护开关的断开和导通；
逆变器串开关，其一端与所述逆变器串的公共零线相连接，另一端与所述电网的零线输入端相连接，用于适时断开所述逆变器串的公共零线，以断开往所述电网输送电流和功率；以及
逆变器串开关控制模块，分别与所述并网器控制模块和所述逆变器串开关相连接，用于接收针对所述逆变器串的所述控制信号，控制所述逆变器串开关的断开和导通。
可选地，所述逆变器包括：
直流检测模块，与所述逆变器的直流输入端相连接，用于检测输入所述逆变器的直流输入电压和直流输入电流；
电力转换电路，分别与所述逆变器的直流输入端和交流输出端相连接，用于将直流电转换为交流电；
交流检测模块，与所述逆变器的交流输出端相连接，用于检测输出所述逆变器的交流输出电压和交流输出电流；
电力转换控制模块，分别与所述直流检测模块、所述交流检测模块和所述电力转换电路相连接，用于产生和发送给所述电力转换电路的一驱动信号，以实现想要的交流电；
交流输出电压获取模块，与所述交流检测模块相连接，用于获取所述逆变器的输出电压；以及
逆变输出开停控制模块，分别与所述交流输出电压获取模块和所述电力转换控制模块相连接，用于控制所述逆变器输出的开启和停机。
可选地，所述逆变器串的交流输出特性包括：电流、电压、频率、相位、过零点及其相应能计算出的参数；
其中，相应能计算出的所述参数包括：电流有效值、有功功率、无功功率和功率因数。
可选地，所述电网的交流特性包括：电压、频率和相位。
为解决上述技术问题，本发明又提供一种上述串联型微型逆变器系统中的逆变器的工作方法，包括步骤：
A.检测来自于直流电源的直流输入电压；
B.判断所述直流电源是否工作正常；若否，则返回上述步骤A；若是，则执行下述步骤C；
C.启动所述逆变器；
D.将所述逆变器设定运行在最大功率点跟踪状态；
E.产生与电网同步的交流输出电压；
F.检测所述交流输出电压，将其分别与一输出电压阈值的上限电压和一输出电压阈值的下限电压作对比，所述上限电压和所述下限电压均是人为设定的；
G.判断所述交流输出电压是否大于所述下限电压；若否，则执行下述步骤H；若是，则执行下述步骤I；
H.通过逆变输出开停控制模块控制所述逆变器到停机状态，然后继续并返回上述步骤F；
I.再判断所述交流输出电压是否大于所述上限电压；若否，则执行下述步骤J；若是，则执行下述步骤K；
J.保持所述逆变器的工作状态，然后继续并返回上述步骤F；
K.通过所述逆变输出开停控制模块控制所述逆变器到开机状态，然后继续并返回上述步骤F。
为解决上述技术问题，本发明再提供一种上述串联型微型逆变器系统中的并网器的工作方法，包括步骤：
I.检测电网的电压、频率；
II.判断所述电网是否正常；若否，则执行下述步骤III；若是，则执行下述步骤IV；
III.发送信号，断开并网保护开关，然后返回上述步骤I；
IV.保持所述并网保护开关闭合导通；
V.检测逆变器串的总交流输出电压；
VI.将所述总交流输出电压分别与一电网电压的下限阈值和一电网电压的上限阈值作对比，所述下限阈值和所述上限阈值均是人为设定的；
VII.判断所述总交流输出电压是否大于所述下限阈值；若否，则执行下述步骤VIII；若是，则执行下述步骤IX；
VIII.发送信号，断开逆变器串开关，然后继续工作并返回上述步骤I；
IX.判断所述总交流输出电压是否大于所述上限阈值；若否，则执行下述步骤X；若是，则执行下述步骤XI；
X.保持所述逆变器串开关的当前状态，然后继续工作并返回上述步骤I；
XI.发送信号，导通所述逆变器串开关，然后继续工作并返回上述步骤I。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明通过对串联型微型逆变器与并网器的控制方式设计，实现串联型微型逆变器结构的平稳启动，不需要通讯系统，对整个系统的正常状态运行没有影响，最大程度利用了直流电源(光伏组件)的输出功率。
本发明具有串联型微型逆变器系统的所有优点，但不需要通讯系统来发送控制命令给每一个逆变器，提高了逆变器系统的可靠性。而且，该逆变器系统通用于各种不同频率和电压的电网，并网器可实现对电网异常的可靠保护，而不需要多个逆变器做保护。
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串联型微型逆变器系统连接直流电源和单相电网的模块结构示意图；
图2为本发明一个实施例的串联型微型逆变器系统中并网器的内部模块结构示意图；
图3为本发明一个实施例的串联型微型逆变器系统中逆变器启动运行的输出电压随时间变化的波形曲线示意图；
图4为本发明一个实施例的串联型微型逆变器系统中逆变器的内部模块结构示意图；
图5为本发明一个实施例的串联型微型逆变器系统中逆变器的工作方法流程图；
图6为本发明一个实施例的串联型微型逆变器系统中逆变器串的总交流输出电压随并网器内的逆变器串开关通断变化的波形曲线示意图；
图7为本发明一个实施例的串联型微型逆变器系统中并网器的工作方法流程图；
图8为本发明一个实施例的串联型微型逆变器系统中逆变器个数的设计方法流程图；
图9为本发明一个实施例的串联型微型逆变器系统连接直流电源和三相电网的模块结构示意图；
图10为本发明另一个实施例的串联型微型逆变器系统中并网器的内部模块结构示意图。
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串联型微型逆变器系统连接直流电源和单相电网的模块结构示意图。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1所示，该串联型微型逆变器系统主要包括：多个串联型微型逆变器102和一个并网器104。其中，多个串联型微型逆变器1021、1022…102i…102N(为求描述简便，统一标为102)分别与多个直流电源1011、1012…101i…101N(为求描述简便，统一标为101)一一对应连接。各个逆变器102的直流输入端分别与各个直流电源101的输出端相连，各个逆变器102的交流输出端彼此串联，成为一个逆变器串。在逆变器串中，前一个逆变器102的零线接口和后一个逆变器的火线接口相连接。至于并网器104，其输入端分别与逆变器串两端的火线和零线相连接，其输出端通过火线L 106和零线N 107与一单相电网108相连接。并网器104用于检测逆变器串的交流输出特性和检测电网108的交流特性，获取逆变器串和电网108的各种电能参数及其相应能计算出的参数后，对数据进行处理并对逆变器102进行控制。
在本实施例中，并网器104的输出直接连电网108，所以系统稳定工作的时候，逆变器串的总交流输出电压Vbus等于电网电压Vgrid。并网器104检测电网电压Vgrid和逆变器串的总交流输出电压Vbus。对于每一个逆变器102，其参数名称与对应的标号为：直流输入电压Vdc，直流输入电流Idc，直流输入功率Pdc，交流输出电压有效值Vac，交流输出电流有效值Iac，交流输出功率Pac。对于逆变器串而言，总输出功率为Pout，总交流输出电压为Vbus，总交流输出电流为Iout。
图2为本发明一个实施例的串联型微型逆变器系统中并网器的内部模块结构示意图。如图2所示，该并网器104的输入端接逆变器串的火线L 201和零线N 202，输出端接电网108。该并网器104可以包括，但不限于：电网检测模块205、并网保护开关206、并网保护开关控制模块207、逆变器串检测模块209、并网器控制模块211、逆变器串开关控制模块213和逆变器串开关215。其中，逆变器串检测模块209用于检测逆变器串的交流输出特性，逆变器串的交流输出特性包括：电流、电压、频率、相位、过零点及其相应能计算出的参数；其中，相应能计算出的参数包括：电流有效值、有功功率、无功功率和功率因数等。电网检测模块205用于检测电网108的交流特性，包括：电压、频率和相位等。并网器控制模块211分别与逆变器串检测模块209和电网检测模块205相连接，用于对逆变器串的交流输出特性和电网108的交流特性进行数据处理，经过判断后产生针对逆变器串或者并网保护的控制信号。并网保护开关206的一端与逆变器串的火线201相连接，另一端与电网108的火线输入端相连接，用于当电网108正常时，该并网保护开关206保持导通；而当电网108的电压或者频率超出设定的保护范围时，或者电网108停电时，关断并网保护开关206以实现并网保护的功能。并网保护开关控制模块207分别与并网器控制模块211和并网保护开关206相连接，用于从并网器控制模块211接收针对并网保护的控制信号，从而控制并网保护开关206的断开和导通。逆变器串开关215的一端与逆变器串的零线202相连接，另一端与电网108的零线输入端相连接，用于适时断开逆变器串的零线202，从而断开往电网108输送电流和功率。逆变器串开关控制模块213分别与并网器控制模块211和逆变器串开关215相连接，用于从并网器控制模块211接收针对逆变器串的控制信号，从而控制逆变器串开关215的断开和导通。具体的控制流程后面会给出。
逆变器在正常工作条件下始终进行最大功率点跟踪(MPPT)。图3为本发明一个实施例的串联型微型逆变器系统中逆变器启动运行的输出电压随时间变化的波形曲线示意图。逆变器启动时无需判断整个系统的运行状态，直接进入最大功率点跟踪状态，其工作与否由输出电压阈值的上限电压Voff和下限电压Von决定。当第一个逆变器连接的直流电源(光伏组件)达到启动要求时，逆变器输出功率，输出电压上升，如图3所示。此时的交流母线电压等于第一个逆变器的输出电压Vout1，由于其小于开通逆变器串开关需要的电压，逆变器串开关是断开的，所以不能向电网输出功率，造成电压持续升高。在t2时刻，逆变器的输出电压高于输出电压阈值的上限电压Voff后停止工作(暂停逆变)，从而使输出电压下降，t3时刻输出电压低于输出电压阈值的下限电压Von，逆变器重新开始工作。因此逆变器的输出电压Vout1在下限电压Von与上限电压Voff之间震荡。当第二个逆变器启动时，交流母线电压为两个逆变器输出电压之和，若仍小于设定的逆变器串开关导通的电压，则第二个逆变器的输出电压Vout2也在下限电压Von与上限电压Voff之间震荡。这个振荡的周期和开关管的驱动周期接近，通常在微秒的量级。直到第Nmin个逆变器启动后，交流母线电压之和达到逆变器串开关导通的电压，逆变器串开关导通，逆变器串才开始向电网传输功率。
由于逆变器的输出端串联，则交流母线电压(即逆变器串的总交流输出电压)为所有逆变器的输出电压之和：
Vbus＝Vout1+Vout2+.....+VoutN
所有逆变器的输出电流相等，则逆变器的输出电压与其传输的功率成正比：
V outi = P i P 1 + P 2 + . . . + P N × V bus = P i Σ 1 N P i × V bus
即系统正常工作时，电网和逆变器串开关将交流母线电压Vbus稳定在电网电压Vgrid，逆变器控制输入电压完成最大功率点跟踪功能，而每个逆变器的输出电压Vouti满足上式关系。
图4为本发明一个实施例的串联型微型逆变器系统中逆变器的内部模块结构示意图。如图4所示，该逆变器102可以包括，但不限于：直流检测模块503、电力转换电路505、电力转换控制模块507、逆变输出开停控制模块509、交流输出电压获取模块511和交流检测模块513。其中，直流检测模块503与逆变器102的直流输入端相连接，用于检测输入逆变器102的直流输入电压和直流输入电流。电力转换电路505分别与逆变器102的直流输入端和交流输出端相连接，用于将直流电转换为交流电。交流检测模块513与逆变器102的交流输出端相连接，用于检测输出逆变器102的交流输出电压和交流输出电流，发送给电力转换控制模块507用于产生驱动信号。电力转换控制模块507分别与直流检测模块503、交流检测模块513和电力转换电路505相连接，用于产生和发送给电力转换电路505的一驱动信号，以实现想要的交流电。交流输出电压获取模块511与交流检测模块513相连接，用于获取逆变器102的输出电压。逆变输出开停控制模块509分别与交流输出电压获取模块511和电力转换控制模块507相连接，用于根据逆变器102的输出电压，根据上面的描述，控制逆变器102输出的开启和停机。
图5为本发明一个实施例的串联型微型逆变器系统中逆变器的工作方法流程图。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。关于省略部分的说明可参照前述实施例，本实施例不再重复赘述。如图5所示，逆变器102的该工作方法的流程包括：
执行步骤S501，检测来自于直流电源101的直流输入电压；
执行步骤S502，判断直流电源101是否工作正常；若否，则返回上述步骤501；若是，则执行下述步骤503；
执行步骤S503，启动逆变器102；
执行步骤S504，将逆变器102设定运行在最大功率点跟踪状态；
执行步骤S505，产生与电网108同步的交流输出电压Vout；
执行步骤S506，检测交流输出电压Vout，将其分别与一输出电压阈值的上限电压Voff和一输出电压阈值的下限电压Von作对比，上限电压Voff和下限电压Von均可以是人为设定的；
执行步骤S507，判断交流输出电压Vout是否大于下限电压Von；若否，则执行下述步骤508；若是，则执行下述步骤509；
执行步骤S508，通过逆变输出开停控制模块509控制逆变器102到停机状态，然后继续并返回上述步骤506；
执行步骤S509，再判断交流输出电压Vout是否大于上限电压Voff；若否，则执行下述步骤510；若是，则执行下述步骤511；
执行步骤S510，保持逆变器102的工作状态，然后继续并返回上述步骤506；
执行步骤S511，通过逆变输出开停控制模块509控制逆变器102到开机状态，然后继续并返回上述步骤506。
图6为本发明一个实施例的串联型微型逆变器系统中逆变器串的总交流输出电压随并网器内的逆变器串开关通断变化的波形曲线示意图。并网器中的逆变器串开关控制是否向电网传输功率，起到稳定交流母线电压到电网电压的作用。如图6所示，并网器检测到交流母线电压超过电网电压后，导通逆变器串开关，逆变器串的交流零线导通，从而向电网传输电流和功率。Vdel为设定的一个阈值。逆变器串的总交流输出电压Vbus低于电网电压Vgrid的下限阈值Vgrid-Vdel的时候是断开的，逆变器串的输出电不能输送给电网，造成输出电压上升。在T2时刻，逆变器串的总交流输出电压Vbus高于电网电压Vgrid的上限阈值Vgrid+Vdel后导通，这时电流输出给电网，输出电压下降；在T3时刻，输出电压又要低于下限阈值Vgrid-Vdel，逆变器串开关重新断开，使逆变器串的输出电压上升。因此，逆变器串的总交流输出电压Vbus在下限阈值Vgrid-Vdel和上限阈值Vgrid+Vdel之间震荡。这个振荡的周期和电网的周期接近，通常在毫秒的量级。
图7为本发明一个实施例的串联型微型逆变器系统中并网器的工作方法流程图。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。关于省略部分的说明可参照前述实施例，本实施例不再重复赘述。如图7所示，并网器104的该工作方法的流程包括：
执行步骤S701，检测电网108的电压、频率；
执行步骤S702，根据是否超出了设定的保护范围的要求，判断电网108是否正常；若否，则执行下述步骤S703；若是，则执行下述步骤S704；
执行步骤S703，发送信号，断开并网保护开关206(这时候逆变器102上的交流电是完全消失的，会停止运行)，然后返回上述步骤S701；
执行步骤S704，保持并网保护开关206闭合导通，逆变器102会运行并产生交流电压；
执行步骤S705，检测逆变器串的总交流输出电压Vbus，发送给并网器控制模块211；
执行步骤S706，并网器控制模块211将总交流输出电压Vbus分别与电网电压Vgrid的一下限阈值Vgrid-Vdel和电网电压Vgrid的一上限阈值Vgrid+Vdel作对比，该下限阈值Vgrid-Vdel和该上限阈值Vgrid+Vdel均是人为设定的；
执行步骤S707，判断总交流输出电压Vbus是否大于下限阈值Vgrid-Vdel；若否，则执行下述步骤S708；若是，则执行下述步骤S709；
执行步骤S708，发送信号，断开逆变器串开关215，然后继续工作并返回上述步骤S701；
执行步骤S709，判断总交流输出电压Vbus是否大于上限阈值Vgrid+Vdel；若否，则执行下述步骤S710；若是，则执行下述步骤S711；
执行步骤S710，保持逆变器串开关215的当前状态，然后继续工作并返回上述步骤S701；
执行步骤S711，发送信号，导通逆变器串开关215，然后继续工作并返回上述步骤S701。
图8为本发明一个实施例的串联型微型逆变器系统中逆变器个数的设计方法流程图。如图8所示，该设计方法的流程包括：
执行步骤S801，记录逆变器的输出电压阈值的上限电压Voff；
执行步骤S802，记录电网电压Vgrid；
执行步骤S803，计算逆变器串的总交流输出电压Vbus的最大峰值Vbus_max，作为交流母线电压的最高电压；比如240V的电网，假设最大均方根(RMS)值为240+10％*240＝264V，则最大峰值Vbus_max为264*1.424＝373V；
执行步骤S804，计算最少串联的逆变器的个数：Nmin＝Vbus_max/Voff；假设逆变器的输出电压阈值的上限电压Voff＝100V，Nmin>373/100＝3.75，那么Nmin＝4；
执行步骤S805，记录并网器的额定功率Pgate和逆变器的额定功率Pinv；
执行步骤S806，计算最多串联的逆变器的个数：Nmax＝Pgate/Pinv；
执行步骤S807，决定串联的逆变器的个数：Nmax≥N≥Nmin。
图9为本发明一个实施例的串联型微型逆变器系统连接直流电源和三相电网的模块结构示意图。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。如图9所示，该串联型微型逆变器系统主要包括：多个串联型微型逆变器和一个并网器。其中，多个串联型微型逆变器9011、9012…901i…901N；9021、9022…902i…902N；9031、9032…903i…903N(为求描述简便，三个相的多个逆变器分别统一标记为901；902；903)分别与多个直流电源(为突出重点，未图示)一一对应连接。各个逆变器901、902、903的直流输入端分别与各个直流电源101的输出端相连。逆变器901、902、903总共分为三组，在每一组中，各个逆变器901、902、903的交流输出端彼此串联，成为一个逆变器串。在每个逆变器串中，前一个逆变器的零线接口和后一个逆变器的火线接口相连接。至于并网器104，其输入端分别与三个逆变器串两端的火线L1、L2、L3和公共零线N相连接，其输出端与一三相电网108相连接。并网器104用于检测逆变器串的交流输出特性和检测电网108的交流特性，获取逆变器串和电网108的各种电能参数及其相应能计算出的参数后，对数据进行处理并对逆变器102进行控制。
图10为本发明另一个实施例的串联型微型逆变器系统中并网器的内部模块结构示意图。如图10所示，该并网器104可以包括，但不限于：电网检测模块205、并网保护开关1006、并网保护开关控制模块207、逆变器串检测模块209、并网器控制模块211、逆变器串开关控制模块213和逆变器串开关215。其中，逆变器串检测模块209用于检测逆变器串的交流输出特性，逆变器串的交流输出特性包括：电流、电压、频率、相位、过零点及其相应能计算出的参数；其中，相应能计算出的参数包括：电流有效值、有功功率、无功功率和功率因数等。电网检测模块205用于检测电网108的交流特性，包括：电压、频率和相位等。并网器控制模块211分别与逆变器串检测模块209和电网检测模块205相连接，用于对逆变器串的交流输出特性和电网108的交流特性进行数据处理，产生针对逆变器串或者并网保护的控制信号。并网保护开关1006的一端与逆变器串1、逆变器串2和逆变器串3这三个逆变器串的火线L 201’相连接，另一端与电网108的三个火线输入端相连接，用于当电网108的电压或者频率超出设定的保护范围时，或者电网108停电时，关断并网保护开关1006以实现并网保护的功能。并网保护开关控制模块207分别与并网器控制模块211和并网保护开关1006相连接，用于接收针对并网保护的控制信号，控制并网保护开关1006的断开和导通。逆变器串开关215的一端与逆变器串的公共零线N 202’相连接，另一端与电网108的零线输入端相连接，用于适时断开逆变器串的公共零线202，以断开往电网108输送电流和功率。逆变器串开关控制模块213分别与并网器控制模块211和逆变器串开关215相连接，用于接收针对逆变器串的控制信号，从而控制逆变器串开关215的断开和导通。
可见，对于三相电网而言，如图9所示，三串逆变器串分别连接三个火线，零线共用一根，并网保护开关在火线上，而逆变器串开关在零线上。这样，零线没有电流，减少了电能损耗，同时可以用很细的电缆，降低成本。而图10中显示了对于三相电网的并网器的模块示意图，和单相电网的并网器类似，只是并网保护开关1006变成了三相开关。
对于三相电网的应用而言，该串联型微型逆变器的内部构造与单相应用应该是相同的。借用前述图4所示，该逆变器102可以包括，但不限于：直流检测模块503、电力转换电路505、电力转换控制模块507、逆变输出开停控制模块509、交流输出电压获取模块511和交流检测模块513。其中，直流检测模块503与逆变器102的直流输入端相连接，用于检测输入逆变器102的直流输入电压和直流输入电流。电力转换电路505分别与逆变器102的直流输入端和交流输出端相连接，用于将直流电转换为交流电。交流检测模块513与逆变器102的交流输出端相连接，用于检测输出逆变器102的交流输出电压和交流输出电流，发送给电力转换控制模块507用于产生驱动信号。电力转换控制模块507分别与直流检测模块503、交流检测模块513和电力转换电路505相连接，用于产生和发送给电力转换电路505的一驱动信号，以实现想要的交流电。交流输出电压获取模块511与交流检测模块513相连接，用于获取逆变器102的输出电压。逆变输出开停控制模块509分别与交流输出电压获取模块511和电力转换控制模块507相连接，用于根据逆变器102的输出电压，控制逆变器102输出的开启和停机。
综上所述，本发明通过对串联型微型逆变器与并网器的控制方式设计，实现串联型微型逆变器结构的平稳启动，不需要通讯系统，对整个系统的正常状态运行没有影响，最大程度利用了直流电源(光伏组件)的输出功率。
本发明具有串联型微型逆变器系统的所有优点，但不需要通讯系统来发送控制命令给每一个逆变器，提高了逆变器系统的可靠性。而且，该逆变器系统通用于各种不同频率和电压的电网，并网器可实现对电网异常的可靠保护，而不需要多个逆变器做保护。
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 (2)

1.一种串联型微型逆变器系统中的逆变器(102)的工作方法，包括步骤：
A.检测来自于直流电源(101)的直流输入电压；
B.判断所述直流电源(101)是否工作正常；若否，则返回上述步骤A；若是，则执行下述步骤C；
C.启动所述逆变器(102)；
D.将所述逆变器(102)设定运行在最大功率点跟踪状态；
E.产生与电网(108)同步的交流输出电压(Vout)；
F.检测所述交流输出电压(Vout)，将其分别与一输出电压阈值的上限电压(Voff)和一输出电压阈值的下限电压(Von)作对比，所述上限电压(Voff)和所述下限电压(Von)均是人为设定的；
G.判断所述交流输出电压(Vout)是否大于所述下限电压(Von)；若否，则执行下述步骤H；若是，则执行下述步骤I；
H.通过逆变输出开停控制模块(509)控制所述逆变器(102)重新开始工作，然后继续并返回上述步骤F；
I.再判断所述交流输出电压(Vout)是否大于所述上限电压(Voff)；若否，则执行下述步骤J；若是，则执行下述步骤K；
J.保持所述逆变器(102)的工作状态，然后继续并返回上述步骤F；
K.通过所述逆变输出开停控制模块(509)控制所述逆变器(102)到暂停逆变状态，然后继续并返回上述步骤F；
其中，所述串联型微型逆变器系统包括：
多个串联型微型逆变器(102)，分别与多个直流电源(101)一一对应连接，各个所述逆变器(102)的直流输入端分别与各个所述直流电源(101)的输出端相连，各个所述逆变器(102)的交流输出端彼此串联，成为一个逆变器串；在所述逆变器串中，前一个所述逆变器(102)的零线接口和后一个所述逆变器的火线接口相连接；以及
并网器(104)，其输入端分别与所述逆变器串两端的火线(L)和零线(N)相连接，其输出端与一单相电网(108)相连接，所述并网器(104)用于检测所述逆变器串的交流输出特性和检测所述电网(108)的交流特性，获取所述逆变器串和所述电网(108)的各种电能参数及其相应能计算出的参数后，对数据进行处理并对所述逆变器(102)进行控制；
其中，所述并网器(104)包括：
逆变器串检测模块(209)，用于检测所述逆变器串的交流输出特性；
电网检测模块(205)，用于检测所述电网(108)的交流特性；
并网器控制模块(211)，分别与所述逆变器串检测模块(209)和所述电网检测模块(205)相连接，用于对所述逆变器串的交流输出特性和所述电网(108)的交流特性进行数据处理，产生针对所述逆变器串或者并网保护的控制信号；
并网保护开关(206)，其一端与所述逆变器串的火线(201)相连接，另一端与所述电网(108)的火线输入端相连接，用于当所述电网(108)的电压或者频率超出设定的保护范围时，或者所述电网(108)停电时，关断所述并网保护开关(206)以实现并网保护的功能；
并网保护开关控制模块(207)，分别与所述并网器控制模块(211)和所述并网保护开关(206)相连接，用于接收针对并网保护的所述控制信号，控制所述并网保护开关(206)的断开和导通；
逆变器串开关(215)，其一端与所述逆变器串的零线(202)相连接，另一端与所述电网(108)的零线输入端相连接，用于适时断开所述逆变器串的零线(202)，以断开往所述电网(108)输送电流和功率；以及
逆变器串开关控制模块(213)，分别与所述并网器控制模块(211)和所述逆变器串开关(215)相连接，用于接收针对所述逆变器串的所述控制信号，控制所述逆变器串开关(215)的断开和导通。
2.一种串联型微型逆变器系统中的并网器(104)的工作方法，包括步骤：
I.检测电网(108)的电压、频率；
II.判断所述电网(108)是否正常；若否，则执行下述步骤III；若是，则执行下述步骤IV；
III.发送信号，断开并网保护开关(206)，然后返回上述步骤I；
IV.保持所述并网保护开关(206)闭合导通；
V.检测逆变器串的总交流输出电压(Vbus)；
VI.将所述总交流输出电压(Vbus)分别与一电网电压(Vgrid)的下限阈值(Vgrid-Vdel)和一电网电压(Vgrid)的上限阈值(Vgrid+Vdel)作对比，所述下限阈值(Vgrid-Vdel)和所述上限阈值(Vgrid+Vdel)均是人为设定的；
VII.判断所述总交流输出电压(Vbus)是否大于所述下限阈值(Vgrid-Vdel)；若否，则执行下述步骤VIII；若是，则执行下述步骤IX；
VIII.发送信号，断开逆变器串开关(215)，然后继续工作并返回上述步骤I；
IX.判断所述总交流输出电压(Vbus)是否大于所述上限阈值(Vgrid+Vdel)；若否，则执行下述步骤X；若是，则执行下述步骤XI；
X.保持所述逆变器串开关(215)的当前状态，然后继续工作并返回上述步骤I；
XI.发送信号，导通所述逆变器串开关(215)，然后继续工作并返回上述步骤I；其中，所述串联型微型逆变器系统包括：
多个串联型微型逆变器(102)，分别与多个直流电源(101)一一对应连接，各个所述逆变器(102)的直流输入端分别与各个所述直流电源(101)的输出端相连，各个所述逆变器(102)的交流输出端彼此串联，成为一个逆变器串；在所述逆变器串中，前一个所述逆变器(102)的零线接口和后一个所述逆变器的火线接口相连接；以及
并网器(104)，其输入端分别与所述逆变器串两端的火线(L)和零线(N)相连接，其输出端与一单相电网(108)相连接，所述并网器(104)用于检测所述逆变器串的交流输出特性和检测所述电网(108)的交流特性，获取所述逆变器串和所述电网(108)的各种电能参数及其相应能计算出的参数后，对数据进行处理并对所述逆变器(102)进行控制；
其中，所述并网器(104)包括：
逆变器串检测模块(209)，用于检测所述逆变器串的交流输出特性；
电网检测模块(205)，用于检测所述电网(108)的交流特性；
并网器控制模块(211)，分别与所述逆变器串检测模块(209)和所述电网检测模块(205)相连接，用于对所述逆变器串的交流输出特性和所述电网(108)的交流特性进行数据处理，产生针对所述逆变器串或者并网保护的控制信号；
并网保护开关(206)，其一端与所述逆变器串的火线(201)相连接，另一端与所述电网(108)的火线输入端相连接，用于当所述电网(108)的电压或者频率超出设定的保护范围时，或者所述电网(108)停电时，关断所述并网保护开关(206)以实现并网保护的功能；
并网保护开关控制模块(207)，分别与所述并网器控制模块(211)和所述并网保护开关(206)相连接，用于接收针对并网保护的所述控制信号，控制所述并网保护开关(206)的断开和导通；
逆变器串开关(215)，其一端与所述逆变器串的零线(202)相连接，另一端与所述电网(108)的零线输入端相连接，用于适时断开所述逆变器串的零线(202)，以断开往所述电网(108)输送电流和功率；以及
逆变器串开关控制模块(213)，分别与所述并网器控制模块(211)和所述逆变器串开关(215)相连接，用于接收针对所述逆变器串的所述控制信号，控制所述逆变器串开关(215)的断开和导通。
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