CN106329561B - 太阳能逆变器并网系统及三相并网方法 - Google Patents

太阳能逆变器并网系统及三相并网方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供一种太阳能逆变器并网系统及三相并网方法。该系统包含逆变器模块、开关模块及控制器。逆变器模块将直流电源转换成交流电源。开关模块耦接于逆变器模块及三相交流电网间，开关模块包含第一至第六开关，第一开关串接第二开关形成第一路径，第三开关串接第四开关形成第二路径，第五开关串接第六开关形成第三路径；控制器电性连接于开关模块，控制开关模块，使交流电源并入三相交流电网中。控制器先使第一路径导通，后，当第二路径中两开关满足第一特定条件时，控制器导通第二路径，后，当第三路径中两开关满足第二特定条件时，控制器导通第三路径。本发明可以有效地解决太阳能逆变器并网系统在与交流电网并网时的涌入电流。

Description

太阳能逆变器并网系统及三相并网方法
技术领域
本发明涉及一种并网系统及并网方法，且特别涉及应用在太阳能逆变器并网系统及三相并网方法。
背景技术
请参照图1，图1绘示现有的太阳能逆变器并网系统的架构图。太阳能逆变器并网系统1设于直流电压源Vin与交流电网2之间，用以将直流电压源Vin转换为交流电源并汇入交流电网2。太阳能逆变器并网系统1包含升压模块10、逆变器模块12、滤波器14及开关模块16。升压模块10电连接于直流电压源Vin，逆变器模块12电连接于升压模块10，滤波器14电连接于逆变器模块12，开关模块16耦接于滤波器14及交流电网2之间。
开关模块16包含第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5及第六开关S6，第一开关S1与第五开关S5串接于滤波器14与交流电网2之间，第二开关S2与第三开关S3串接于滤波器14与交流电网2之间，第六开关S6与第四开关S4串接于滤波器14与交流电网2之间。在此要说明的是，开关模块16是由三个双刀双掷继电器组成，其中第一开关S1及第二开关S2构成一个继电器160，第三开关S3及第四开关S4构成另一个继电器162，第五开关S5及第六开关S6则又为另一个继电器164，且每个继电器的两个开关会同时导通或同时断开。
请参照图2，图2为现有的开关模块的搭接方法流程图。于实际太阳能逆变器并网系统1与交流电网2进行并网时，开关模块16的第一至第六开关(S1-S6)的搭接方法依序包含如下步骤:(a)导通第一开关S1及第二开关S2(即使得第一开关S1及第二开关S2呈现闭路状态)(步骤S101)；(b)断开第一开关S1及第二开关S2(即使得第一开关S1及第二开关S2呈现开路状态)，并导通第三开关S3及第四开关S4(步骤S103)；(c)断开第三开关S3及第四开关S4，并导通第五开关S5及第六开关S6(步骤S105)；(d)断开第五开关S5及第六开关S6(步骤S106)；(e)判断第一至第六开关(S1-S6)是否异常(步骤S107)；(f)于步骤(e)之后，若第一至第六开关(S1-S6)皆无误动作，则同时导通第一至第六开关(S1-S6)进行并网(步骤S109)；(g)于步骤(e)之后，若第一至第六开关(S1-S6)的其中之一开关发生误动作，则停止并网(步骤S110)。
图3所示为现有的太阳能逆变器并网系统在与交流电网并网的电流曲线图。其中高电平信号表示使第一至第六开关(S1-S6)的其中的至少一个操作于导通状态，低电平信号表示使第一至第六开关(S1-S6)的其中的至少一个操作于断开状态。
于时间点t1，导通第一开关S1及第二开关S2。于时间点t2，断开第一开关S1及第二开关S2，并导通第三开关S3及第四开关S4。于时间点t3时，断开第三开关S3及第四开关S4，并导通第五开关S5及第六开关S6。于时间t4时，断开第五开关S5及第六开关S6。于时间t5时，同时导通第一至第六开关(S1-S6)。
前述太阳能逆变器并网系统1先检测第一至第六开关(S1-S6)的切换功能是否正常，并于第一至第六开关(S1-S6)的切换功能皆正常(即无误动作)后，同时导通第一至第六开关(S1-S6)，故具有操作简便的特点。然而，当第一至第六开关(S1-S6)同时导通瞬间，会产生很大的涌入电流(inrush current)，如图3所示，这会导致第一至第六开关(S1-S6)的使用寿命降低，甚至会使得第一至第六开关(S1-S6)的其中的至少一个(例如图3所示的第一开关S1)于并网时毁损，以至于无法与交流电网2进行并网。
发明内容
本发明提供一种太阳能逆变器并网系统及三相并网方法，其用以防止太阳能逆变器并网系统与交流电网并网时涌入电流。
根据本发明提供一种太阳能逆变器并网系统，应用于交流电源并入三相交流电网。太阳能逆变器并网系统包含逆变器模块、开关模块及控制器。逆变器模块将直流电源转换成交流电源。开关模块耦接于逆变器模块及三相交流电网间，以将经逆变器模块转换后的交流电源于满足特定条件时并入三相交流电网。开关模块包含第一至第六开关，第一开关串接第二开关形成第一路径，第三开关串接第四开关形成第二路径，第五开关串接第六开关形成第三路径；控制器电性连接于开关模块，控制开关模块，使交流电源并入三相交流电网中。控制器先使第一路径导通，接着当第二路径中两开关满足第一特定条件时，控制器导通第二路径，最后当第三路径中两开关满足第二特定条件时，控制器导通第三路径。
根据本发明另提供一种三相电力并网方法，用以将逆变器模块产生的一交流电源并入一三相交流电网，三相电力并网方法包含如下步骤:(a)使该逆变器模块及该三相交流电网间之一第一路径导通；(b)于满足一第一特定条件时，使该逆变器模块及该三相交流电网间之一第二路径导通；以及(c)于满足一第二特定条件时，使该逆变器模块及该三相交流电网间之一第三路径导通。
通过本发明的太阳能逆变器并网系统及三相电力并网方法，可以有效地解决太阳能逆变器并网系统在与交流电网并网时的涌入电流，降低开关模块毁损的机会，进而延长开关模块的使用寿命。
附图说明
图1绘示一种太阳能逆变器并网系统的架构图；
图2所示为现有的开关模块的搭接方法的流程图；
图3所示为现有的太阳能逆变器并网系统在与交流电网并网的电流曲线图及第一至第六开关的切换时序图；
图4绘示本发明的太阳能逆变器并网系统的一操作示意图；
图5绘示本发明的太阳能逆变器并网系统的另一操作示意图；
图6绘示本发明的太阳能逆变器并网系统的再一操作示意图；
图7绘示本发明的太阳能逆变器并网系统的又一操作示意图；
图8为本发明的开关模块的搭接方法流程图；
图9所示本发明的太阳能逆变器并网系统与交流电网并网的电流曲线图及第一至第六开关的一切换时序图；以及
图10所示本发明的太阳能逆变器并网系统与交流电网并网的电流曲线图及第一至第六开关的另一切换时序图。
附图标记说明：
1、3太阳能逆变器并网系统
10升压模块
12、32逆变器模块
14、34滤波器
16、36开关模块
160、162、164继电器
2交流电网
30电压电平调整装置
360第一继电器
362第二继电器
38控制器
C电容器
D二极管
L电感器
Q切换元件
S1第一开关
S2第二开关
S3第三开关
S4第四开关
S5第五开关
S6第六开关
Vin直流电压源
VR交流电网的第一相端的电压
VS交流电网的第二相端的电压
VT交流电网的第三相端的电压
具体实施方式
请参考随附图示，本发明公开内容的以上及额外目的、特征及优点将通过本公开内容的较佳实施例的以下阐释性及非限制性详细描叙予以更好地理解。
本发明提供一种太阳能逆变器并网系统及其开关模块的搭接方法，其可以有效地解决太阳能逆变器并网系统在与交流电网并网时的涌入电流，降低开关模块毁损的机会，进而延长开关模块的使用寿命。
请参照图4，太阳能逆变器并网系统3设于直流源(例如为直流电压源Vin)与交流电网2之间，其中交流电网2为三相交流电网，并具有第一相端(或称R相端)、第二相端(或称S相端)及第三相端(或称T相端)，在此定义第一相端的电压VR，第二相端的电压为VS，第三相端的电压为VT。
太阳能逆变器并网系统3包含电压电平调整模块30、逆变器模块32、滤波器34及开关模块36。
电压电平调整模块30电连接于直流电压源Vin。由图4可知，电压电平调整电路30为升压电路，其包含电感器L、切换元件Q、二极管D及电容器C，其中切换元件Q可为双极型晶体管。电感器L的一端点连接直流电压源Vin的高压端，另一端点连接于二极管D的阳极及切换元件Q的集极。电容器C的一端点连接于二极管D的阴极、切换元件Q的射极，及直流电压源Vin的低压端。切换元件Q可通过控制器(图中未视)进行导通及关闭的控制，并将直流电压源Vin的直流电压进行升压。在实际实施时，电压电平调整模块30也可以是降压电路，切换元件Q可以是同时具备小驱动电流及低导通电阻的绝缘栅双极晶体管(Insulated GateBipolar Transistor,IGBT)。
逆变器模块32电连接于电压电平调整模块30，用以将直流电压源Vin转换为交流电源，并于并网成功后向交流电网2输送电能。滤波器34电连接于逆变器模块32，用以滤除交流电压源中的噪声。
开关模块36耦接于滤波器34及交流电网2之间。开关模块36包含第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5及第六开关S6，开关模块36的第一至第六开关元件(S1-S6)两两一组串接于滤波器34及交流电网2之间，可以提供单一失效(singlefault)的保护机制，避免单一失效的状态下，造成交流电网2及人员安全的危害。由图4可知，第一开关S1与第二开关S2串接，形成第一路径；第三开关S3与第四开关S4串接，形成第二路径；第五开关S5与第六开关S6串接，形成第三路径。
在一实施例中，第一开关S1与第三开关S3可构成第一继电器360，且当第一继电器360导通时，第一开关S1与第三开关S3同时导通。第二开关S2及第六开关S6可构成第二继电器362，且当第二继电器362导通时，第二开关S2与第六开关S6同时导通。
请同时参照图8，图8为本发明的开关模块的搭接方法流程图。本发明的太阳能逆变器并网系统3在与交流电网2并网时，开关模块36的搭接步骤详述如下。
首先，导通第一路径(步骤S301)。如图5所示，控制器38使第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3及第六开关S6闭合，以使第一路径导通。
在此要说明的是，控制器38可以先使第一开关S1及第三开关S3闭合，再使第二开关S2及第六开关S6闭合。换言之，控制器38可以先导通第一继电器360，再导通第二继电器360。如图9所示。在图9中，高电平信号表示使第一至第六开关(S1-S6)呈闭合状态，低电平信号表示使第一至第六开关(S1-S6)呈开路状态。在时间t11，第一开关S1及第三开关S3呈闭合状态；在时间t12，第二开关S2及第六开关S6呈闭合状态，以使第一路径导通。
本发明另一实施例，控制器38可以同时使第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3及第六开关S6闭合，意即同时导通第一继电器360及第二继电器362，如图10所示。在图10中，高电平信号表示使第一至第六开关(S1-S6)呈闭合状态，低电平信号表示使第一至第六开关(S1-S6)呈开路状态。在时间t1，第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3及第六开关S6呈闭合状态，以使第一路径导通。
如图5所示，由于第三开关S3已经闭合，接着，检测第四开关S4两端的瞬时电压(相当于交流电网2的第一相端与第二相端的电压差值)，并于第四开关S4两端的瞬时电压相等，相当于满足VR-VS＝0的第一特定条件时，使第四开关S4闭合，以导通第二路径。换言之，于第三开关S3及第四开关S4两端的电压皆具有相同电压电平时，导通第二路径(步骤S305)。如图9及图10所示，在时间t2，第四开关S4呈闭合状态。
如图5所示，由于第六开关S6已经闭合，检测第五开关S5两端的瞬时电压(相当于交流电网的第一相端、第二相端及第三相端的电压差值)，并于第五开关S5两端的瞬时电压相等，相当于满足VR+VS-VT＝0的第二特定条件时，控制器38使第五开关S5闭合，以导通第三路径。换言之，于第五开关S5两端的电压及第六开关S6两端的电压皆具有相同电压电平时，导通第三路径(步骤S307)。如图9及图10所示，在时间t3，第五开关S5呈闭合状态。
本发明另一实施例，该开关模块36可为六个独立开关，控制器38可以先使第一开关S1、第二开关S2闭合以形成第一路径，且当交流电网2的第一相端与第二相端的电压差值满足VR-VS＝0的第一特定条件时，在同时闭合第三开关S3与第四开关S4以使第二路径导通。本发明的精神在于导通路径的顺序与时机点，而不限定于开关闭合的顺序。
虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的变动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (9)

1.一种太阳能逆变器并网系统，应用于一交流电源并入一三相交流电网，该太阳能逆变器并网系统包含:
一逆变器模块，将一直流电源转换成该交流电源；
一开关模块，耦接于该逆变器模块及该三相交流电网间，该开关模块包含:
一第一开关及串接的一第二开关，形成一第一路径；
一第三开关及串接的一第四开关，形成一第二路径；
一第五开关及串接的一第六开关，形成一第三路径；
一控制器，电性连接于该开关模块，控制该开关模块，使该交流电源并入该三相交流电网中；
其中该控制器先使该第一路径导通，然后，当该第二路径中两开关满足一第一特定条件时，该控制器导通该第二路径，然后，当该第三路径中两开关满足一第二特定条件时，该控制器导通该第三路径，
其中该第一特定条件为连接该第二路径的该逆变器模块及该三相交流电网的端点的电压具有相同电压电平，
其中该第二特定条件为连接该第三路径的该逆变器模块及该三相交流电网的端点的电压皆具有相同电压电平。
2.如权利要求1所述的太阳能逆变器并网系统，其中该第一开关与该第三开关构成一第一继电器，当该第一继电器导通时，该第一开关与该第三开关同时导通。
3.如权利要求2所述的太阳能逆变器并网系统，其中该第二开关及该第六开关构成一第二继电器，当该第二继电器导通时，该第二开关与该第六开关同时导通。
4.如权利要求3所述的并网系统，其中该第一继电器优先该第二继电器导通。
5.如权利要求3所述的太阳能逆变器并网系统，其中该第一继电器与第二继电器同时导通。
6.如权利要求4或5所述的太阳能逆变器并网系统，其中该第一特定条件为该第四开关的两端电压具相同电压电平。
7.如权利要求4或5所述的太阳能逆变器并网系统，其中该第二特定条件为该第五开关两端的电压具相同电压电平。
8.如权利要求1所述的太阳能逆变器并网系统，还包含:
一电压电平调整装置，电连接于该逆变器模块，以提供该逆变器模块一直流输入电压；以及
一滤波器，电连接于该逆变器模块及该开关模块，以提供该交流电源滤波。
9.一种三相电力并网方法，用以将逆变器模块产生的一交流电源并入一三相交流电网，该三相电力并网方法包含:
(a)使该逆变器模块及该三相交流电网间的一第一路径导通；
(b)于满足一第一特定条件时，使该逆变器模块及该三相交流电网间的一第二路径导通；以及
(c)于满足一第二特定条件时，使该逆变器模块及该三相交流电网间的一第三路径导通；
其中一开关模块耦接于该逆变器模块及该三相交流电网间，该开关模块包含：
一第一开关及串接的一第二开关，形成该第一路径；
一第三开关及串接的一第四开关，形成该第二路径；
一第五开关及串接的一第六开关，形成该第三路径；
其中该第一特定条件为连接该第二路径的该逆变器模块及该三相交流电网的端点的电压具有相同电压电平，
其中该第二特定条件为连接该第三路径的该逆变器模块及该三相交流电网的端点的电压具有相同电压电平。
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