CN104796029A - 应用于光伏太阳能的微型逆变器 - Google Patents

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王灿
吴睿伊
张敏
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Abstract

本发明公开了一种应用于光伏太阳能的微型逆变器，具有集成于该微型逆变器内部的主控电路。该主控电路包括依次连接的漏感能量吸收回馈支电路、交错并联反激支电路和逆变环节支电路。交错并联反激支电路并联一只12μF左右的电容C0后，再串接一只660uH左右的电感L0，然后与逆变环节支电路相连。本发明的整体重量和体积较小，便于与各种使用场所的太阳能电池配套安装，主要元器件的参数精心选择使用，使得整个器件的输入输出能够精确计算和控制。

Description

应用于光伏太阳能的微型逆变器
技术领域
本发明涉及将太阳能电池的直流电转变为交流电的装置。
背景技术
传统的光伏并网方式是将所有的光伏电池在阳光照射下生成的直流电全部串并联在一起，再通过一个传统的逆变器将直流电逆变成交流电接入电网；传统的逆变器通常采用BOOST升压电路到600V，做DC-AC逆变，采用电压源。目前光伏系统中一般有单串联式（多个光伏电池串联后逆变）、多串联式、集中式（串联、并联混排）等几种方案。
三种系统中，系统的最大功率点跟踪是针对整个串进行的，无法保证每个组件均运行在最大功率点，也无法获得每个光伏组件的状态信息；另一方面，由于实际安装表面各个组件的安装方向和角度不一定相同，各个组件的发电效率彼此各不相同，采用集中式的最大功率点跟踪，降低了系统的发电效率。实际测量的遮盖时集中式光伏系统能量损失数据显示，3%遮盖时光伏能量就有25%的损失。
已有的微型逆变器，可以将各个太阳能电池模块分别配备逆变器及转换器功能，每块组件可单独进行电流的转化，微型逆变器能够在面板级实现最大功率点跟踪（MPPT），拥有超越中央逆变器的优势。每个微逆变器单独连接阵列中一个光伏面板。实际应用中遭遇阴影遮挡、污垢积累、光照偏离或不匹配等不理想条件时，微逆变器通过对各模块的输出功率进行优化，将使整个光伏阵列能量输出达到最大，系统的发电效益显著提高。微型逆变器的原理虽然比较清楚，但是其组成原件、结构和性能尚有待优化提高。
中国专利申请号为2012102315257的发明公开了一个微型逆变器拓扑结构，属新能源技术领域。该结构由两大部分组成：1.两组DC-DC变换部分，该部分采用的是反激式交错并联电路，主管采用有源箝位技术实现软开关；2.DC-AC变换部分，该部分的H桥实现工频变换。该制品的电路比较复杂，功率管较多故障率较高，输出的电流稳定性不够、次波谐波较多。
发明内容
发明目的：
本发明提供一种从单一太阳能电池的直流电直接逆变转换至交流电的电力变换方法及其装置。
技术方案：
本发明公开的应用于光伏太阳能的微型逆变器，安装于单一太阳能电池输入的直流电之后，输出交流电到电网（或者用电器），具有集成于该微型逆变器内部的主控电路。
该主控电路包括依次连接的漏感能量吸收回馈支电路、交错并联反激支电路和逆变环节支电路。
其中，所述的漏感能量吸收回馈支电路由两只箝位二极管Da1、Da2及一个Buck电路（降压式变换电路）构成，Da1与Da2同时起到开关管漏源电压箝位的作用，Buck电路将漏感能量回馈到输入端，同时起到调节箝位电容电压的作用。
NP1及NS1为反激变压器T1的原边和副边，NP2、NS2为反激变压器T2的原边和副边。两只上述的箝位二极管Da1、Da2分别与交错并联反激支电路的两只反激变压器的原边相连后，再汇合后串联一只共用的功率管箝位开关；功率管箝位开关后连接一只电感到单一太阳能电池的正极，功率管箝位开关后连接一只反向二极管到单一太阳能电池的负极，起到滤波、稳定输出电流和保护功率管箝位开关的作用。两只功率管开关S1、S2分别与两只反激变压器的原边串联并充当两只反激变压器的功率管主开关（功率管主开关的最大耐电压和耐电流为：160V/60A）。D1、D2分别与两只反激变压器的副边串联并作为两只反激变压器的输出整流二极管。
所述的交错并联反激支电路并联一只电容C0后，再串接一只电感L0，然后与逆变环节支电路相连。
所述的逆变环节支电路由四只功率管逆变开关S3~S6构成，逆变环节支电路输出的交流电直接连接电网（或者用电器）。
单一太阳能电池与所述的漏感能量吸收回馈支电路之间并联有一种旁路电容Cn。
根据单一太阳能电池的材料特点性能数据，优选下列参数：所述的电容Cn=11000-15000μF，电感L0=600-700μH，电容C0=9-15μF。使得电路中的电流、电压、输入输出功率、功率因子、谐振频率等数值与太阳能电池和逆变器中的电子元器件项适应，运行可靠性提高，寿命延长。
该微型逆变器工作于电流断续模式（DCM）或者电流临界连续模式（BCM）时，均具有电流源特性。
多只本发明的逆变器与单一太阳能电池的组合体用于并网供电时，可以省去电流环，只要采用锁相环就可以实现并网电流的单位功率因数，因此可以在中小功率的光伏并网发电领域获得广泛的应用。
有益效果：本发明的微逆变器具有以下优点：
1）可以将该逆变器与光伏电池组件集成为一个整体单元，可以实现模块化设计制造，单个单元的设计、加工、安装、检测、维修可以标准化，提供成品率和生产效率。传统的逆变器连接的电池数量变化范围广，不利于标准化安装使用。
2）各个支路的零件较少，占用空间较小，整体重量和体积较小，可以适应不同安装方向和角度，便于与各种使用场所的太阳能电池配套安装。
3）因为电容、电感、功率管开关等各个主要元器件的参数精心选择使用，使得整个器件的输入输出能够精确计算和控制，而且可以与电力线载波通信技术相结合，采集各个微逆变器和光伏组件的输出功率数据和工作状态信息，实现各个单元和整个系统的监控。
附图说明
图1是本发明应用中的一个主控电路结构示意图；
图中，1-单一太阳能电池；2-电容Cn；3-漏感能量吸收回馈支电路；4-反激变压器的原边；5-交错并联反激支电路；6-输出整流二极管；7-电感L0；8-逆变环节支电路；9-电网；10-功率管逆变开关；11-电容C0；12-反激变压器的副边；13-功率管主开关；14-箝位二极管；15-功率管箝位开关。
具体实施方式
本发明的一个应用于光伏太阳能的微型逆变器内部具有如图1所述的主控电路结构。该主控电路包括依次连接的漏感能量吸收回馈支电路3、交错并联反激支电路5和逆变环节支电路8；所述的漏感能量吸收回馈支电路3由两只箝位二极管14及一个Buck电路构成。
两只上述的箝位二极管14分别与交错并联反激支电路5的两只反激变压器的原边4相连；两只耐电压和耐电流为160V/60A的功率管主开关13分别与两只反激变压器的原边4串联；两只输出整流二极管6分别与两只反激变压器的副边12串联；所述的逆变环节支电路8由四只功率管逆变开关10构成，逆变环节支电路8输出的交流电直接连接电网9。
所述的交错并联反激支电路5并联一只12μF的电容C011后，再串接一只650μH的电感L07，然后与逆变环节支电路8相连。单一太阳能电池1与所述的漏感能量吸收回馈支电路3之间并联有一种旁路13000μF的电容Cn2。

Claims (6)

1.一种应用于光伏太阳能的微型逆变器，安装于单一太阳能电池（1）输入的直流电之后，输出交流电到电网（9），具有集成于该微型逆变器内部的主控电路，其特征在于：该主控电路包括依次连接的漏感能量吸收回馈支电路（3）、交错并联反激支电路（5）和逆变环节支电路（8）；所述的漏感能量吸收回馈支电路（3）由两只箝位二极管（14）及一个Buck电路构成；
两只上述的箝位二极管（14）分别与交错并联反激支电路（5）的两只反激变压器的原边（4）相连，再汇合后串联一只共用的功率管箝位开关；两只功率管主开关（13）分别与两只反激变压器的原边（4）串联；两只输出整流二极管（6）分别与两只反激变压器的副边（12）串联；所述的功率管主开关（13）的最大耐电压和耐电流为：160V/60A。
2.如权利要求1所述的应用于光伏太阳能的微型逆变器，其特征在于：所述的功率管箝位开关后连接一只电感到单一太阳能电池的正极，功率管箝位开关后连接一只反向二极管到单一太阳能电池的负极。
3.如权利要求1或2所述的应用于光伏太阳能的微型逆变器，其特征在于：所述的交错并联反激支电路（5）并联一只电容C0（11）后，再串接一只电感L0（7），然后与逆变环节支电路（8）相连。
4.如权利要求1或2所述的应用于光伏太阳能的微型逆变器，其特征在于：所述的逆变环节支电路（8）由四只功率管逆变开关（10）构成，逆变环节支电路（8）输出的交流电直接连接电网（9）。
5.如权利要求1或2所述的应用于光伏太阳能的微型逆变器，其特征在于：单一太阳能电池（1）与所述的漏感能量吸收回馈支电路（3）之间并联有一种旁路电容Cn（2）。
6.如权利要求5所述的应用于光伏太阳能的微型逆变器，其特征在于：所述的电容Cn（2）=11000-15000μF，电感L0（7）=600-700μH，电容C0（11）=9-15μF。
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