CN111884255A - 一种光伏逆变器及光伏系统 - Google Patents

一种光伏逆变器及光伏系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光伏逆变器,包括反激变换器、逆变电路、交流电压检测模块以及控制模块。具体地,本申请中的反激变换器先将光伏组件输出的第一直流电进行升压,从而使逆变电路能够对升压处理后的第二直流电进行逆变处理,输入到交流电网中。本申请实现了反激变换器中的原边主开关管和短路开关的复用,在交流电压检测模块检测到交流电网断开时,控制模块发送安规闭合指令控制短路开关闭合,从而将每个光伏组件的输出电压关断,满足了安全规定的要求,且结构简单,成本低。本发明还公开了一种光伏系统,具有与上述光伏逆变器相同的有益效果。

Description

一种光伏逆变器及光伏系统
技术领域
本发明涉及电能转换领域,特别是涉及一种光伏逆变器及光伏系统。
背景技术
光伏逆变器可以将光伏组件产生的直流电转换为市电频率交流电并输出至交流电网。在交流电网断开时,光伏逆变器停止工作,但是光伏组件会输出高电压,有安全风险,不满足安全规定的要求。因此,最安全的做法是把光伏组件的输出电压关断,以尽量减小直流高压。现有技术中在光伏组件的输出端额外增加了关断装置,从而将光伏组件的输出电压关断,该种方式虽然能够减小光伏组件的输出电压,但是这同样增加了光伏逆变器的结构的复杂性,同时也增加了成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种光伏逆变器及光伏系统,满足了安全规定的要求,且结构简单,成本低。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种光伏逆变器,包括:
输入端与光伏组件的输出端连接的反激变换器,用于对所述光伏组件输出的第一直流电进行升压处理,得到第二直流电;
构成所述反激变换器中的原边主开关管的短路开关,用于在接收到安规闭合信号后闭合,以将所述光伏组件的输出端短路;
输入端与所述反激变换器的输出端连接,输出端与交流电网连接的逆变电路,用于将所述第二直流电逆变为交流电,并输出到所述交流电网中;
输入端与所述交流电网连接的交流电压检测模块,用于检测所述交流电网的交流电压;
输入端与所述交流电压检测模块连接,输出端与所述短路开关的控制端连接的控制模块,用于在基于所述交流电压检测到所述交流电网断开时发送所述安规闭合信号。
优选地,所述短路开关为场效应管、双极型晶体管或继电器中的一种。
优选地,所述控制模块包括:
开关控制电路,用于在基于所述交流电压检测到所述交流电网断开时发送所述安规闭合信号;
开关驱动电路,用于对所述安规闭合信号进行驱动。
优选地,所述开关驱动电路包括光耦或者升压变压器。
优选地,还包括:
设置于所述逆变电路与所述交流电网之间的电网侧滤波电路,用于对所述交流电进行滤波。
优选地,所述交流电压检测模块的供电电源设置于所述光伏组件和所述反激变换器之间,用于在所述逆变电路正常工作时所述光伏组件对自身进行充电,且为所述交流电压检测模块供电。
优选地,所述供电电源为电容。
优选地,所述反激变换器包括:
变压器,用于对所述第一直流电进行升压;
其中,所述变压器的原边绕组的同名端作为所述反激变换器的正输入端,所述变压器的原边绕组的非同名端与所述原边主开关管的第一端连接,所述原边主开关管的第二端作为所述反激变换器的负输入端;
所述原边主开关管;
阳极与所述原边主开关管的第二端连接,阴极与所述原边主开关管的第一端连接的第一二极管;
阳极与所述变压器的副边绕组的非同名端连接,阴极作为所述反激变换器的正输出端的第二二极管;
所述变压器的副边绕组的同名端作为所述反激变换器的负输出端。
优选地,所述控制模块,具体用于在基于所述交流电压检测到所述交流电网断开时发送所述安规闭合信号,以控制所述短路开关周期性断开,且所述短路开关每周期断开时,所述光伏组件的输出端的电压满足安规要求。
本申请还提供了一种光伏系统,包括光伏组件,还包括如上述所述的光伏逆变器。
本发明提供了一种光伏逆变器,包括反激变换器、逆变电路、交流电压检测模块以及控制模块。具体地,本申请中的反激变换器先将光伏组件输出的第一直流电进行升压,从而使逆变电路能够对升压处理后的第二直流电进行逆变处理,输入到交流电网中。本申请实现了反激变换器中的原边主开关管和短路开关的复用,在交流电压检测模块检测到交流电网断开时,控制模块发送安规闭合指令控制短路开关闭合,从而将每个光伏组件的输出电压关断,满足了安全规定的要求,且结构简单,成本低。
本发明还提供了一种光伏系统,具有与上述光伏逆变器相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对现有技术和实施例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获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种光伏逆变器的结构示意图;
图2为本发明提供的另一种光伏逆变器的结构示意图;
图3为本发明提供的一种光伏逆变器的供电电源及反激变换器的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种光伏逆变器及光伏系统,满足了安全规定的要求,且结构简单,成本低。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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做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。
本发明提供了一种光伏逆变器,请参照图1,图1为本发明提供的一种光伏逆变器的结构示意图。
该光伏逆变器包括:
输入端与光伏组件的输出端连接的反激变换器1,用于对光伏组件输出的第一直流电进行升压处理,得到第二直流电;
构成反激变换器1中的原边主开关管的短路开关5,用于在接收到安规闭合信号后闭合,以将光伏组件的输出端短路;
输入端与反激变换器1的输出端连接,输出端与交流电网连接的逆变电路2,用于将第二直流电逆变为交流电,并输出到交流电网中;
输入端与交流电网连接的交流电压检测模块3,用于检测交流电网的交流电压;
输入端与交流电压检测模块3连接,输出端与短路开关5的控制端连接的控制模块4,用于在基于交流电压检测到交流电网断开时发送安规闭合信号。
考虑到在交流电网断开时,光伏逆变器停止工作,但是光伏组件会输出高电压,有安全风险,不满足安全规定的要求,而现有技术中在光伏组件的输出端额外设置的关断装置虽然能使光伏组件的输出端短路,但是由于关断装置包括关断器和信号发生器,又造成了光伏逆变器结构复杂,高成本的问题。
为解决上述问题,本申请考虑到反激变换器1中包括原边主开关管,在逆变电路2停止工作后,原边主开关管闭合时,反激变换器1的输入端短路,基于这种设置,本申请将反激变换器1中的原边主开关管作为短路开关5,也即实现原边主开关管和短路开关5的复用。具体地,本申请在交流电压检测模块3检测到交流电网断开时,由控制模块4发送安规闭合信号,使构成反激变换器1中的原边主开关管的短路开关5闭合,从而实现将光伏组件的输出端短路,使得光伏组件的输出电压变为0,满足了安规要求,此外,实现了反激变换器1中的原边主开关管和短路开关5的复用,使光伏逆变器的结构更简单,成本也更低。
此外,由于光伏组件输出的第一直流电的电压通常比交流电网上的电压阈值低,因此,为了实现逆变电路2的输出端与交流电网的可靠并联,本申请在光伏组件和逆变电路2之间还设置了反激变换器1,能够对第一直流电进行升压处理,从而得到逆变电路2可以进行逆变处理的第二直流电。此外,在实际应用中,还可以通过反激变换器1跟踪光伏组件的最大功率。
此外,交流电网断开时,由于短路开关5闭合,光伏组件的输出端短路,逆变电路2的输入电压也为零,如果光伏组件的输出端一直处于短路状态,那么即便交流电网重新连接,逆变电路2也无法重新启动,因此,在实际应用中,本申请中的交流电压检测模块3还能够在短路开关5闭合时不停地对交流电网的交流电压进行检测,当检测到交流电网重新连接时,向控制模块4发出信号,从而控制短路开关5断开,以便逆变电路2的输入电压为光伏组件的输出电压,后续便可通过控制短路开关5的导通或者关断来实现逆变电路2的正常工作。
其中,交流电网断开是指交流电网的空气开关断开或者电网断电,本申请对此不作特别的限定。
综上,本申请不仅满足了安全规定的要求,且结构简单,成本低。
在上述实施例的基础上:
作为一种优选的实施例,短路开关5为场效应管、双极型晶体管或继电器中的一种。
在实际应用中,为了能够实现短路开关5在接收到控制模块4发送的安规闭合信号后闭合,因此,短路开关5可以选用场效应管,其中,场效应管中的栅极为控制端,可以通过向场效应管的栅极发送安规闭合信号,从而控制场效应管的源极和漏极之间的导通,即短路开关5的闭合;短路开关5还可以为双极型晶体管,其中,双极型晶体管的栅极为控制端,可以通过向双极型晶体管的栅极发送安规闭合信号,从而控制双极型晶体管的源极和漏极之间的导通,即短路开关5的闭合;此外,短路开关5还可以用继电器实现,可以通过向继电器的控制端发送安规闭合信号,从而控制继电器的触点闭合,即短路开关5的闭合。
此外,由于场效应管、双极型晶体管或继电器中的任一种结构都较为简单,且控制可靠性较高,进一步简化了光伏逆变器的结构。
此外,本申请并不限定选用哪种装置作为短路开关5。
作为一种优选的实施例,控制模块4包括:
开关控制电路,用于在基于交流电压检测到交流电网断开时发送安规闭合信号;
开关驱动电路,用于对安规闭合信号进行驱动。
本实施例中,考虑到控制模块4在接收到交流电压检测模块3检测到交流电网断开之后,会向短路开关5发送安规闭合信号,控制短路开关5闭合,因此,设置了开关控制电路,开关控制电路可以在基于交流电压检测到交流电网断开时向发送安规闭合信号,但是开关控制电路发送的安规闭合信号的驱动能力较弱,以至于无法控制短路开关5闭合,因此,本申请还设置了开关驱动电路,可以对安规闭合信号进行驱动,增大安规闭合信号的驱动能力,从而实现对短路开关5进行控制,使其闭合,提高了短路开关5的控制可靠性。
作为一种优选的实施例,开关驱动电路包括光耦或者升压变压器。
在实际应用中,可以将光耦或者升压变压器作为开关驱动电路,从而实现对安规闭合信号的驱动和放大,此外,光耦和升压变压器还能够将输入端与输出端隔离,提高控制模块4的抗干扰能力。
当然,本申请并不限定选用哪种装置作为开关驱动电路。
请参照图2,图2为本发明提供的另一种光伏逆变器的结构示意图。
作为一种优选的实施例,还包括:
设置于逆变电路2与交流电网之间的电网侧滤波电路7,用于对交流电进行滤波。
本实施例中,考虑到逆变电路2对第二直流电进行逆变后输出的交流电中可能会夹杂一些杂波,为了将杂波滤除,本申请在逆变电路2和交流电网之间设置了电网侧滤波电路7,从而能够将交流电中的杂波滤除,使得交流电更为纯净。
作为一种优选的实施例,交流电压检测模块3的供电电源6设置于光伏组件和反激变换器1之间,用于在逆变电路2正常工作时光伏组件对自身进行充电,且为交流电压检测模块3供电。
在实际应用中,交流电压检测模块3需要供电电源供电才能够正常工作,而为保证供电电源的电量能够一直满足交流电压检测模块3的供电需求,现有技术中通常是为供电电源单独设置一个充电电源,该种设置方式会使光伏逆变器的结构更加复杂。
为解决上述技术问题,本申请在光伏组件和反激变换器1之间设置了供电电源6,为交流电压检测模块3进行供电。此外,光伏组件还可以为供电电源6充电,保证了交流电压检测模块3持续得电,从而在交流电网断开时也能持续不断地对交流电网的交流电压进行检测。可见,通过该种方式无需设置额外的充电电源,进一步简化了光伏逆变器的结构。
请参照图3,图3为本发明提供的一种光伏逆变器的供电电源及反激变换器的结构示意图。
作为一种优选的实施例,供电电源6为电容Cdc。
考虑到供电电源6不仅需要为交流电压检测模块3供电,自身也需要充电,因此,本申请将电容Cdc作为供电电源6,电容Cdc具有结构简单的优点。此外,由于供电电源6设置于光伏组件和反激变换器1之间,电容Cdc还能够起到对光伏组件输出的第一直流电进行滤波处理的作用。
当然,本申请并不限定选用哪种装置作为供电电源6。
作为一种优选的实施例,反激变换器1包括:
变压器T,用于对第一直流电进行升压;
其中,变压器T的原边绕组的同名端作为反激变换器1的正输入端,变压器T的原边绕组的非同名端与原边主开关管的第一端连接,原边主开关管的第二端作为反激变换器1的负输入端;
原边主开关管;
阳极与原边主开关管的第二端连接,阴极与原边主开关管的第一端连接的第一二极管D1;
阳极与变压器的副边绕组的非同名端连接,阴极作为反激变换器1的正输出端的第二二极管D2;
变压器T的副边绕组的同名端作为反激变换器1的负输出端。
本申请中的反激变换器1包括变压器,变压器T能够对第一直流电进行升压,从而使逆变电路2能够对升压处理后的第二直流电进行逆变处理。
如图3所示,在短路开关5,即原边主开关管闭合后,光伏组件的短路电流Isc流过变压器和原边主开关管,光伏组件的输出电压,也即反激变换器1的输入电压被拉低到0V,实现了光伏组件的输出端的短路。
此外,在逆变电路2正常工作时,短路开关5恢复到原边主开关管的身份,通过控制原边主开关管的开关频率来控制反激变换器1的工作模式,反激变换器1通常包括断续导通模式和临界连续导通模式。
当然,本申请对反激变换器1的类型不作特别的限定,能满足本申请的功能即可。
作为一种优选的实施例,控制模块4,具体用于在基于交流电压检测到交流电网断开时发送安规闭合信号,以控制短路开关5周期性断开,且短路开关5每周期断开时,光伏组件的输出端的电压满足安规要求。
本实施例中,考虑到在交流电网断开时,光伏组件的输出端短路,无法为供电电源6充电,也就无法使交流电网检测模块对交流电网的交流电压进行连续不断的检测,因此,需要周期性的断开短路开关5,使光伏组件能够在短路开关5断开的时间内为供电电源6充电,但是为了避免短路开关5断开的时间过长,光伏组价会输出高电压,不满足安全规定的要求,每周期短路开关5断开的时间要小于安规时间阈值,这里的安规时间阈值通常为ms级,本申请对安规时间阈值的具体数值不作限定,能够满足安全规定的要求即可。
本申请还提供了一种光伏系统,包括光伏组件,还包括如上述的光伏逆变器。
本申请中可以将多个光伏组件串联输入,对光伏组件的数量不作特别的限定。
对于本发明提供的一种光伏系统的介绍请参照上述实施例,本发明在此不再赘述。
还需要说明的是,在本说明书中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其他实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种光伏逆变器,其特征在于,包括:
输入端与光伏组件的输出端连接的反激变换器,用于对所述光伏组件输出的第一直流电进行升压处理,得到第二直流电;
构成所述反激变换器中的原边主开关管的短路开关,用于在接收到安规闭合信号后闭合,以将所述光伏组件的输出端短路;
输入端与所述反激变换器的输出端连接,输出端与交流电网连接的逆变电路,用于将所述第二直流电逆变为交流电,并输出到所述交流电网中;
输入端与所述交流电网连接的交流电压检测模块,用于检测所述交流电网的交流电压;
输入端与所述交流电压检测模块连接,输出端与所述短路开关的控制端连接的控制模块,用于在基于所述交流电压检测到所述交流电网断开时发送所述安规闭合信号。
2.如权利要求1所述的光伏逆变器,其特征在于,所述短路开关为场效应管、双极型晶体管或继电器中的一种。
3.如权利要求1所述的光伏逆变器,其特征在于,所述控制模块包括:
开关控制电路,用于在基于所述交流电压检测到所述交流电网断开时发送所述安规闭合信号;
开关驱动电路,用于对所述安规闭合信号进行驱动。
4.如权利要求3所述的光伏逆变器,其特征在于,所述开关驱动电路包括光耦或者升压变压器。
5.如权利要求1所述的光伏逆变器,其特征在于,还包括:
设置于所述逆变电路与所述交流电网之间的电网侧滤波电路,用于对所述交流电进行滤波。
6.如权利要求1所述的光伏逆变器,其特征在于,所述交流电压检测模块的供电电源设置于所述光伏组件和所述反激变换器之间,用于在所述逆变电路正常工作时所述光伏组件对自身进行充电,且为所述交流电压检测模块供电。
7.如权利要求6所述的光伏逆变器,其特征在于,所述供电电源为电容。
8.如权利要求1所述的光伏逆变器,其特征在于,所述反激变换器包括:
变压器,用于对所述第一直流电进行升压;
其中,所述变压器的原边绕组的同名端作为所述反激变换器的正输入端,所述变压器的原边绕组的非同名端与所述原边主开关管的第一端连接,所述原边主开关管的第二端作为所述反激变换器的负输入端;
所述原边主开关管;
阳极与所述原边主开关管的第二端连接,阴极与所述原边主开关管的第一端连接的第一二极管;
阳极与所述变压器的副边绕组的非同名端连接,阴极作为所述反激变换器的正输出端的第二二极管;
所述变压器的副边绕组的同名端作为所述反激变换器的负输出端。
9.如权利要求1至8任一项所述的光伏逆变器,其特征在于,所述控制模块,具体用于在基于所述交流电压检测到所述交流电网断开时发送所述安规闭合信号,以控制所述短路开关周期性断开,且所述短路开关每周期断开时,所述光伏组件的输出端的电压满足安规要求。
10.一种光伏系统,包括光伏组件,其特征在于,还包括如权利要求1至9任一项所述的光伏逆变器。
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