CN106329576A - 一种新型光伏离并网的逆变装置 - Google Patents

一种新型光伏离并网的逆变装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型光伏离并网的逆变装置，包括光伏输入模块、市电输入模块、蓄电池输入模块和逆变输出模块，还包括模式切换电路和PFC升压电路；所述模式切换电路用于控制PFC升压电路和市电输入模块的通断，和控制PFC升压电路和蓄电池输入模块的通断。所述新型光伏离并网的逆变装置使市电工作范围变宽，蓄电池的充放电切换频率降低，延长蓄电池使用寿命，为负载提供稳定不间断的电源。所述新型光伏离并网的逆变装置具有较强的环境适应性，适用于电网质量较差，电压不稳定的地区。

Description

一种新型光伏离并网的逆变装置
技术领域
本发明涉及电力电子设备领域，尤其涉及一种新型光伏离并网的逆变装置。
背景技术
随着技术的发展和节能减排的开展，光伏发电越来越受到重视和关注，光伏逆变装置可将太阳能转化为电能，是光伏发电系统中的重要装置。光伏逆变装置多种多样，其中离并网型的光伏逆变装置因其具有离网和并网两者模式，使用灵活而得到广泛应用。离并网型的光伏逆变装置在有市电时处于并网模式，由电网向负载供电，并且太阳能能量可传输到电网中；在市电掉电时处于离网模式，由太阳能和蓄电池两者向负载输出能量。但现有离并网型的光伏逆变装置，市电的工作范围窄，在市电电压较低或较高时均须将光伏离并网逆变装置与电网隔离，由蓄电池放电来补充太阳能板电量的不足，当蓄电池电量耗光时将无法给负载供电，并且频繁的充放电也会降低蓄电池的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提出一种既可充分利用太阳能，又可提供稳定不间断电源，且市电工作范围宽的新型光伏离并网的逆变装置。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种新型光伏离并网的逆变装置，包括光伏输入模块、市电输入模块、蓄电池输入模块和逆变输出模块，还包括模式切换电路和PFC升压电路；
所述市电输入模块的输出端和模式切换电路的市电输入开关电连接，所述蓄电池输入模块的输出端和模式切换电路的电池输入开关电连接，所述PFC升压电路的输入端和模式切换电路的输出口电连接，所述光伏输入模块的输出端、PFC升压电路的输出端和逆变输出模块的输入端电连接；
所述模式切换电路用于控制PFC升压电路和市电输入模块的通断，和控制PFC升压电路和蓄电池输入模块的通断。
优选地，所述光伏输入模块包括光伏输入端口和MPPT控制电路，所述光伏输入端口和所述MPPT控制电路的输入端电连接，所述MPPT控制电路的输出端和逆变输出模块的输入端电连接；
所述MPPT控制电路用于控制太阳能板通过光伏输入端口的输入电量。
优选地，蓄电池输入模块包括蓄电池连接端口和电池充电电路，所述模式切换电路的电池输入开关和所述电池充电电路的输出端均与蓄电池连接端口电连接，所述电池充电电路的输入端和MPPT控制电路的输出端电连接；
所述电池充电电路用于控制和蓄电池连接端口电连接的蓄电池的充电电量。
优选地，所述市电输入模块包括市电输入端口和整流桥，所述整流桥的输入端和市电输入端口电连接，所述整流桥的输出端和模式切换电路的市电输入开关电连接；
所述逆变输出模块包括交流输出端口和逆变电路，所述MPPT控制电路的输出端、PFC升压电路的输出端和逆变电路的输入端电连接，所述逆变电路的输出端和交流输出端口电连接。
优选地，所述PFC升压电路包括电感L2、二极管D2、电容C2和开关管Q4，所述电感L2的一端、开关管Q4的漏极和二极管D2的正极电连接，所述二极管D2的负极和电容C2的一端电连接，所述开关管Q4的发射极和电容C2的另一端电连接；
所述模式切换电路包括晶闸管Q2、Q3，所述晶闸管Q2的正极和整流桥的直流正极输出端电连接，所述晶闸管Q2、Q3的负极和电感L2的另一端电连接，所述晶闸管Q3的正极和蓄电池连接端口的正极电连接；
所述整流桥的直流负极输出端和电容C2的另一端电连接。
优选地，所述MPPT控制电路包括电感L1、开关管Q1、二极管D1和电容C1，所述电感L1的一端和光伏输入端口的正极电连接，所述电感L1的另一端、开关管Q1的漏极和二极管D1的正极电连接，所述二极管D1的负极、电容C1的一端和电容C2的一端电连接，所述光伏输入端口的负极、开关管Q1的发射极和电容C1的另一端均与电容C2的另一端电连接。
优选地，所述电池充电电路包括电感L3、二极管D3和开关管Q9，所述电感L3的一端和蓄电池连接端口的正极电连接，所述电感L3的另一端、二极管D3的负极和开关管Q9的发射极电连接，所述二极管D3的正极、蓄电池连接端口的负极和电容C2的另一端电连接。
优选地，所述逆变电路包括开关管Q5、Q6、Q7、Q8、变压器T4和电容C3，所述开关管Q5、Q7的漏极和电容C2的一端电连接，所述开关管Q5、Q7的发射极和开关管Q6、Q8的漏极电连接，所述开关管Q6、Q8的发射极和电容C2的另一端电连接；
所述变压器T4的一次绕组串联于开关管Q5的发射极和开关管Q8的漏极之间，所述变压器T4的二次绕组和电容C3并联，所述电容C3的一端和交流输出端口的L端电连接，所述电容C3的另一端和交流输出端口的N端电连接。
优选地，还包括联动开关S1，所述市电输入端口通过联动开关S1和交流输出端口电连接。
所述新型光伏离并网的逆变装置设置所述模式切换电路和PFC升压电路，使市电工作范围变宽，蓄电池的充放电切换频率降低，延长蓄电池使用寿命，为负载提供稳定不间断的电源。所述新型光伏离并网的逆变装置具有较强的环境适应性，适用于电网质量较差，电压不稳定的地区。
附图说明
附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明其中一个实施例的逆变装置模块关系示意图；
图2是本发明其中一个实施例的逆变装置整体电路示意图；
图3是本发明其中一个实施例的逆变装置部分电路放大示意图；
图4是本发明其中一个实施例的逆变装置市电正常时工作原理图；
图5是本发明其中一个实施例的逆变装置市电低压和高压时工作原理图；
图6是本发明其中一个实施例的逆变装置市电掉电时工作原理图。
其中：光伏输入端口1；市电输入端口2；蓄电池连接端口3；交流输出端口4；整流桥21；模式切换电路22；PFC升压电路23；逆变电路41；MPPT控制电路11；电池充电电路31；电感L1、L2、L3；二极管D1、D2、D3；电容C1、C2、C3；开关管Q1、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9；晶闸管Q2、Q3；变压器T4；联动开关S1。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本实施例的新型光伏离并网的逆变装置，包括光伏输入模块、市电输入模块、蓄电池输入模块和逆变输出模块，如图1所示，还包括模式切换电路22和PFC升压电路23；
所述市电输入模块的输出端和模式切换电路22的市电输入开关电连接，所述蓄电池输入模块的输出端和模式切换电路22的电池输入开关电连接，所述PFC升压电路23的输入端和模式切换电路22的输出口电连接，所述光伏输入模块的输出端、PFC升压电路23的输出端和逆变输出模块的输入端电连接；
所述模式切换电路22用于控制PFC升压电路23和市电输入模块的通断，和控制PFC升压电路23和蓄电池输入模块的通断。
所述新型光伏离并网的逆变装置，如图1所示，包括光伏输入端口1、市电输入端口2、蓄电池连接端口3和交流输出端口4，所述光伏输入端口1和太阳能板电连接，所述蓄电池连接端口3和蓄电池电连接，所述市电输入端口2和电网电连接，所述交流输出端口4和负载电连接。现有的光伏离并网逆变装置，市电的工作范围窄，在市电电压较低或较高时均须将光伏离并网逆变装置与电网隔离，由蓄电池放电来补充太阳能板电量的不足，当蓄电池电量耗光时将无法给负载供电，并且频繁的充放电也会降低蓄电池的使用寿命。
而所述新型光伏离并网的逆变装置设置所述模式切换电路22和PFC升压电路23：在市电处于低压或高压时，模式切换电路22的市电输入开关闭合，市电从市电输入端口2输入并依次经过整流桥21、模式切换电路22、PFC升压电路23和逆变电路41向交流输出端口4供电，从而PFC升压电路23对整流后的市电进行功率因数校正，提高市电的有效利用率，为负载提供稳定的交流电源；
在市电掉电时，模式切换电路22的电池输入开关闭合，电池电量从蓄电池连接端口3输入并依次经过模式切换电路22、PFC升压电路23和逆变电路41向交流输出端口4供电，从而蓄电池的直流输出经PFC升压电路23升压后，和太阳能板的直流输出一起经过逆变处理向负载供电。
所述新型光伏离并网的逆变装置使市电工作范围变宽，蓄电池的充放电切换频率降低，延长蓄电池使用寿命，为负载提供稳定不间断的电源。所述新型光伏离并网的逆变装置具有较强的环境适应性，适用于电网质量较差，电压不稳定的地区。
优选地，所述光伏输入模块包括光伏输入端口1和MPPT控制电路11，如图1所示，所述光伏输入端口1和所述MPPT控制电路11的输入端电连接，所述MPPT控制电路11的输出端和逆变输出模块的输入端电连接；所述MPPT控制电路11用于控制太阳能板通过光伏输入端口1的输入电量。所述MPPT控制电路11和光伏输入端口1串接，所述MPPT控制电路11为最大功率点跟踪的太阳能控制电路，可对太阳能板的直流输出进行调节，将低压的直流输出升压并以最大输出功率输出，最大限度地提高太阳能的利用率。
优选地，蓄电池输入模块包括蓄电池连接端口3和电池充电电路31，所述模式切换电路22的电池输入开关和所述电池充电电路31的输出端均与蓄电池连接端口3电连接，所述电池充电电路31的输入端和MPPT控制电路11的输出端电连接；所述电池充电电路31用于控制和蓄电池连接端口3电连接的蓄电池的充电电量。太阳能板的直流输出经MPPT控制电路11处理后，再经电池充电电路31向蓄电池充电，所述电池充电电路31用于控制蓄电池的充电电量，以防止过充、漏充等发生。
优选地，所述市电输入模块包括市电输入端口2和整流桥21，所述整流桥21的输入端和市电输入端口2电连接，所述整流桥21的输出端和模式切换电路22的市电输入开关电连接；所述逆变输出模块包括交流输出端口4和逆变电路41，所述MPPT控制电路11的输出端、PFC升压电路23的输出端和逆变电路41的输入端电连接，所述逆变电路41的输出端和交流输出端口4电连接。
优选地，如图2、图3所示，所述PFC升压电路23包括电感L2、二极管D2、电容C2和开关管Q4，所述电感L2的一端、开关管Q4的漏极和二极管D2的正极电连接，所述二极管D2的负极和电容C2的一端电连接，所述开关管Q4的发射极和电容C2的另一端电连接；
所述模式切换电路22包括晶闸管Q2、Q3，所述晶闸管Q2的正极和整流桥21的直流正极输出端电连接，所述晶闸管Q2、Q3的负极和电感L2的另一端电连接，所述晶闸管Q3的正极和蓄电池连接端口3的正极电连接；所述整流桥21的直流负极输出端和电容C2的另一端电连接。
所述整流桥21由四个二极管首尾串联而成，所述整流桥21的交流输入端和市电输入端口2串接，可对电网的交流输出进行整流变成直流输出，以便与后续对电网的输出电压进行滤波调压等处理。所述模式切换电路22包括晶闸管Q2、Q3，通过晶闸管Q2的通断来控制整流桥21和PFC升压电路23间的通断，通过晶闸管Q3的通断来控制蓄电池连接端口3和PFC升压电路23间的通断。所述PFC升压电路23由电感L2、二极管D2、电容C2和开关管Q4构成升压斩波电路，当晶闸管Q2导通时PFC升压电路23对经整流桥21整流后的市电进行功率因数校正，当晶闸管Q3导通时PFC升压电路23对蓄电池的直流输出进行升压处理。
优选地，如图2、图3所示，所述MPPT控制电路11包括电感L1、开关管Q1、二极管D1和电容C1，所述电感L1的一端和光伏输入端口1的正极电连接，所述电感L1的另一端、开关管Q1的漏极和二极管D1的正极电连接，所述二极管D1的负极、电容C1的一端和电容C2的一端电连接，所述光伏输入端口1的负极、开关管Q1的发射极和电容C1的另一端均与电容C2的另一端电连接。所述MPPT控制电路11由电感L1、开关管Q1、二极管D1和电容C1构成升压斩波电路，对通过开关管Q1的通断来对太阳能板的直流输出进行调节，将低压的直流输出升压并以最大输出功率输出，最大限度地提高太阳能的利用率。
优选地，所述电池充电电路31包括电感L3、二极管D3和开关管Q9，如图2、图3所示，所述电感L3的一端和蓄电池连接端口3的正极电连接，所述电感L3的另一端、二极管D3的负极和开关管Q9的发射极电连接，所述二极管D3的正极、蓄电池连接端口3的负极和电容C2的另一端电连接。所述电池充电电路31由电感L3、二极管D3和开关管Q9构成降压斩波电路，通过开关管Q9的通断来控制和蓄电池连接端口3电连接的蓄电池的充电电量。
优选地，所述逆变电路41包括开关管Q5、Q6、Q7、Q8、变压器T4和电容C3，如图2、图3所示，所述开关管Q5、Q7的漏极和电容C2的一端电连接，所述开关管Q5、Q7的发射极和开关管Q6、Q8的漏极电连接，所述开关管Q6、Q8的发射极和电容C2的另一端电连接；所述变压器T4的一次绕组串联于开关管Q5的发射极和开关管Q8的漏极之间，所述变压器T4的二次绕组和电容C3并联，所述电容C3的一端和交流输出端口4的L端电连接，所述电容C3的另一端和交流输出端口4的N端电连接。所述逆变电路41由开关管Q5、Q6、Q7、Q8、变压器T4和电容C3构成单相桥式逆变电路，对PFC升压电路23输出的直流电和MPPT控制电路11输出的直流电转换为交流电，逆变后的交流电为正弦波形，无杂波，从而为负载提供优质电源。
优选地，如图2所示，还包括联动开关S1，所述市电输入端口2通过联动开关S1和交流输出端口4电连接。
所述市电输入端口2通过联动开关S1和交流输出端口4电连接，实现电网直接向负载供电。所述新型光伏离并网的逆变装置的工作原理如下：
在市电正常时，如图4所示，晶闸管Q2、Q3断开，联动开关S1闭合，逆变装置处于并网模式，负载由电网直接供电，同时太阳能板的直流输出用来给蓄电池充电并将剩余的电量通过逆变电路41输送到电网。
在市电处于低压或高压时，如图5所示，联动开关S1断开，逆变装置处于离网模式；并且晶闸管Q2闭合和晶闸管Q3断开，电网的交流输出通过整流和功率因数校正后，与太阳能板的直流输出一起给蓄电池充电和通过逆变电路41给负载供电。
在市电掉电时，如图6所示，联动开关S1断开，逆变装置处于离网模式；并且晶闸管Q3闭合和晶闸管Q2断开，蓄电池的直流输出通过升压后，和太阳能板的直流输出一起通过逆变电路41给负载供电。
本实施例的新型光伏离并网的逆变装置具有以下有益效果：1.设置所述模式切换电路22和PFC升压电路23，使市电工作范围变宽，蓄电池的充放电切换频率降低，延长蓄电池使用寿命，为负载提供稳定不间断的电源；2.所述MPPT控制电路11对太阳能板的直流输出进行调节，将低压的直流输出升压并以最大输出功率输出，最大限度地提高太阳能的利用率；3.所述电池充电电路31用于控制蓄电池的充电电量，以防止过充、漏充等发生。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种新型光伏离并网的逆变装置，包括光伏输入模块、市电输入模块、蓄电池输入模块和逆变输出模块，其特征在于：还包括模式切换电路和PFC升压电路；
所述市电输入模块的输出端和模式切换电路的市电输入开关电连接，所述蓄电池输入模块的输出端和模式切换电路的电池输入开关电连接，所述PFC升压电路的输入端和模式切换电路的输出口电连接，所述光伏输入模块的输出端、PFC升压电路的输出端和逆变输出模块的输入端电连接；
所述模式切换电路用于控制PFC升压电路和市电输入模块的通断，和控制PFC升压电路和蓄电池输入模块的通断。
2.根据权利要求1所述的新型光伏离并网的逆变装置，其特征在于：所述光伏输入模块包括光伏输入端口和MPPT控制电路，所述光伏输入端口和所述MPPT控制电路的输入端电连接，所述MPPT控制电路的输出端和逆变输出模块的输入端电连接；
所述MPPT控制电路用于控制太阳能板通过光伏输入端口的输入电量。
3.根据权利要求2所述的新型光伏离并网的逆变装置，其特征在于：蓄电池输入模块包括蓄电池连接端口和电池充电电路，所述模式切换电路的电池输入开关和所述电池充电电路的输出端均与蓄电池连接端口电连接，所述电池充电电路的输入端和MPPT控制电路的输出端电连接；
所述电池充电电路用于控制和蓄电池连接端口电连接的蓄电池的充电电量。
4.根据权利要求2所述的新型光伏离并网的逆变装置，其特征在于：所述市电输入模块包括市电输入端口和整流桥，所述整流桥的输入端和市电输入端口电连接，所述整流桥的输出端和模式切换电路的市电输入开关电连接；
所述逆变输出模块包括交流输出端口和逆变电路，所述MPPT控制电路的输出端、PFC升压电路的输出端和逆变电路的输入端电连接，所述逆变电路的输出端和交流输出端口电连接。
5.根据权利要求4所述的新型光伏离并网的逆变装置，其特征在于：所述PFC升压电路包括电感L2、二极管D2、电容C2和开关管Q4，所述电感L2的一端、开关管Q4的漏极和二极管D2的正极电连接，所述二极管D2的负极和电容C2的一端电连接，所述开关管Q4的发射极和电容C2的另一端电连接；
所述模式切换电路包括晶闸管Q2、Q3，所述晶闸管Q2的正极和整流桥的直流正极输出端电连接，所述晶闸管Q2、Q3的负极和电感L2的另一端电连接，所述晶闸管Q3的正极和蓄电池连接端口3的正极电连接；
所述整流桥的直流负极输出端和电容C2的另一端电连接。
6.根据权利要求2或5所述的新型光伏离并网的逆变装置，其特征在于：所述MPPT控制电路包括电感L1、开关管Q1、二极管D1和电容C1，所述电感L1的一端和光伏输入端口的正极电连接，所述电感L1的另一端、开关管Q1的漏极和二极管D1的正极电连接，所述二极管D1的负极、电容C1的一端和电容C2的一端电连接，所述光伏输入端口的负极、开关管Q1的发射极和电容C1的另一端均与电容C2的另一端电连接。
7.根据权利要求3或5所述的新型光伏离并网的逆变装置，其特征在于：所述电池充电电路包括电感L3、二极管D3和开关管Q9，所述电感L3的一端和蓄电池连接端口的正极电连接，所述电感L3的另一端、二极管D3的负极和开关管Q9的发射极电连接，所述二极管D3的正极、蓄电池连接端口的负极和电容C2的另一端电连接。
8.根据权利要求4或5所述的新型光伏离并网的逆变装置，其特征在于：所述逆变电路包括开关管Q5、Q6、Q7、Q8、变压器T4和电容C3，所述开关管Q5、Q7的漏极和电容C2的一端电连接，所述开关管Q5、Q7的发射极和开关管Q6、Q8的漏极电连接，所述开关管Q6、Q8的发射极和电容C2的另一端电连接；
所述变压器T4的一次绕组串联于开关管Q5的发射极和开关管Q8的漏极之间，所述变压器T4的二次绕组和电容C3并联，所述电容C3的一端和交流输出端口的L端电连接，所述电容C3的另一端和交流输出端口的N端电连接。
9.根据权利要求4所述的新型光伏离并网的逆变装置，其特征在于：还包括联动开关S1，所述市电输入端口通过联动开关S1和交流输出端口电连接。
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