CN113141156A - 光伏逆变电路、装置及三相逆变电路复用方法 - Google Patents

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CN113141156A CN202110416273.4A CN202110416273A CN113141156A CN 113141156 A CN113141156 A CN 113141156A CN 202110416273 A CN202110416273 A CN 202110416273A CN 113141156 A CN113141156 A CN 113141156A
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Abstract

本发明公开了一种光伏逆变电路、装置及三相逆变电路复用方法，所述电路包括光伏组件、第一电感、控制开关模块及三相逆变电路；光伏组件通过第一电感与三相逆变电路和控制开关模块连接，控制开关模块与电池连接，三相逆变电路的输出端与三相负载连接；控制开关模块用于将电流方向设置为单向导通或双向导通；三相逆变电路还用于在控制开关模块为单向导通时，与第一电感和控制开关模块组成升压电路；三相逆变电路用于将直流电压进行逆变，以生成三相交流电压；升压电路用于将光伏组件输出的直流电压进行升压后为电池充电。本发明能够通过复用三相逆变电路实现升压功能，减少电路中电子元件的数量，降低电路的生产成本，还能够提升装置的功率密度。

Description

光伏逆变电路、装置及三相逆变电路复用方法
技术领域
本发明涉及光伏领域，尤其涉及光伏逆变电路、装置及三相逆变电路复用方法。
背景技术
在现有的光伏电路中，为了实现光伏向电池充电、电池向交流负载供电以及光伏为交流负载供电等功能，通常需要分别设置Boost升压电路和逆变电路。其中，升压电路能够对光伏板输出的直流电压进行升压，以为电池进行充电；而逆变电路则能够将电池输出的电压或光伏板输出的电压进行逆变，以将直流电压转换为交流电压为交流负载进行供电。在上述电路中，升压电路设置于光伏板与电池之间，而逆变电路则设置于交流负载与光伏板或电池之间。光伏电路与逆变电路中需要设置有大量电子器件，从而使得光伏电路的器件成本较高，并且器件数量较多还会导致光伏装置的体积过大。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种光伏逆变电路、装置及三相逆变电路复用方法，旨在解决现有的光伏电路器件成本较高且占用体积较大的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种光伏逆变电路，其特征在于，包括光伏组件、第一电感、控制开关模块及三相逆变电路；
所述光伏组件的正极与所述第一电感的第一端连接，所述第一电感的第二端分别与所述三相逆变电路的第一端和所述控制开关模块的第一端连接，所述控制开关模块的第二端与电池正极连接，电池负极与所述光伏组件的负极连接，所述三相逆变电路的第二端与所述光伏组件的负极连接，所述三相逆变电路的输出端与三相负载连接；
所述控制开关模块，用于将电流方向设置为单向导通或双向导通；
所述三相逆变电路，还用于在所述控制开关模块为单向导通时，与所述第一电感和所述控制开关模块组成升压电路；
所述三相逆变电路，用于将所述光伏组件输出的直流电压进行逆变，以生成三相交流电压为三相负载供电，和/或，在所述控制开关模块为双向导通时，将电池输出的直流电压进行逆变，以生成三相交流电压为三相负载供电；
所述升压电路，用于将所述光伏组件输出的直流电压进行升压后为电池充电。
可选地，所述三相逆变电路包括三个单相逆变电路，每个单相逆变电路包括上桥臂、下桥臂和相电感；
在每个单相逆变电路中，上桥臂的第一端与所述第一电感的第二端连接，上桥臂的第二端与下桥臂的第一端连接，下桥臂的第二端与所述光伏组件的负极连接，上桥臂和下桥臂的公共端还通过相电感与三相负载连接。
可选地，所述上桥臂包括第一开关器件及第二开关器件，所述下桥臂包括第三开关器件及第四开关器件；
所述第一开关器件的第一端与所述第一电感的第二端连接，所述第一开关器件的第二端与所述第二开关器件的第一端连接，所述第二开关器件的第二端通过相电感与三相负载连接；
所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第三开关器件及所述第四开关器件的受控端分别与对应的控制信号输出端连接，以使每个开关器件根据接收到的控制信号调整通断状态。
可选地，每个开关器件包括三极管以及反向二极管；所述三极管的集电极、发射极和基极分别为每个开关器件的第一端、第二端和受控端，所述反向二极管的正极与所述三极管的发射极连接，所述反向二极管的负极与所述三极管的集电极连接。
可选地，每个开关器件包括第一MOS管，所述第一MOS管上设置有体二极管；所述第一MOS管的漏极、源极和栅极分别为每个开关器件的第一端、第二端和受控端。
可选地，所述单相逆变电路还包括第一二极管及第二二极管；所述光伏组件包括第一组件和第二组件，所述第一组件与所述第二组件串联；
所述第一组件的正极为所述光伏组件的正极，所述第二组件的负极为所述光伏组件的负极，所述第一组件和所述第二组件的公共端分别与所述第一二极管的正极和所述第二二极管的负极连接，所述第一二极管的负极与所述第一开关器件和所述第二开关器件的公共端连接，所述第二二极管的正极与所述第三开关器件和所述第四开关器件的公共端连接。
可选地，所述三相逆变电路，还用于根据控制信号输出端输出的控制信号控制每个单相逆变电路的上桥臂和下桥臂同时导通或同时截止；
每个单相逆变电路在上桥臂和下桥臂同时导通或同时截止时与所述第一电感和所述控制开关模块组成升压电路。
可选地，所述光伏逆变电路还包括第二电感，电池负极和所述三相逆变电路的第二端通过所述第二电感与所述光伏组件的负极连接。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种三相逆变电路复用方法，包括以下步骤：
控制三相逆变电路中的单相逆变电路的上桥臂和下桥臂同时导通或同时截止，以使单相逆变电路与控制开关模块和第一电感组成升压电路。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种光伏逆变装置，所述光伏逆变装置包括光伏逆变电路，所述光伏逆变电路被配置为如上所述的光伏逆变电路。
本发明通过在光伏逆变电路中设置电感以及控制开关模块，能够对原有的三相逆变电路中的部分电路进行复用，并与电感以及控制开关模块组成升压电路，以使光伏组件能够通过升压电路为电池进行充电。相比于现有技术中升压电路和逆变电路相互独立存在，通过复用三相逆变电路实现升压功能能够减少电路中电子元件的数量，降低电路的生产成本，还能够通过降低电子元件的数量减小装置的体积和质量，以提高功率密度。
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为本发明光伏逆变电路一实施例的模块示意图；
图2为图1实施例的电路结构示意图。
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。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
10 光伏组件 L1 第一电感
20 控制开关模块 L2 第二电感
30 三相逆变电路 S1 第一开关器件
40 电池 S2 第二开关器件
50 三相负载 S3 第三开关器件
31 单相逆变电路 S4 第四开关器件
32 上桥臂 D1 第一二极管
33 下桥臂 D2 第二二极管
L 相电感
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
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，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)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，在本发明中涉及“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。
本发明提供一种光伏逆变电路，应用于光伏逆变装置中，该光伏逆变装置可以通过光伏组件将太阳能转换为直流电，并将直流电进行逆变转换为交流电。
参见图1，在一实施例中，所述光伏逆变电路包括光伏组件10、第一电感L1、控制开关模块20及三相逆变电路30。光伏组件10的正极与第一电感L1的第一端连接，第一电感L1的第二端分别与三相逆变电路30的第一端和控制开关模块20的第一端连接，控制开关模块20的第二端与电池40正极连接，电池40负极与光伏组件10的负极连接，三相逆变电路30的第二端与光伏组件10的负极连接，三相逆变电路30的输出端与三相负载50连接。
光伏组件10在输出直流电压至三相逆变电路30时，可以通过三相逆变电路30对直流电压进行逆变，以将直流电转换为交流电，并为三相负载50进行供电。
控制开关模块20可以将电流方向在单向导通状态和双向导通状态之间进行切换。在控制开关模块20双向导通时，电池40输出的直流电压可以通过三相逆变电路30进行逆变，以将直流电压转换为交流电压，并为三相负载50进行供电。而在控制开关模块20为单向导通时，电流方向仅能够从控制开关模块20的第一端流向第二端。此时通过复用三相逆变电路30中的部分元器件，能够与第一电感L1和控制开关模块20一同组成一个Boost升压电路，光伏组件10通过该升压电路还能够将输出的直流电压进行升压，并通过升压后的电压为电池40进行充电。即，光伏组件10和电池40均能够通过三相逆变电路30原有的电路结构为三相负载50进行供电，同时，三相逆变电路30中的部分电路与第一电感L1和控制开关模块20还能够重新组成升压电路，光伏组件10通过该升压电路还能够对输出电压进行升压以为电池40充电。
在本实施例中，通过在光伏逆变电路中设置电感以及控制开关模块20，能够对原有的三相逆变电路30中的部分电路进行复用，并与电感以及控制开关模块20组成升压电路，以使光伏组件10能够通过升压电路为电池40进行充电。相比于现有技术中升压电路和逆变电路相互独立存在，通过复用三相逆变电路30实现升压功能能够减少电路中电子元件的数量，降低电路的生产成本，还能够通过降低电子元件的数量减小装置的体积和质量，以提高功率密度。
一并参见图1和图2，上述三相逆变电路30由三个单相逆变电路31组成，每个单相逆变电路31可以包括上桥臂32、下桥臂33和相电感L。在每个单相逆变电路31中，上桥臂32的第一端与所述第一电感L1的第二端连接，上桥臂32的第二端与下桥臂33的第一端连接，下桥臂33的第二端与所述光伏组件10的负极连接，上桥臂32和下桥臂33的公共端还通过相电感L与三相负载50连接。
可以理解的是，在三相逆变电路30实现直流电压的逆变过程中，三个三相逆变电路30一共具有三个上桥臂32和三个下桥臂33，共六个桥臂。其中，每个桥臂的导电角度为180°，并且每个单相逆变电路31中的上桥臂32和下桥臂33为交替导通。各个单相逆变电路31开始导通的角度依次相差120°，且任一时刻均有三个桥臂导通。通过控制各个桥臂的导通节点，能够实现直流电的逆变过程，以将直流电转换为三相交流电。
在上述单相逆变电路31中，上桥臂32可以包括第一开关器件S1及第二开关器件S2，下桥臂33可以包括第三开关器件S3及第四开关器件S4。第一开关器件S1的第一端与第一电感L1的第二端连接，第一开关器件S1的第二端与第二开关器件S2的第一端连接，第二开关器件S2的第二端通过相电感L与三相负载50连接。
参见图2，在每个单相逆变电路31中，均设置有四个开关器件。三个单相逆变电路31分别对应第一开关器件S1～第四开关器件S4、第五开关器件S5～第八开关器件S8以及第九开关器件S9～第十二开关器件S12。
每个开关器件的受控端分别与对应的控制信号输出端连接，并接收相应的控制信号，通过接收到的控制信号调整开关器件的导通和截止。其中控制信号输出端输出的各个控制信号可以是PWM信号。同一桥臂的两个开关器件所接收到的控制信号相同，且根据控制信号可以控制开关器件的导电角度和关断角度均为180°。即，对于三相逆变电路30中的六个桥臂，每个桥臂上所接收到的控制信号可以为高电平连续、占空比为50％的PWM信号，且六个PWM信号的相位依次相差60°。
如图2所示，在一实施例中，上述每个开关器件可以包括三极管以及反向二极管；三极管的集电极、发射极和基极分别为每个开关器件的第一端、第二端和受控端，反向二极管的正极与三极管的发射极连接，反向二极管的负极与三极管的集电极连接。其中，开关器件中的反向二极管可以起到续流作用，在三极管截止时，释放回路中的电感所产生的电压，防止电流回路中的电感所产生的感应电势损坏三极管。
在另一实施例中，上述每个开关器件还可以为第一MOS管(未图示)，第一MOS管上设置有体二极管。第一MOS管的漏极、源极和栅极分别为每个开关器件的第一端、第二端和受控端。其中，体二极管同样能够起到续流作用，在三极管截止时进行续流放电，防止电流回路中的电感所产生的感应电势损坏三极管。
在上述每个单相逆变电路31中还可以包括第一二极管D1和第二二极管D2。光伏组件10可以包括第一组件和第二组件，第一组件与第二组件串联。第一组件的正极为光伏组件10的正极，第二组件的负极为光伏组件10的负极，第一组件和第二组件的公共端分别与第一二极管D1的正极和第二二极管D2的负极连接，第一二极管D1的负极与第一开关器件S1和第二开关器件S2的公共端连接，第二二极管D2的正极与第三开关器件S3和第四开关器件S4的公共端连接。
上述光伏逆变电路还可以包括第二电感L2，电池40负极和三相逆变电路30的第二端通过第二电感L2与光伏组件10的负极连接。
上述控制开关模块20可以为控制开关S13，控制开关S13可以为设置有体二极管的MOS管或设置有反向二极管的三极管。对于设置有体二极管的MOS管，在MOS管导通时，该控制开关S13即为双向导通，在MOS管截止时，该控制开关S13通过体二极管限制电流方向单向导通。同样滴，对于设置有反向二极管的三极管，在三极管导通时该控制开关S13为双向导通，在三极管截止时该控制开关S13为单向导通。
进一步地，上述每个单相逆变电路31在进行逆变过程时，需要保证上桥臂32和下桥臂33交替导通，不能同时导通或同时截止，以避免同时导通造成光伏组件10或电池40的短路。通常为了保证上下桥臂33不同时导通或同时截止，还需要进行“先断后通”，即对于应当关断的桥臂，先发送关断信号，待其关断一定时间后，再向另一个桥臂发送导通信号，即在发送关断信号和导通信号之间设置一个死区时间。
而通过对单相逆变电路31进行复用，在将单相逆变电路31的上桥臂32和下桥臂33进行同时导通或同时截止时，上桥臂32和下桥臂33中的四个开关器件可以视为同一开关器件，则该等效开关器件与第一电感L1和单向导通的控制开关模块20能够共同构成一个Boost升压电路。通过调整该等效开关器件的通断状态，能够对光伏组件10所输出的直流电压进行升压。
可以理解的是，三相逆变电路30中的每个单相逆变电路31均可以通过控制上下桥臂33同时导通或同时截止构成一个等效的开关器件。即，在与第一电感L1和控制开关模块20组成升压电路时，三个单相逆变电路31可以自由选取。
需要说明的是，由于在三相逆变电路30的逆变过程中要求上下桥臂33不能同时导通，则在对三相逆变电路30进行复用时，无法同时实现逆变过程。即，三相逆变电路30在同一时间仅能够实现逆变功能或升压功能的其中一种。
本发明还提供一种三相逆变电路复用方法，所述三相逆变电路复用方法包括如下步骤：
控制三相逆变电路中的单相逆变电路的上桥臂和下桥臂同时导通或同时截止，以使单相逆变电路与控制开关模块和第一电感组成升压电路。
在本实施例中，三相逆变电路在正常运行时，能够通过控制每个单相逆变电路的上桥臂和下桥臂交替导通，以实现直流电的逆变过程，将直流电转换为交流电。而通过复用三相逆变电路，使得选择的某个单相逆变电路的上桥臂和下桥臂同时导通或同时截止时，能够将该单相逆变电路等效为一个开关器件，并与控制开关模块和第一电感组成一个升压电路，以将光伏组件所输出的直流电压进行升压后为电池进行供电。通过复用三相逆变电路中的单相逆变电路，与其他元件组成升压电路，相比于在光伏系统中设置单独的升压电路能够减小电路中的元件数量，降低电路成本和电路体积，提升光伏系统的功率密度。
本发明还提供一种光伏逆变装置，该光伏逆变装置包括光伏逆变电路，该光伏逆变电路的结构可参照上述实施例，在此不再赘述。理所应当地，由于本实施例的光伏逆变装置采用了上述光伏逆变电路的技术方案，因此该光伏逆变装置具有上述光伏逆变电路所有的有益效果。
以上仅为本发明的可选实施例，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)

1.一种光伏逆变电路，其特征在于，包括光伏组件、第一电感、控制开关模块及三相逆变电路；
所述光伏组件的正极与所述第一电感的第一端连接，所述第一电感的第二端分别与所述三相逆变电路的第一端和所述控制开关模块的第一端连接，所述控制开关模块的第二端与电池正极连接，电池负极与所述光伏组件的负极连接，所述三相逆变电路的第二端与所述光伏组件的负极连接，所述三相逆变电路的输出端与三相负载连接；
所述控制开关模块，用于将电流方向设置为单向导通或双向导通；
所述三相逆变电路，还用于在所述控制开关模块为单向导通时，与所述第一电感和所述控制开关模块组成升压电路；
所述三相逆变电路，用于将所述光伏组件输出的直流电压进行逆变，以生成三相交流电压为三相负载供电，和/或，在所述控制开关模块为双向导通时，将电池输出的直流电压进行逆变，以生成三相交流电压为三相负载供电；
所述升压电路，用于将所述光伏组件输出的直流电压进行升压后为电池充电。
2.如权利要求1所述的光伏逆变电路，其特征在于，所述三相逆变电路包括三个单相逆变电路，每个单相逆变电路包括上桥臂、下桥臂和相电感；
在每个单相逆变电路中，上桥臂的第一端与所述第一电感的第二端连接，上桥臂的第二端与下桥臂的第一端连接，下桥臂的第二端与所述光伏组件的负极连接，上桥臂和下桥臂的公共端还通过相电感与三相负载连接。
3.如权利要求2所述的光伏逆变电路，其特征在于，所述上桥臂包括第一开关器件及第二开关器件，所述下桥臂包括第三开关器件及第四开关器件；
所述第一开关器件的第一端与所述第一电感的第二端连接，所述第一开关器件的第二端与所述第二开关器件的第一端连接，所述第二开关器件的第二端通过相电感与三相负载连接；
所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第三开关器件及所述第四开关器件的受控端分别与对应的控制信号输出端连接，以使每个开关器件根据接收到的控制信号调整通断状态。
4.如权利要求3所述的光伏逆变电路，其特征在于，每个开关器件包括三极管以及反向二极管；所述三极管的集电极、发射极和基极分别为每个开关器件的第一端、第二端和受控端，所述反向二极管的正极与所述三极管的发射极连接，所述反向二极管的负极与所述三极管的集电极连接。
5.如权利要求3所述的光伏逆变电路，其特征在于，每个开关器件包括第一MOS管，所述第一MOS管上设置有体二极管；所述第一MOS管的漏极、源极和栅极分别为每个开关器件的第一端、第二端和受控端。
6.如权利要求3所述的光伏逆变电路，其特征在于，所述单相逆变电路还包括第一二极管及第二二极管；所述光伏组件包括第一组件和第二组件，所述第一组件与所述第二组件串联；
所述第一组件的正极为所述光伏组件的正极，所述第二组件的负极为所述光伏组件的负极，所述第一组件和所述第二组件的公共端分别与所述第一二极管的正极和所述第二二极管的负极连接，所述第一二极管的负极与所述第一开关器件和所述第二开关器件的公共端连接，所述第二二极管的正极与所述第三开关器件和所述第四开关器件的公共端连接。
7.如权利要求3～6中任一项所述的光伏逆变电路，其特征在于，所述三相逆变电路，还用于根据控制信号输出端输出的控制信号控制每个单相逆变电路的上桥臂和下桥臂同时导通或同时截止；
每个单相逆变电路在上桥臂和下桥臂同时导通或同时截止时与所述第一电感和所述控制开关模块组成升压电路。
8.如权利要求1～6中任一项所述的光伏逆变电路，其特征在于，所述光伏逆变电路还包括第二电感，电池负极和所述三相逆变电路的第二端通过所述第二电感与所述光伏组件的负极连接。
9.一种三相逆变电路复用方法，其特征在于，包括以下步骤：
控制三相逆变电路中的单相逆变电路的上桥臂和下桥臂同时导通或同时截止，以使单相逆变电路与控制开关模块和第一电感组成升压电路。
10.一种光伏逆变装置，其特征在于，所述光伏逆变装置包括光伏逆变电路，所述光伏逆变电路被配置为如权利要求1～8任一项所述的光伏逆变电路。
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