CN104579153A - 光伏逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏逆变器,包括控制电路、逆变电路、第一光伏电板、第二光伏电板、辅助功率调节电路;第一光伏电板的负极与第二光伏电板的正极均接地,且第一电池板的正极连接到正直流母线,第二电池板的负极连接到负直流母线;逆变电路和辅助功率调节电路均连接在正、负直流母线之间,且辅助功率调节电路和逆变电路还分别连接至控制电路;辅助功率调节电路在第一光伏电板的最大功率工作点电流与第二光伏电板的最大功率工作点电流不等时调节流过第一光伏电板、第二光伏电板的电流,使第一光伏电板和第二光伏电板分别处于最大功率工作点;并在最大功率工作点电流相等时停止工作。本发明在提高输出电压的同时减小能量损耗,且提高MPPT跟踪效果。

Description

光伏逆变器
技术领域
本发明涉及一种将直流电能转换为交流电能的逆变器,尤其涉及一种能在提高交流输出电压的同时减小能量损耗、且提高MPPT跟踪效果的光伏逆变器。
背景技术
参考图1,传统光伏逆变器通常采用DC/DC加DC/AC的方式将直流电转换为交流电,具体包括依次连接的光伏电池板PV、DC/DC电路、逆变电路。上述DC/DC电路由储能电感L’、功率开关G2’和二极管D’构成,并用于将光伏电池板PV输出的直流电压提升后输出到直流母线上,从而可以提高逆变电路输出到电网的交流电压。
这种传统电路中,太阳能光伏电池板PV输出的电能必须经过储能电感L’和二极管D’才能输出到直流母线,因此会产生能量损耗。由于DC/DC电路部分所产生的能量损耗会随着电压提升而相应的增加,在逆变器的输出电压提高的情况下,逆变器的整体效率将大大降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述能量损耗大、逆变器的整体效率降低的缺陷,提供一种能在提高输出电压的同时减小能量损耗、且提高MPPT跟踪效果的光伏逆变器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种光伏逆变器,包括控制电路、在所述控制电路的控制下将直流电转换为交流电的逆变电路,所述光伏逆变器还包括第一光伏电板、第二光伏电板、辅助功率调节电路;
所述第一光伏电板的负极与所述第二光伏电板的正极均接地,且所述第一电池板的正极连接到正直流母线,所述第二电池板的负极连接到负直流母线;所述逆变电路和辅助功率调节电路均连接在正直流母线和负直流母线之间,且所述辅助功率调节电路和逆变电路还分别连接至所述控制电路;
所述辅助功率调节电路在第一光伏电板的最大功率工作点电流与第二光伏电板的最大功率工作点电流不等时,在所述控制电路的控制下调节流过所述第一光伏电板、第二光伏电板的电流,使所述第一光伏电板和第二光伏电板分别处于最大功率工作点;并在第一光伏电板的最大功率工作点电流与第二光伏电板的最大功率工作点电流相等时,在所述控制电路的控制下停止工作。
本发明所述的光伏逆变器,其中,所述辅助功率调节电路包括第一电感、两个功率开关器件和反并联在每个功率开关器件上的续流二极管;
所述第一电感的第一端连接至所述第一光伏电板的负极与所述第二光伏电板的正极,所述第一电感的第二端经由一个所述功率开关器件连接至正直流母线,所述第一电感的第二端还经由另一个所述功率开关器件连接至负直流母线,两个功率开关器件的控制端分别连接至所述控制电路。
本发明所述的光伏逆变器,其中,所述辅助功率调节电路还包括并联在第一光伏电板上的第一滤波电容和并联在第二光伏电板上的第二滤波电容。
本发明所述的光伏逆变器,其中,所述功率开关器件为MOS管或者三极管。
本发明所述的光伏逆变器,其中,所述控制电路包括DSP控制器。
本发明所述的光伏逆变器,其中,所述逆变电路包括三个滤波电感和连接在所述正直流母线与负直流母线之间的三相桥式电路,其中:所述三相桥式电路包括控制端分别连接至所述控制电路(1)的六个功率开关器件和反并联在每个功率开关器件上的续流二极管,六个功率开关器件分别构成三个上臂和三个下臂,每一所述上臂和对应的下臂构成一相桥臂,三相桥臂并联;
所述三相桥式电路的各相桥臂的上臂和下臂的连接处分别通过一个所述滤波电感连接至三相电源的三个输入端;或者所述三相桥式电路的三相桥臂中任意两相桥臂的上臂和下臂的连接处分别通过一个所述滤波电感连接至单相电源的两个输入端。
实施本发明的光伏逆变器,具有以下有益效果:本发明设置第一光伏电板和第二光伏电板,直接提高输出的直流电压进而实现交流电压的提升;而且将第一光伏电板的负极与第二光伏电板接地,因此每一个电板的绝缘电压要求维持不变;当第一光伏电板与第二光伏电板最大功率工作点相同时,辅助功率调节电路不工作,电板上的直流电压直接输出到逆变电路,逆变器的损耗完全来自后级的逆变电路,提高了逆变器的整体效率;当第一光伏电板与第二光伏电板最大功率工作点不相同时,又可以利用辅助功率调节电路使每块光伏电板都工作在最大功率工作点,提高MPPT跟踪效果。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1是常规逆变器的结构示意图;
图2是本发明光伏逆变器的较佳实施例的结构示意图;
图3是本发明光伏逆变器的较佳实施例的电路图;
图4是本发明光伏逆变器的第一光伏电板的最大功率工作点电流大于第二光伏电板的最大功率工作点电流时的辅助功率调节电路的工作原理示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参考图2,是本发明光伏逆变器的较佳实施例的结构示意图;
本发明的光伏逆变器包括控制电路1、在所述控制电路1的控制下将直流电转换为交流电的逆变电路2,还包括第一光伏电板PV1、第二光伏电板PV2、辅助功率调节电路3;
所述第一光伏电板PV1的负极与所述第二光伏电板PV2的正极均接地,且所述第一电池板PV1的正极连接到正直流母线,所述第二电池板PV2的负极连接到负直流母线;所述逆变电路2和辅助功率调节电路3均连接在正直流母线和负直流母线之间,且所述辅助功率调节电路3和逆变电路2还分别连接至所述控制电路1;
一般,光伏电板串联的数目越多绝缘电压的要求更高,为了避免两个电板串联带来的绝缘电压要求提高的缺陷,本发明将第一光伏电板PV1与第二光伏电板PV2串接的节点接地,因此,每块光伏电板的绝缘要求不变。
所述辅助功率调节电路3在第一光伏电板PV1的最大功率工作点电流(记为I1)与第二光伏电板PV2的最大功率工作点电流(记为I2)不等时,在所述控制电路1的控制下调节流过所述第一光伏电板PV1、第二光伏电板PV2的电流,使所述第一光伏电板PV1和第二光伏电板PV2分别处于最大功率工作点;并在第一光伏电板PV1的最大功率工作点电流I1与第二光伏电板PV2的最大功率工作点电流I2相等时,在所述控制电路1的控制下停止工作。
结合图2,参考图3,具体的:
辅助功率调节电路3包括第一电感L1、两个功率开关器件G1和G2、反并联在每个功率开关器件上的续流二极管D1和D2、第一滤波电容C1和第二滤波电容C2;所述控制电路1包括DSP控制器;所述逆变电路2包括三个滤波电感和连接在所述正直流母线与负直流母线之间的三相桥式电路,所述三相桥式电路包括控制端分别连接至DSP控制器的对应引脚控制端的六个功率开关器件和反并联在每个功率开关器件上的续流二极管。
所述第一电感L1的第一端连接至所述第一光伏电板PV1的负极与所述第二光伏电板PV2的正极,所述第一电感L1的第二端经由一个所述功率开关器件G1连接至正直流母线,所述第一电感L1的第二端还经由另一个所述功率开关器件G2连接至负直流母线,两个功率开关器件G1、G2的控制端分别连接至DSP控制器的对应引脚,第一滤波电容C1并联在第一光伏电板PV1上,第二滤波电容C2并联在第二光伏电板PV2上。
三相桥式电路的六个功率开关器件分别构成三个上臂和三个下臂,每一所述上臂和对应的下臂构成一相桥臂,三相桥臂并联;
所述三相桥式电路的各相桥臂的所述上臂和所述下臂的连接处分别通过一个所述滤波电感连接至三相电源的三个输入端;或者所述三相桥式电路的三相桥臂中任意两相桥臂的所述上臂和所述下臂的连接处分别通过一个所述滤波电感连接至单相电源的两个输入端。
本发明中8个功率开关器件均为NPN型的三极管,功率开关器件的控制端即为三极管的基极。因此,续流二极管D1的正极连接至G1的发射极、续流二极管D1的负极连接至G1的集电极,其他续流二极管与三极管的反并联同理。G1的发射极与G2的集电极均连接至第一电感L1,G1的集电极连接至正直流母线,G2的发射极连接至负直流母线,G1、G2的基极分别连接至DSP控制器的对应引脚以接收PWM信号,逆变电路部分的六个功率开关器件的连接同理。
需要明确的是,本发明中功率开关器件G1-G8可以为MOS管或三极管或其他功率器件,MOS管或三极管的型号可以为P型或者N型,此处并不做限制。
本发明的工作原理如下:
a)、第一光伏电板PV1的最大功率工作点电流I1与第二光伏电板PV2的最大功率工作点电流I2相等
此时,DSP控制器输出的PWM1-PWM2信号为低电平,功率开关器件G1、G2均不工作,第一光伏电板PV1输出的电流直接到达直流母线,进而输送至逆变电路2,DSP控制器通过控制PWM3-PWM8来控制逆变电路2将直流电压转换为交流电压,此部分直流转交流的控制过程为现有技术,此处不再赘述。
因为电源为两块光伏电板,所以逆变电路2的输入直流电压直接提升,其输出的交流电压也相应提升,且直流电压是直接输送至逆变电路的,所以损耗完全来自后级的逆变电路2,与现有技术相比,既提升了逆变器的输出交流电压,又最大限度的减小了能量损耗。
b)、第一光伏电板PV1的最大功率工作点电流I1与第二光伏电板PV2的最大功率工作点电流I2不等
将第一光伏电板PV1、第二光伏电板PV2、第一电感L1的实时电流分别记为i1、i2、iL,由于第一光伏电板PV1、第二光伏电板PV2串联,所以i1与i2相等,因此,为了使得i1与i2不等,此时需要启动辅助功率调节电路3对i1与i2进行调节,如果最大功率工作点电流I1大于最大功率工作点电流I2,要使最终每块光伏电板都工作在最大功率工作点,即i1=I1、i2=I2,则必须保证流过第一电感L1的电流iL的方向如图4所示,忽略C1、C2,如此在节点S处根据KCL定律存在如下关系:i 1=i2+iL,即i1大于i2;同理,如果最大功率工作点电流I1小于最大功率工作点电流I2,则第一电感L1的电流iL与图4中相反,则才有i2=i1+iL,即i1小于i2。
因此,在最大功率工作点电流I1大于最大功率工作点电流I2时:DSP控制器输出PWM1控制功率开关器件G1导通、输出PWM2控制功率开关器件G2截止,续流二极管D1截止、续流二极管D2导通,第一电感L1、控制功率开关器件G1、续流二极管D2构成boost电路,电流流向如图4中虚线所示,第一电感L1的分流使得流过第一光伏电板PV1的电流i1大于流过第二光伏电板PV2的电流i2,通过控制PWM1的占空比可以调节电流大小,最终可以找到一个平衡点使得i1=I1、i2=I2,实现MPPT(最大功率点)跟踪,从而实时保证每块光伏电板的输出功率为最大输出功率,有效地提高电板的利用率,而且第一光伏电板PV1多余的能量通过第一电感L1沿图中虚线所示送往直流母线上。
同理,在最大功率工作点电流I1小于最大功率工作点电流I2时,DSP控制器输出PWM1控制三极管G1截止、输出PWM2控制三极管G2导通,续流二极管D1导通、续流二极管D2截止,第一电感L1、功率开关器件G2、续流二极管D1构成boost电路,第一电感L1的电流i1方向与图4相反,第一电感L1的分流使得流过第二光伏电板PV2的电流i2大于流过第一光伏电板PV1的电流i1,通过控制PWM2的占空比可以调节电流大小,最终可以找到一个平衡点使得i1=I1、i2=I2,实现MPPT跟踪,而且第二光伏电板PV2多余的能量通过第一电感L1送往直流母线上。
综上所述,本发明设置第一光伏电板和第二光伏电板,直接提高输出的直流电压进而实现交流电压的提升,而且将第一光伏电板的负极与第二光伏电板接地,每一个电板的结缘电压要求维持不变。当第一光伏电板与第二光伏电板最大功率工作点相同时,辅助功率调节电路不工作,电板上的直流电压直接输出到逆变电路,逆变器的损耗完全来自后级的逆变电路,提高了逆变器的整体效率;当第一光伏电板与第二光伏电板最大功率工作点不相同时,又可以控制辅助功率调节电路中的第一电感的分流方向,控制第一光伏电板与第二光伏电板的电流大小关系,通过控制DSP控制器输出的PWM1或PWM2的占空比实现对第一光伏电板与第二光伏电板的电流调节,使每块光伏电板的电流都处于最大功率工作点电流,提高MPPT跟踪效果。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种光伏逆变器,包括控制电路(1)、在所述控制电路(1)的控制下将直流电转换为交流电的逆变电路(2),其特征在于,所述光伏逆变器还包括第一光伏电板(PV1)、第二光伏电板(PV2)、辅助功率调节电路(3);
所述第一光伏电板(PV1)的负极与所述第二光伏电板(PV2)的正极均接地,且所述第一电池板(PV1)的正极连接到正直流母线,所述第二电池板(PV2)的负极连接到负直流母线;所述逆变电路(2)和辅助功率调节电路(3)均连接在正直流母线和负直流母线之间,且所述辅助功率调节电路(3)和逆变电路(2)还分别连接至所述控制电路(1);
所述辅助功率调节电路(3)在第一光伏电板(PV1)的最大功率工作点电流与第二光伏电板(PV2)的最大功率工作点电流不等时,在所述控制电路(1)的控制下调节流过所述第一光伏电板(PV1)、第二光伏电板(PV2)的电流,使所述第一光伏电板(PV1)和第二光伏电板(PV2)分别处于最大功率工作点;并在第一光伏电板(PV1)的最大功率工作点电流与第二光伏电板(PV2)的最大功率工作点电流相等时,在所述控制电路(1)的控制下停止工作。
2.根据权利要求1所述的光伏逆变器,其特征在于,所述辅助功率调节电路(3)包括第一电感(L1)、两个功率开关器件和反并联在每个功率开关器件上的续流二极管;
所述第一电感(L1)的第一端连接至所述第一光伏电板(PV1)的负极与所述第二光伏电板(PV2)的正极,所述第一电感(L1)的第二端经由一个所述功率开关器件连接至正直流母线,所述第一电感(L1)的第二端还经由另一个所述功率开关器件连接至负直流母线,两个功率开关器件的控制端分别连接至所述控制电路(1)。
3.根据权利要求2所述的光伏逆变器,其特征在于,所述辅助功率调节电路(3)还包括并联在第一光伏电板(PV1)上的第一滤波电容(C1)和并联在第二光伏电板(PV2)上的第二滤波电容(C2)。
4.根据权利要求2所述的光伏逆变器,其特征在于,所述功率开关器件为MOS管或者三极管。
5.根据权利要求1所述的光伏逆变器,其特征在于,所述控制电路(1)包括DSP控制器。
6.根据权利要求1所述的光伏逆变器,其特征在于,所述逆变电路(2)包括三个滤波电感和连接在所述正直流母线与负直流母线之间的三相桥式电路,其中:所述三相桥式电路包括控制端分别连接至所述控制电路(1)的六个功率开关器件和反并联在每个功率开关器件上的续流二极管,所述六个功率开关器件分别构成三个上臂和三个下臂,每一所述上臂和对应的下臂构成一相桥臂,三相桥臂并联;
所述三相桥式电路的各相桥臂的上臂和下臂的连接处分别通过一个所述滤波电感连接至三相电源的三个输入端;或者所述三相桥式电路的三相桥臂中任意两相桥臂的上臂和下臂的连接处分别通过一个所述滤波电感连接至单相电源的两个输入端。
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