CN109494801A - 一种离并网光伏逆变系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种离并网光伏逆变系统，包括：并网逆变器模块、离网逆变器模块、电池充放电模块、电池模块以及最大功率点跟踪控制器、光伏组件；所述并网逆变器的第一端用于与市电连接，所述并网逆变器的第二端与所述离网逆变器的第一端连接；所述离网逆变器的第二端用于与负载连接；所述电池充放电模块的第一端与所述电池模块连接，所述电池充放电模块的第二端与所述并网逆变器的第二端连接；所述光伏组件的输出端与所述最大功率点跟踪控制器的第一端连接，所述最大功率点跟踪控制器的第二端与所述并网逆变器的第二端连接。上述系统采用功率的模块化和供电的多制式设计，在生产、运输、使用和维修过程中，具有更大的灵活性和方便性。

Description

一种离并网光伏逆变系统
技术领域
本发明涉及光伏储能技术领域，尤其涉及一种离并网光伏逆变系统。
背景技术
现有的离并网太阳能逆变器，主要有以下几类：
1、采用单逆变器架构，该架构只是在传统的并网逆变器基础上进行简单改进而成。该架构成本低，但是纯离网和纯并网两种模式只能二选一，因此其市电工作的范围窄，不适于供电环境差的地方。
2、采用双逆变器的塔式架构，该架构下并网和离网都使用各自单独的逆变器。该架构成本较高，但是离网和并网逆变器可以同时工作，因此其市电工作范围宽。目前这种架构的逆变器使用塔式结构设计，不同的功率配置就对应不同的结构和元件。在生产、运输、销售和维修各个环节都不够灵活。
发明内容
针对以上的不足，本发明提供了一种离并网光伏逆变系统，采用功率的模块化和供电的多制式设计，在生产、运输、使用和维修过程中，具有更大的灵活性和方便性。
为了解决上述问题，本发明提供一种离并网光伏逆变系统，包括并网逆变器模块、离网逆变器模块、电池充放电模块、电池模块以及最大功率点跟踪控制器、光伏组件；所述并网逆变器的第一端用于与市电连接，所述并网逆变器的第二端与所述离网逆变器的第一端连接；所述离网逆变器的第二端用于与负载连接；所述电池充放电模块的第一端与所述电池模块连接，所述电池充放电模块的第二端与所述并网逆变器的第二端连接；所述光伏组件的输出端与所述最大功率点跟踪控制器的第一端连接，所述最大功率点跟踪控制器的第二端与所述并网逆变器的第二端连接。
优选地，还包括旁路模块；所述旁路模块的第一端用于与所述市电连接，所述旁路模块的第二端与所述负载连接；所述旁路模块用于在所述并网逆变器及所述离网逆变器的逆变器停机时，控制所述市电能量输出给所述负载。
优选地，所述旁路模块包括功率半导体开关元件和旁路控制单元；所述功率半导体开关元件分别连接所述市电和所述负载；所述旁路控制单元用于控制所述功率半导体开关元件的开启与关闭。
优选地，所述功率半导体开关元件包括晶闸管；所述晶闸管与所述系统接入的所述市电的数量相同。
优选地，所述电池充放电模块包括电池升压单元；所述电池升压单元的输入端与所述电池模块的输出端连接，所述电池升压单元的输出端与所述并网逆变器的第二端连接；所述电池升压单元用于将所述电池模块输出的电压进行升压。
优选地，所述电池充放电模块包括电池充电单元；所述电池充电单元的输入端与所述并网逆变器的第二端连接，所述电池充电单元的输出端与所述电池模块的输入端连接；所述电池充电单元用于向所述电池模块进行充电。
优选地，所述并网逆变器为多个；多个所述并网逆变器分别用于与每个所述市电连接；每个并网逆变器还分别与所述离网逆变器的第一端连接。
优选地，所述离网逆变器为多个；多个所述离网逆变器分别与所述并网逆变器的第一端；每个离网逆变器还分别与所述负载连接。
优选地，多个所述离网逆变器还用于与所述系统之外的功率模块的逆变器并联。
优选地，每个离网逆变器短接后与所述负载连接。
本发明的有益效果：
上述离并网光伏逆变系统，可以根据不同的需要将光伏组件的太阳能输入的能量自动转换提供给市电、电池模块和负载。采用功率的模块化，即将系统的逆变器模块划分为离网逆变器模块和并网逆变器模块，以及供电的多制式设计，即市电、电池模块及光伏组件，相比塔式结构，在生产、运输、使用和维修过程中，具有更大的灵活性和方便性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明一实施例中的一种离并网光伏逆变系统的结构示意图；
图2是本发明一具体实施方式中的一种离并网光伏逆变系统的架构示意图；
图3是本发明一具体实施方式中的旁路模块的结构示意图；
图4是本发明一具体实施方式中的功率模块的结构示意图；
图5是本发明一具体实施方式中的能量转换的流程示意图；
图6是本发明另一具体实施方式中的能量转换的流程示意图；
图7是本发明又一具体实施方式中的能量转换的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种离并网光伏逆变系统。在一实施例中，如图1所示，该离并网光伏逆变系统包括并网逆变器模块200、离网逆变器模块300、电池充放电模块500、电池模块600以及最大功率点跟踪控制器700以及光伏组件800。
并网逆变器模块200的第一端用于与市电100连接，并网逆变器模块200的第二端与离网逆变器模块300的第一端连接。离网逆变器模块300的第二端用于与负载400连接。其中，并网逆变器模块200为双向逆变器模块，即可以实现将市电100的能量输出到系统的其他模块，也可以将系统其他模块的能量输出到市电100。离网逆变器模块300可以是双向或者单向逆变器模块。
在一实施例中，并网逆变器模块200包括多个并网逆变器。每个并网逆变器分别用于与每个市电100(系统接入多个市电接口)连接，每个并网逆变器还分别与离网逆变器模块300的第一端连接。
在一实施例中，离网逆变器模块300包括多个离网逆变器。每个离网逆变器分别与并网逆变器模块200的第一端，每个离网逆变器还分别与负载400连接。多个离网逆变器还用于与系统之外的功率模块的逆变器并联。多个所述离网逆变器短接后与负载400连接。
电池充放电模块500的第一端与电池模块600连接，电池充放电模块500的第二端与并网逆变器模块500的第二端连接。电池模块600在光伏能量和市电能量都不能提供足够的能量以供系统工作时，通过电池充放电模块500向系统提供功率差额部分能量，也可以利用光伏能量和市电能量通过电池充放电模块500向电池模块600。其中，电池充放电模块500包括电池升压单元和电池充电单元(图未示)。电池升压单元的输入端与电池模块600的输出端连接，电池升压单元的输出端与并网逆变器模块200的第二端连接，电池升压单元用于将所述电池模块输出的电压进行升压。电池充电单元的输入端与并网逆变器模块200的第二端连接，电池充电单元的输出端与电池模块600的输入端连接，电池充电单元用于向所述电池模块进行充电。
光伏组件800的输出端与最大功率点跟踪控制器700的第一端连接，最大功率点跟踪控制器700的第二端与并网逆变器模块200的第二端连接。光伏组件800将太阳能转化为电能后，向系统输出电能。最大功率点跟踪控制器700在各种情形下都可以使光伏组件800得到最大的功率输出。具体地，使用智能跟踪算法获取光伏组件800的最大功率点，可以防止蓄电池过度放电而造成损坏。
上述离并网光伏逆变系统，可以根据不同的需要将光伏组件800的太阳能输入的能量自动转换提供给市电100、电池模块600和负载400。采用功率的模块化，即将系统的逆变器模块划分为离网逆变器模块300和并网逆变器模块200，以及供电的多制式设计，即市电100、电池模块600及光伏组件800，相比塔式结构，在生产、运输、使用和维修过程中，具有更大的灵活性和方便性。
在一实施例中，离并网光伏逆变系统还包括旁路模块(图未示)。旁路模块的第一端用于与市电100连接，旁路模块的第二端与负载400连接。旁路模块用于在并网逆变器模块200及离网逆变器模块300的逆变器停机时，控制市电100能量输出给负载400。旁路模块包括功率半导体开关元件和旁路控制单元。功率半导体开关元件分别连接市电100和负载400，旁路控制单元用于控制功率半导体开关元件的开启与关闭。功率半导体开关元件包括晶闸管，晶闸管与系统接入的市电100的数量相同。
为了进一步详述上述离并网光伏逆变系统，以下提供一具体实施方式：
该实施方式提供一种模块化多制式的离并网太阳能逆变系统。该系统支持离网和并网同时工作，同时采用标准模块的设计，用户根据自身供电需求灵活组合。其中，在该实施方式中，系统接入三个市电接口，并网逆变器模块包括三个逆变器，离网逆变器模块包括三个逆变器。负载输出可以是三相输出或者单向输出。具体参见图2所示：
如图2所示，该系统主要由标准机架(机箱)、旁路模块和若干个功率模块组成。其中，机架按照标准机柜的尺寸设计，内部安装各个功率模块的接口和输入输出配电等。
如图3所示，旁路模块内部主要由三个晶闸管和控制电路组成。主要功能是：当逆变器停机时导通，将市电送给负载，保证用户负载端的供电不中断。旁路模块可以设置成单相或三相模式，设置成三相模式时，输入输出的A、B、C各对应交流的A、B、C三相；设置成单相模式时，直接将输入的A、B、C短接，输出的A、B、C短接。
如图4所示，功率模块内部包含6个逆变器、一个电池升压单元、一个电池充电单元、一个MPPT最大功率点跟踪控制器和功率控制电路组成。
其中，1～3号逆变器与市电连接，实现变流功能。通过软件控制算法使得这3个变流器可以独立工作，输入市电的相序不影响变流器的工作。当直流总线能量充足时，这3个变流器将能量输出到电网，实现并网功能。当直流总线能量不足时，这3个变流器从电网取得能量提供给整机工作，实现整流功能。
其中4～6号逆变器作为离网型逆变器，将直流总线的能量逆变成稳定的交流电供给负载使用。用户可以设置让这3个逆变器输出3相电还是输出单相电。同时着个逆变器还需要和其他功率模块的逆变器并联，给用户提供更高功率的输出。
MPPT最大功率点跟踪控制器将太阳能板的发电量升压提供给整机工作。电池升压单元在太阳能和市电能量都不足时工作，提供功率差额部分。电池充电单元给电池提供充电功能。
功率模块可以设置成单相或三相模式，设置成三相模式时，输入输出的A、B、C各对应交流的A、B、C三相。设置成单相模式时，直接将输入的A、B、C短接，输出的A、B、C短接。
如图5所示，本系统可以根据不同的需要将PV(光伏)太阳能输入的能量自动转换提供给市电、电池和负载。如图6所示，可以将电池的能量转换给负载和市电。如图7所示，也可以成市电获取能量供给电池和负载。因此，实现太阳能、电池和市电间的能量自由转换，同时由独立的逆变器给用户负载端提供稳定不间断的供电，相比单逆变器架构，市电的可供电范围可以做的更宽。采用功率的模块化和供电的多制式设计，相比塔式结构，本设计在生产、运输、使用和维修过程中，具有更大的灵活性和方便性。
以上对本发明实施例所提供的一种离并网光伏逆变系统进行了详细介绍，本文中采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种离并网光伏逆变系统，其特征在于，包括：并网逆变器模块、离网逆变器模块、电池充放电模块、电池模块以及最大功率点跟踪控制器、光伏组件；
所述并网逆变器模块的第一端用于与市电连接，所述并网逆变器模块的第二端与所述离网逆变器模块的第一端连接；所述离网逆变器模块的第二端用于与负载连接；
所述电池充放电模块的第一端与所述电池模块连接，所述电池充放电模块的第二端与所述并网逆变器模块的第二端连接；
所述光伏组件的输出端与所述最大功率点跟踪控制器的第一端连接，所述最大功率点跟踪控制器的第二端与所述并网逆变器模块的第二端连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括旁路模块；所述旁路模块的第一端用于与所述市电连接，所述旁路模块的第二端与所述负载连接；所述旁路模块用于在所述并网逆变器模块及所述离网逆变器模块的逆变器停机时，控制所述市电能量输出给所述负载。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述旁路模块包括功率半导体开关元件和旁路控制单元；所述功率半导体开关元件分别连接所述市电和所述负载；所述旁路控制单元用于控制所述功率半导体开关元件的开启与关闭。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述功率半导体开关元件包括晶闸管；所述晶闸管与所述系统接入的所述市电的数量相同。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电池充放电模块包括电池升压单元；所述电池升压单元的输入端与所述电池模块的输出端连接，所述电池升压单元的输出端与所述并网逆变器模块的第二端连接；所述电池升压单元用于将所述电池模块输出的电压进行升压。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电池充放电模块包括电池充电单元；所述电池充电单元的输入端与所述并网逆变器模块的第二端连接，所述电池充电单元的输出端与所述电池模块的输入端连接；所述电池充电单元用于向所述电池模块进行充电。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述并网逆变器模块包括多个并网逆变器；每个所述并网逆变器分别用于与每个所述市电连接；每个并网逆变器还分别与所述离网逆变器模块的第一端连接。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述离网逆变器模块包括多个离网逆变器；每个所述离网逆变器分别与所述并网逆变器模块的第一端；每个离网逆变器还分别与所述负载连接。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，多个所述离网逆变器还用于与所述系统之外的功率模块的逆变器并联。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，多个所述离网逆变器短接后与所述负载连接。
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