CN110474605A - 开关复用型光伏储能逆变器电路及逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种开关复用型光伏储能逆变器电路及逆变器。本发明通过电池与三电平逆变电路的第一输入端连接，三电平逆变电路的第二输入端与光伏电源电路连接，三电平逆变电路的控制端与控制器连接，三电平逆变电路的输出端输出三相交流电；其中，光伏电源电路将光能转换为直流电，并将直流电传输至三电平逆变电路；三电平逆变电路对直流电升压为第一电压，并将第一电压转换为三相交流电，以实现电池充放电及对三电平逆变电路输出端连接的负载供电，通过三电平逆变电路复用元器件同时实现现有技术中的光伏升压电路的升压功能和逆变电路的电池充放电及负载供电功能，降低了光伏储能逆变器的成本、减小了光伏储能逆变器体积。

Description

开关复用型光伏储能逆变器电路及逆变器
技术领域
本发明涉及光储发电技术领域，尤其涉及一种开关复用型光伏储能逆变器电路及逆变器。
背景技术
当前，光伏储能逆变器因为具有光伏板给电池充电、光伏板给负载供电、光伏板和电池同时给负载供电、电池给负载供电、市电给电池充电等多种灵活的充放电方式，得到了快速的发展和应用。而正因为要实现多种充放电方式，光伏储能逆变器需要多级拓扑和大量的开关器件。
现有光伏储能逆变器电路中，光伏升压电路和逆变电路之间是相互独立的，电池左侧为光伏升压电路，实现对光伏板最大功率点的追踪和升压两个功能。电池右侧为逆变电路，实现给负载供电以及电池充放电功能。这种设计使得电路中开关器件和二极管较多，导致光伏储能逆变器成本高、体积大。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种开关复用型光伏储能逆变器电路及逆变器，旨在解决现有技术中光伏储能逆变器中开关器件和二极管较多导致逆变器成本高、体积大的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种开关复用型光伏储能逆变器电路，所述电路包括光伏电源电路、三电平逆变电路及电池；所述电池与所述三电平逆变电路的第一输入端连接，所述三电平逆变电路的第二输入端与所述光伏电源电路连接，所述三电平逆变电路的控制端与控制器连接，所述三电平逆变电路的输出端输出三相交流电；其中，
所述光伏电源电路，用于将光能转换为直流电，并将所述直流电传输至所述三电平逆变电路；
所述三电平逆变电路，用于对所述直流电升压为第一电压，并将所述第一电压转换为三相交流电，以实现电池充放电及对所述三电平逆变电路输出端连接的负载供电。
优选地，所述三电平逆变电路包括充放电单元及三个并联的电压控制单元；其中，
各电压控制单元的输入端均与所述光伏电源电路连接，各电压控制单元的输出端输出一相交流电，各电压控制单元的控制端分别与所述充放电单元、所述控制器连接；所述充放电单元还与所述电池连接。
优选地，所述电压控制单元包括第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件、第四开关元件、第一钳位二极管及第二钳位二极管；其中，
所述第一开关元件的第一端与直流母线正极连接，所述第一开关元件的第二端分别与所述第二开关元件的第一端、所述第一钳位二极管的阴极连接，所述第一开关元件的第三端与控制器连接；
所述第二开关元件的第二端与所述第三开关元件的第一端连接，所述第二开关元件的第二端还输出一相交流电，所述第二开关元件的第三端与所述控制器连接；
所述第三开关元件的第二端分别与所述第四开关元件的第一端、所述第二钳位二极管的阳极、所述光伏电源电路连接，所述第三开关元件的第三端与所述控制器连接；
所述第四开关元件的第二端与直流母线负极连接，所述第四开关元件的第三端与所述控制器连接；
所述第一钳位二极管的阳极分别与所述第二钳位二极管的阴极、所述充放电单元的中点连接。
优选地，每个开关元件均包括IGBT及与所述IGBT反相并联的寄生二极管；各IGBT的栅极与所述控制器连接。
优选地，所述充放电单元包括第一电容及第二电容；所述第一电容的第一端分别与所述直流母线正极、所述电池的正极连接，所述第一电容的第二端分别与所述第二电容的第一端、所述第一钳位二极管的阳极连接；所述第二电容的第二端分别与所述直流母线负极、所述电池的负极连接。
优选地，所述光伏电源电路包括光伏阵列及储能单元；所述光伏阵列的负极与所述直流母线负极连接，所述光伏阵列的正极与所述储能单元连接；所述储能单元与所述电压控制单元的输入端连接。
优选地，所述光伏阵列包括第一光伏板、第二光伏板及第三光伏板，所述储能单元包括第一储能电感、第二储能电感及第三储能电感；所述第一储能电感的第一端与所述第一光伏板的正极连接，所述第一储能电感的第二端分别与所述第三开关元件的第二端、所述第四开关元件的第一端及所述第二钳位二极管的阳极连接。
优选地，其特征在于，所述三电平逆变电路还包括三个滤波单元；每个滤波单元与一个电压控制单元对应连接。
优选地，所述滤波单元为LCL滤波器。
本发明还提出一种逆变器，所述逆变器包括如上所述的开关复用型光伏储能逆变器电路。
本发明通过电池与三电平逆变电路的第一输入端连接，三电平逆变电路的第二输入端与光伏电源电路连接，三电平逆变电路的控制端与控制器连接，三电平逆变电路的输出端输出三相交流电；其中，光伏电源电路将光能转换为直流电，并将直流电传输至三电平逆变电路；三电平逆变电路对直流电升压为第一电压，并将第一电压转换为三相交流电，以实现电池充放电及对三电平逆变电路输出端连接的负载供电，通过三电平逆变电路复用元器件同时实现现有技术中的光伏升压电路的升压功能和逆变电路的电池充放电及负载供电功能，降低了光伏储能逆变器的成本、减小了光伏储能逆变器体积。
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，显而易见地，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示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明一种开关复用型光伏储能逆变器电路一实施例的功能模块图；
图2是本发明一种开关复用型光伏储能逆变器电路一实施例的结构示意图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
100 光伏电源电路 C1～C2 第一电容至第二电容
200 三电平逆变电路 S1～S12 第一开关元件至第十二开关元件
110 光伏阵列 D1～D6 第一钳位二极管至第六钳位二极管
120 储能单元 P1～P3 第一光伏板至第三光伏板
210 充放电单元 L1～L3 第一储能电感至第三储能电感
220 电压控制单元 MCU 控制器
230 滤波单元 B 电池
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供一种开关复用型光伏储能逆变器电路。
参照图1，在一实施例中，所述电路包括光伏电源电路100、三电平逆变电路200及电池B；所述电池B与所述三电平逆变电路200的第一输入端连接，所述三电平逆变电路200的第二输入端与所述光伏电源电路100连接，所述三电平逆变电路200的控制端与控制器MCU连接，所述三电平逆变电路200的输出端输出三相交流电；其中，所述光伏电源电路100，用于将光能转换为直流电，并将所述直流电传输至所述三电平逆变电路200；所述三电平逆变电路200，用于对所述直流电升压为第一电压，并将所述第一电压转换为三相交流电，以实现电池B充放电及对所述三电平逆变电路200输出端连接的负载供电。
需要说明的是，现有光伏储能逆变器电路一般为两级结构，前级为升压电路，实现对光伏板最大功率点的追踪和升压两个功能；后级为逆变电路，实现给负载供电以及电池充放电功能；升压电路与逆变电路独立，需要较多的开关器件。本实施例通过复用开关器件，并改变光伏电源电路100、三电平逆变电路200和电池B的连接关系，通过较少的开关器件即可同时实现升压电路和逆变电路的功能。
应当理解的是，当光伏电源电路100有电时，三电平逆变电路200通过光伏电源电路100供电，电池B充电，当光伏电源电路100无电时，电池B放电，三电平逆变电路200通过电池B供电，三电平逆变电路200输出三相交流电后形成三相电源，为负载供电。
本实施例通过电池与三电平逆变电路的第一输入端连接，三电平逆变电路的第二输入端与光伏电源电路连接，三电平逆变电路的控制端与控制器连接，三电平逆变电路的输出端输出三相交流电；其中，光伏电源电路将光能转换为直流电，并将直流电传输至三电平逆变电路；三电平逆变电路对直流电升压为第一电压，并将第一电压转换为三相交流电，以实现电池充放电及对三电平逆变电路输出端连接的负载供电，通过三电平逆变电路复用元器件同时实现现有技术中的光伏升压电路的升压功能和逆变电路的电池充放电及负载供电功能，降低了光伏储能逆变器的成本、减小了光伏储能逆变器体积。
请一并参照图1和图2，图2为本发明一种开关复用型光伏储能逆变器电路一实施例的结构示意图。
本实施例中，所述三电平逆变电路200包括充放电单元210及三个并联的电压控制单元220；其中，各电压控制单元220的输入端均与所述光伏电源电路100连接，各电压控制单元220的输出端输出一相交流电，各电压控制单元220的控制端分别与所述充放电单元210、所述控制器MCU连接；所述充放电单元210还与所述电池B连接。
具体地，所述电压控制单元220包括第一开关元件S1、第二开关元件S2、第三开关元件S3、第四开关元件S4、第一钳位二极管D1及第二钳位二极管D2；其中，所述第一开关元件S1的第一端与直流母线正极连接，所述第一开关元件S1的第二端分别与所述第二开关元件S2的第一端、所述第一钳位二极管D1的阴极连接，所述第一开关元件S1的第三端与控制器MCU连接；所述第二开关元件S2的第二端与所述第三开关元件S3的第一端连接，所述第二开关元件S2的第二端还输出一相交流电，所述第二开关元件S2的第三端与所述控制器MCU连接；所述第三开关元件S3的第二端分别与所述第四开关元件S4的第一端、所述第二钳位二极管D2的阳极、所述光伏电源电路100连接，所述第三开关元件S3的第三端与所述控制器MCU连接；所述第四开关元件S4的第二端与直流母线负极连接，所述第四开关元件S4的第三端与所述控制器MCU连接；所述第一钳位二极管D1的阳极分别与所述第二钳位二极管D2的阴极、所述充放电单元210的中点连接。
应当理解的是，三个并联的电压控制单元还包括第五开关元件S5、第六开关元件S6、第七开关元件S7、第八开关元件S8、第九开关元件S9、第十开关元件S10、第十一开关元件S11、第十二开关元件S12、第三钳位二极管D3、第四钳位二极管D4、第五钳位二极管D5及第六钳位二极管D6，其连接关系在此不再赘述。
在具体实现中，第四开关元件S4、第二钳位二极管D2、第八开关元件S8、第四钳位二极管D4、第十二开关元件S12、第六钳位二极管D6既实现升压电路的功能，也可以与三电平逆变电路200中的其他器件共同实现逆变电路的功能。其中，控制器MCU通过控制开关元件的导通时间使三电平逆变电路200实现不同的功能。当然，本技术方案中控制器对于开关单元的导通时间控制所需要用到的软件程序均可参考本领域现有技术进行具体设置，本方案着重保护的为具体的电路模块以及电路模块间的连接结构。
通过对第四开关元件S4、第二钳位二极管D2、第八开关元件S8、第四钳位二极管D4、第十二开关元件S12、第六钳位二极管D6进行复用，三电平逆变电路200可以根据外界不同的环境温度、光照强度等特性来调节光伏电源电路100的输出功率，并根据最大输出功率升压，提高了功率密度。同时，由于开关元件和钳位二极管的复用，减少了现有技术中的升压电路需要用到的开关元件和二极管，降低了成本，减小了光伏储能逆变器的体积。
进一步地，为了防止开关元件被击穿，有效保护开关元件，每个开关元件均包括IGBT及与所述IGBT反相并联的寄生二极管；各IGBT的栅极与所述控制器MCU连接。
进一步地，所述充放电单元210包括第一电容C1及第二电容C2；所述第一电容C1的第一端分别与所述直流母线正极、所述电池B的正极连接，所述第一电容C1的第二端分别与所述第二电容C2的第一端、所述第一钳位二极管D1的阳极连接；所述第二电容C2的第二端分别与所述直流母线负极、所述电池B的负极连接。
应当理解的是，第一电容C1与第二电容C2的电容量应当相同，并且为了保持母线电压稳定，第一电容C1和第二电容C2的电压也应当相同，第一电容C1和第二电容C2的电压控制由控制器MCU通过控制开关元件的导通时间实现。比如，当第四开关单元S4的导通时间与第一开关单元S1的导通时间相同时，第一电容C1和第二电容C2的电压相同时，母线电压平衡。
进一步地，所述光伏电源电路100包括光伏阵列110及储能单元120；所述光伏阵列110的负极与所述直流母线负极连接，所述光伏阵列110的正极与所述储能单元120连接；所述储能单元120与所述电压控制单元220的输入端连接。
具体地，所述光伏阵列110包括第一光伏板P1、第二光伏板P2及第三光伏板P3，所述储能单元120包括第一储能电感L1、第二储能电感L2及第三储能电感L3；所述第一储能电感L1的第一端与所述第一光伏板P1的正极连接，所述第一储能电感L1的第二端分别与所述第三开关元件S3的第二端、所述第四开关元件S4的第一端及所述第二钳位二极管D2的阳极连接。
需要说明的是，第二光伏板P2与第二储能电感L2的第一端连接，第二储能电感L2的第二端分别与所述第七开关元件S7的第二端、所述第八开关元件S8的第一端及所述第四钳位二极管D4的阳极连接。第三光伏板P3与第三储能电感L3的第一端连接，第三储能电感L3的第二端分别与所述第十一开关元件S11的第二端、所述第十二开关元件S12的第一端及所述第六钳位二极管D6的阳极连接。
进一步地，所述三电平逆变电路200还包括三个滤波单元230；每个滤波单元与一个电压控制单元220对应连接。
其中，所述滤波单元230可以为LCL滤波器，也可以为LC滤波器，用于对三电平逆变电路200输出的三相交流电进行滤波后输出。为了具有更优的高频谐波衰减性及更好的滤波效果，本实施例优选使用LCL滤波器。
本实施例通过复用三电平逆变电路中的第四开关元件、第八开关元件、第十二开关元件三个开关器件，以及第二钳位二极管、第四钳位二极管、第六钳位二极管三个二极管，使其实现光伏板最大功率点的追踪和升压两个功能，减少了现有技术中升压电路中需要的三个开关器件和三个二极管，降低了光伏储能逆变器的成本、减小了光伏储能逆变器体积。
本发明还提出一种逆变器，所述逆变器包括如上所述的开关复用型光伏储能逆变器电路，所述逆变器的开关复用型光伏储能逆变器电路的电路结构可参照上述实施例，在此不再赘述；可以理解的是，由于本实施例的逆变器采用了上述开关复用型光伏储能逆变器电路的技术方案，因此所述逆变器具有上述所有的有益效果。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种开关复用型光伏储能逆变器电路，其特征在于，包括光伏电源电路、三电平逆变电路及电池；所述电池与所述三电平逆变电路的第一输入端连接，所述三电平逆变电路的第二输入端与所述光伏电源电路连接，所述三电平逆变电路的控制端与控制器连接，所述三电平逆变电路的输出端输出三相交流电；其中，
所述光伏电源电路，用于将光能转换为直流电，并将所述直流电传输至所述三电平逆变电路；
所述三电平逆变电路，用于对所述直流电升压为第一电压，并将所述第一电压转换为三相交流电，以实现电池充放电及对所述三电平逆变电路输出端连接的负载供电。
2.如权利要求1所述的开关复用型光伏储能逆变器电路，其特征在于，所述三电平逆变电路包括充放电单元及三个并联的电压控制单元；其中，
各电压控制单元的输入端均与所述光伏电源电路连接，各电压控制单元的输出端输出一相交流电，各电压控制单元的控制端分别与所述充放电单元、所述控制器连接；所述充放电单元还与所述电池连接。
3.如权利要求2所述的开关复用型光伏储能逆变器电路，其特征在于，所述电压控制单元包括第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件、第四开关元件、第一钳位二极管及第二钳位二极管；其中，
所述第一开关元件的第一端与直流母线正极连接，所述第一开关元件的第二端分别与所述第二开关元件的第一端、所述第一钳位二极管的阴极连接，所述第一开关元件的第三端与控制器连接；
所述第二开关元件的第二端与所述第三开关元件的第一端连接，所述第二开关元件的第二端还输出一相交流电，所述第二开关元件的第三端与所述控制器连接；
所述第三开关元件的第二端分别与所述第四开关元件的第一端、所述第二钳位二极管的阳极、所述光伏电源电路连接，所述第三开关元件的第三端与所述控制器连接；
所述第四开关元件的第二端与直流母线负极连接，所述第四开关元件的第三端与所述控制器连接；
所述第一钳位二极管的阳极分别与所述第二钳位二极管的阴极、所述充放电单元的中点连接。
4.如权利要求3所述的开关复用型光伏储能逆变器电路，其特征在于，每个开关元件均包括IGBT及与所述IGBT反相并联的寄生二极管；各IGBT的栅极与所述控制器连接。
5.如权利要求4所述的开关复用型光伏储能逆变器电路，其特征在于，所述充放电单元包括第一电容及第二电容；所述第一电容的第一端分别与所述直流母线正极、所述电池的正极连接，所述第一电容的第二端分别与所述第二电容的第一端、所述第一钳位二极管的阳极连接；所述第二电容的第二端分别与所述直流母线负极、所述电池的负极连接。
6.如权利要求5所述的开关复用型光伏储能逆变器电路，其特征在于，所述光伏电源电路包括光伏阵列及储能单元；所述光伏阵列的负极与所述直流母线负极连接，所述光伏阵列的正极与所述储能单元连接；所述储能单元与所述电压控制单元的输入端连接。
7.如权利要求6所述的开关复用型光伏储能逆变器电路，其特征在于，所述光伏阵列包括第一光伏板、第二光伏板及第三光伏板，所述储能单元包括第一储能电感、第二储能电感及第三储能电感；所述第一储能电感的第一端与所述第一光伏板的正极连接，所述第一储能电感的第二端分别与所述第三开关元件的第二端、所述第四开关元件的第一端及所述第二钳位二极管的阳极连接。
8.如权利要求2至7中任一项所述的开关复用型光伏储能逆变器电路，其特征在于，所述三电平逆变电路还包括三个滤波单元；每个滤波单元与一个电压控制单元对应连接。
9.如权利要求8所述的开关复用型光伏储能逆变器电路，其特征在于，所述滤波单元为LCL滤波器。
10.一种逆变器，其特征在于，包括如权利要求1-9任一权利要求所述的开关复用型光伏储能逆变器电路。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113285622A (zh) * 2021-05-18 2021-08-20 浙江华消科技有限公司 光伏逆变电路、逆变电路复用方法及装置
CN113364314A (zh) * 2021-04-26 2021-09-07 湖南大学 单级式三相3mppt型光伏逆变器及其控制策略
CN114301092A (zh) * 2021-12-24 2022-04-08 深圳市羲和未来科技有限公司 模块化光储充检智能系统

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