CN113437762B - 一种光伏逆变电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏逆变电源系统，包括：主电源，包括变压器，变压器包括连接母线Bus正输出端的原边高压线圈和多个驱动电源线圈；输出端接入电网的功率电路，包括逆变单元和升压单元，所述逆变单元和升压单元包括多个开关管；驱动电路包括连接于多个驱动电源线圈的多个使主电源与各开关管的栅极连接的驱动单元。本发明利用变压器实现多路供电电路输出，通过驱动电路使主电源与逆变单元和升压单元中的各开关管的栅极连接，从而能够省去多个隔离电源及驱动板的设置，缩小了所需占用的空间，并大幅度地降低了成本消耗。

Description

一种光伏逆变电源系统
技术领域
本发明涉及光伏逆变器技术领域，尤其涉及一种光伏逆变电源系统。
背景技术
光伏并网逆变器，是一种可以将光伏(PV)太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电(AC)的逆变器，可以反馈回商用输电系统，或是供离网的电网使用。光伏并网逆变器的原理如下：由光伏逆变器PV端输入，经过BOOST(Boost Chopper，升压斩波电路)单元进行升压及最大MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)控制，经过BOOST单元升压后母线电压会升高，然后经过一系列串联的电容变成三电平，最后经过逆变单元后输出与电网实现并网。
现有技术中，以两路MPPT为例，组串式光伏并网逆变器的结构图如图1所示，光伏供电系统如图2所示，主电路中有14个开关管需求的驱动电源，则至少需要7个隔离电源以实现供电，所需的驱动板的数量多。由于驱动电源板各自独立，导致现有的光伏逆变电源系统所需的空间和成本消耗较大。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种光伏逆变电源系统，解决现有技术中的光伏逆变电源系统所需的空间和成本消耗较大的问题。
为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：
一种光伏逆变电源系统，包括：
主电源，所述主电源包括变压器，所述变压器的原边绕组分成原边高压线圈，所述原边高压线圈连接母线Bus正输出端，所述变压器的原边绕组和/或副边绕组分成多个驱动电源线圈；
功率电路，所述功率电路的输出端接入电网；所述功率电路包括逆变单元和升压单元，所述逆变单元和升压单元包括多个开关管；
驱动电路，所述驱动电路包括连接于所述多个驱动电源线圈的多个驱动单元，所述多个驱动单元使主电源与各所述开关管的栅极连接。
可选地，所述逆变单元包括：
R相逆变器，包括R相开关管R1、R2、R3和R4，R相开关管R1和R4串联形成R相纵向桥臂，R相开关管R2和R3串联形成R相横向桥臂；R相开关管R2连接于R相开关管R1和R4之间形成R相节点，并与R相开关管R1共发射集连接；
S相逆变器，包括S相开关管S1、S2、S3和S4，S相开关管S1和S4串联形成S相纵向桥臂，S相开关管S2和S3串联形成S相横向桥臂；S相开关管S2连接于S相开关管S1和S4之间形成S相节点，并与S相开关管S1共发射集连接；
T相逆变器，包括T相开关管T1、T2、T3和T4，T相开关管T1和T4串联形成T相纵向桥臂，T相开关管T2和T3串联形成T相横向桥臂；T相开关管T2连接于T相开关管T1和T4之间形成T相节点，并与T相开关管T1共发射集连接。
可选地，所述升压单元包括BOOST1升压子单元和BOOST2升压子单元，所述BOOST1升压子单元和BOOST2升压子单元的输出端共接，并连接所述逆变单元的输入端；
所述BOOST1升压子单元包括升压开关管B1，所述BOOST2升压子单元包括升压开关管B2。
可选地，所述驱动电路包括：
第一驱动单元，包括两个并联的隔离驱动芯片，两个隔离驱动芯片分别通过一驱动电阻连接R相开关管R1和R2的栅极；
第二驱动单元，包括两个并联的隔离驱动芯片，两个隔离驱动芯片分别通过一驱动电阻连接S相开关管S1和S2的栅极；
第三驱动单元，包括两个并联的隔离驱动芯片，两个隔离驱动芯片分别通过一驱动电阻连接T相开关管T1和T2的栅极；
第四驱动单元，包括三个并联的隔离驱动芯片，三个隔离驱动芯片分别通过一驱动电阻连接R相开关管R3、S相开关管S3和T相开关管T3的栅极；
第五驱动单元，包括五个并联的隔离驱动芯片，五个隔离驱动芯片分别通过一驱动电阻连接R相开关管R4、S相开关管S4、T相开关管T4、升压开关管B1和升压开关管B2的栅极。
可选地，所述逆变单元还包括第一电容和第二电容，所述第一电容的正极连接所述BOOST1升压子单元和BOOST2升压子单元的输出端，所述第一电容的负极连接所述第二电容的正极，所述第二电容的负极接地；
R相开关管R1、S相开关管S1和T相开关管T1的集电极连接所述第一电容的正极；
R相开关管R3、S相开关管S3和T相开关管T3的发射集连接于第一电容和第二电容之间；
R相开关管R4、S相开关管S4和T相开关管T4的发射集连接所述第二电容的负极，R相开关管R4、S相开关管S4和T相开关管T4的集电极分别连接所述R相节点、S相节点和T相节点；
所述R相节点、S相节点和T相节点经过滤波电路后分别接入电网。
可选地，所述主电源还包括控制单元和驱动开关管，控制单元的第一端连接母线Bus正输出端，控制单元的第二端连接驱动开关管的栅极，控制单元的第三端连接驱动开关管的源极，驱动开关管的源极经过一电阻后连接母线Bus负输出端；
所述原边高压线圈的第一端连接母线Bus正输出端，第二端连接驱动开关管的漏极。
可选地，所述变压器的副边绕组分成连接所述第一驱动单元的第一副边驱动电源线圈、连接所述第二驱动单元的第二副边驱动电源线圈，以及连接控制单元第四端的副边反馈线圈；
所述变压器的原边绕组分成连接所述第三驱动单元的第一原边驱动电源线圈、连接所述第四驱动单元的第二原边驱动电源线圈、连接所述第五驱动单元的第三原边驱动电源线圈，以及连接所述控制单元第五端的原边自供电线圈。
可选地，所述光伏逆变电源系统还包括通讯单元；
所述变压器的副边绕组还分成用于连接所述通讯单元的副边通讯线圈。
可选地，各所述逆变器的各开关管均为IGBT开关管。
可选地，所述变压器采用三明治式绕制，形成多个绕组层；
所述原边绕组和所述副边绕组之间设有绝缘纸，相邻的所述绕组层之间设有绝缘纸。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种光伏逆变电源系统，利用变压器能够实现多路供电电路输出，通过驱动电路使主电源与逆变单元和升压单元中的各开关管的栅极连接，从而能够省去多个隔离电源及驱动板的设置，缩小了所需占用的空间，并大幅度地降低了成本消耗。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为现有技术中组串式光伏并网逆变器的结构示意图；
图2为现有技术中光伏供电系统的结构示意图；
图3为本发明提供的一种光伏逆变电源系统的电路结构示意图；
图4为本发明提供的一种光伏逆变电源系统的结构示意图；
图5为本发明提供的一种光伏逆变电源系统的又一结构示意图；
图6为本发明提供的一种光伏逆变电源系统中第一驱动单元的结构示意图。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
现有技术中的光伏供电系统中，母线电压作为开关电源的输入，输出主要分为三部分，一路输出作为主控单元的供电电源，同时这路的输出分给各驱动电源板作为输入。第三路输出经过隔离作为通讯单元的供电电源，该电源供电系统对多路驱动电源进行供电，由于驱动电源板各自独立，导致所需的空间和成本消耗较大。
本发明旨在于提供一种光伏逆变电源系统，以缩小光伏供电系统所需占用的空间，并降低成本消耗，从而适应目前市场上逆变器体积小功率密度大的需求。
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。
请结合参考图3至图5，本发明实施例提供的光伏逆变电源系统，包括主电源、驱动电路和功率电路。其中，主电源连接母线Bus的正负输出端，并通过驱动电路连接功率电路，功率电路的输出端实现与电网的并网连接。
具体地，主电源包括变压器、控制单元和驱动开关管。变压器包括原边绕组和副边绕组；其中，原边绕组分成第一原边高压线圈N1和第二原边高压线圈N2，第一原边高压线圈N1连接母线Bus正输出端，第二原边高压线圈N2连接驱动开关管的漏极；原边绕组和/或副边绕组分成多个驱动电源线圈。控制单元的第一端连接母线Bus正输出端，控制单元的第二端连接驱动开关管的栅极，控制单元的第三端连接驱动开关管的源极；此外，驱动开关管的源极经过一电阻后连接母线Bus负输出端，用于实现电流采样。
功率电路，其输出端接入电网，包括升压单元和逆变单元。其中，逆变单元包括多个并联的逆变器；每个逆变器包括两个呈纵向的开关管，两个呈纵向的开关管串联形成纵向桥臂，还包括两个呈横向的开关管，两个呈横向的开关管串联形成横向桥臂；横向桥臂中靠近纵向桥臂的开关管与纵向桥臂中的一个的开关管共发射集连接。
在本实施例中，逆变单元包括：
R相逆变器，包括R相开关管R1、R2、R3和R4，R相开关管R1和R4串联形成R相纵向桥臂，R相开关管R2和R3串联形成R相横向桥臂；R相开关管R2连接于R相开关管R1和R4之间形成R相节点，并与R相开关管R1共发射集连接；
S相逆变器，包括S相开关管S1、S2、S3和S4，S相开关管S1和S4串联形成S相纵向桥臂，S相开关管S2和S3串联形成S相横向桥臂；S相开关管S2连接于S相开关管S1和S4之间形成S相节点，并与S相开关管S1共发射集连接；
T相逆变器，包括T相开关管T1、T2、T3和T4，T相开关管T1和T4串联形成T相纵向桥臂，T相开关管T2和T3串联形成T相横向桥臂；T相开关管T2连接于T相开关管T1和T4之间形成T相节点，并与T相开关管T1共发射集连接。
升压单元包括BOOST1升压子单元和BOOST2升压子单元，BOOST1升压子单元和BOOST2升压子单元的结构相同，分别包括滤波器、电感器和升压开关管，PV正端经过滤波器后连接电感器的一端，PV负端经过滤波器后连接于升压开关管的发射极并接地，升压开关管的集电极连接于电感器的另一端，升压开关管的集电极与电感器的共接端经过一二极管后输出，连接逆变单元。
具体地，BOOST1升压子单元和BOOST2升压子单元的输出端共接，并连接逆变单元的输入端；BOOST1升压子单元包括升压开关管B1，BOOST2升压子单元包括升压开关管B2。
逆变单元还包括第一电容和第二电容，第一电容的正极连接BOOST1升压子单元和BOOST2升压子单元的输出端，第一电容的负极连接第二电容的正极，第二电容的负极接地。
其中，R相开关管R1、S相开关管S1和T相开关管T1的集电极连接第一电容的正极；R相开关管R3、S相开关管S3和T相开关管T3的发射集连接于第一电容和第二电容之间；R相开关管R4、S相开关管S4和T相开关管T4的发射集连接第二电容的负极，R相开关管R4、S相开关管S4和T相开关管T4的集电极分别连接R相节点、S相节点和T相节点；R相节点、S相节点和T相节点经过滤波电路后分别接入电网。
驱动电路，包括连接于多个驱动电源线圈的多个驱动单元，多个驱动单元使主电源与各开关管的栅极连接。
请参考图6，第一驱动单元，包括两个并联的隔离驱动芯片，两个隔离驱动芯片分别通过一驱动电阻连接R相开关管R1和R2的栅极；可以理解的是，以下各驱动单元的结构可以参考图6，通过对应于开关管的数量同步增加隔离驱动芯片及驱动电阻即可。
第二驱动单元，包括两个并联的隔离驱动芯片，两个隔离驱动芯片分别通过一驱动电阻连接S相开关管S1和S2的栅极；
第三驱动单元，包括两个并联的隔离驱动芯片，两个隔离驱动芯片分别通过一驱动电阻连接T相开关管T1和T2的栅极；
第四驱动单元，包括三个并联的隔离驱动芯片，三个隔离驱动芯片分别通过一驱动电阻连接R相开关管R3、S相开关管S3和T相开关管T3的栅极；
第五驱动单元，包括五个并联的隔离驱动芯片，五个隔离驱动芯片分别通过一驱动电阻连接R相开关管R4、S相开关管S4、T相开关管T4、升压开关管B1和升压开关管B2的栅极。
本实施例中，具体地，变压器的副边绕组分成连接第一驱动单元的第一副边驱动电源线圈N8、连接第二驱动单元的第二副边驱动电源线圈N7，以及连接控制单元第四端的副边反馈线圈N9；变压器的原边绕组分成连接第三驱动单元的第一原边驱动电源线圈N6、连接第四驱动单元的第二原边驱动电源线圈N5、连接第五驱动单元的第三原边驱动电源线圈N4，以及连接控制单元第五端的原边自供电线圈N3。
此外，光伏逆变电源系统还包括通讯单元；变压器的副边绕组还分成用于连接通讯单元的副边通讯线圈N10。其中，通讯单元可以包括通讯板，副边通讯线圈N10用于连接通讯板的供电端，以实现通讯板与云监控平台的相互通讯。
本实施例中，各逆变器的各开关管，以及升压开关管B1和升压开关管B2均为IGBT开关管，驱动开关管为MOS管。
本实施例中，变压器采用三明治式绕制，形成多个绕组层，借此实现多绕组变压器的漏感控制，实现一个变压器的多路供电电路输出，并使变压器的绕制紧密。本实施例中，原边绕组和所述副边绕组之间设有绝缘纸，相邻的绕组层之间设有绝缘纸，能够适应输入电压高达1100V的光伏电源供电，有利于提高变压器的耐压绝缘性，进而适应光伏电源供电的输入高压。
具体地，第一原边驱动电源线圈N5、第三原边驱动电源线圈N6、第一副边驱动电源线圈N8和第二副边驱动线圈中，以一个原边绕组搭配一个副边绕组的组合绕制形成绕组层；两个绕组的同层绕制能够使线圈的绕制更为紧密，从而进一步缩小所占空间。
第一原边高压线圈N1、第二原边高压线圈N2、副边反馈线圈和副边通讯线圈N10各自绕制形成隔离层，相邻的两个绕组层以至少一个隔离层隔开；原边自供电线圈N3与第二原边驱动电源线圈N4组合绕制形成叠加层，叠加层设于任一绕组层与隔离层之间；基于前述绕制方式，从而形成三明治式绕制结构的变压器，从而提高了层与层之间绕线的紧凑性，更大程度地减少漏感。
具体地，绕组层、隔离层和叠加层中，相邻的两层之间设有绝缘纸。绝缘纸的设置使得原边绕组与副边绕组之间，以及各层之间均实现绝缘，有利于提高变压器的耐压绝缘性，进而适应光伏电源供电的输入高压。
为了提高供电稳定性，本实施例中，光伏逆变电源系统还包括稳压电路，各供电电路经过稳压电路以进行稳压处理。稳压电路包括输入端、正极输出端和负极输出端，且稳压电路中间的参考电压可以根据具体驱动所需地的情况以进行配置。
进一步地，基于前述实施例，本实施例中，变压器采用三明治式绕制而成，借此实现多绕组变压器的漏感控制，实现一个变压器的多路供电电路输出，并使变压器的绕制紧密。
基于前述各个实施例，本发明提供的光伏逆变电源系统能够适应市场需求，由主电源及变压器实现各路供电电源的输出，经过驱动电路直接产生驱动信号，减少了驱动板的设置，使得光伏逆变电源系统的体积和成本得到有效控制，达到体积小和成本低的效果，从而显著提高了成本优势和体积优势。
以上，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种光伏逆变电源系统，其特征在于，包括：
主电源，包括变压器，所述变压器的原边绕组分成原边高压线圈，所述原边高压线圈连接母线Bus正输出端，所述变压器的原边绕组和/或副边绕组分成多个驱动电源线圈；
功率电路，其输出端接入电网；所述功率电路包括逆变单元和升压单元，所述逆变单元和升压单元包括多个开关管；
驱动电路，所述驱动电路包括分别连接于所述多个驱动电源线圈的多个驱动单元，所述多个驱动单元使主电源与各所述开关管的栅极连接；
所述逆变单元包括：
R相逆变器，包括R相开关管R1、R2、R3和R4，R相开关管R1和R4串联形成R相纵向桥臂，R相开关管R2和R3串联形成R相横向桥臂；R相开关管R2连接于R相开关管R1和R4之间形成R相节点，并与R相开关管R1共发射集连接；
S相逆变器，包括S相开关管S1、S2、S3和S4，S相开关管S1和S4串联形成S相纵向桥臂，S相开关管S2和S3串联形成S相横向桥臂；S相开关管S2连接于S相开关管S1和S4之间形成S相节点，并与S相开关管S1共发射集连接；
T相逆变器，包括T相开关管T1、T2、T3和T4，T相开关管T1和T4串联形成T相纵向桥臂，T相开关管T2和T3串联形成T相横向桥臂；T相开关管T2连接于T相开关管T1和T4之间形成T相节点，并与T相开关管T1共发射集连接；
所述升压单元包括BOOST1升压子单元和BOOST2升压子单元，所述BOOST1升压子单元和BOOST2升压子单元的输出端共接，并连接所述逆变单元的输入端；
所述BOOST1升压子单元包括升压开关管B1，所述BOOST2升压子单元包括升压开关管B2；
所述驱动电路包括：
第一驱动单元，包括两个并联的隔离驱动芯片，两个隔离驱动芯片分别通过一驱动电阻连接R相开关管R1和R2的栅极；
第二驱动单元，包括两个并联的隔离驱动芯片，两个隔离驱动芯片分别通过一驱动电阻连接S相开关管S1和S2的栅极；
第三驱动单元，包括两个并联的隔离驱动芯片，两个隔离驱动芯片分别通过一驱动电阻连接T相开关管T1和T2的栅极；
第四驱动单元，包括三个并联的隔离驱动芯片，三个隔离驱动芯片分别通过一驱动电阻连接R相开关管R3、S相开关管S3和T相开关管T3的栅极；
第五驱动单元，包括五个并联的隔离驱动芯片，五个隔离驱动芯片分别通过一驱动电阻连接R相开关管R4、S相开关管S4、T相开关管T4、升压开关管B1和升压开关管B2的栅极。
2.根据权利要求1所述的光伏逆变电源系统，其特征在于，所述逆变单元还包括第一电容和第二电容，所述第一电容的正极连接所述BOOST1升压子单元和BOOST2升压子单元的输出端，所述第一电容的负极连接所述第二电容的正极，所述第二电容的负极接地；
R相开关管R1、S相开关管S1和T相开关管T1的集电极连接所述第一电容的正极；
R相开关管R3、S相开关管S3和T相开关管T3的发射集连接于第一电容和第二电容之间；
R相开关管R4、S相开关管S4和T相开关管T4的发射集连接所述第二电容的负极，R相开关管R4、S相开关管S4和T相开关管T4的集电极分别连接所述R相节点、S相节点和T相节点；
所述R相节点、S相节点和T相节点经过滤波电路后分别接入电网。
3.根据权利要求1所述的光伏逆变电源系统，其特征在于，所述主电源还包括控制单元和驱动开关管，控制单元的第一端连接母线Bus正输出端，控制单元的第二端连接驱动开关管的栅极，控制单元的第三端连接驱动开关管的源极，驱动开关管的源极经过一电阻后连接母线Bus负输出端；
所述原边高压线圈的第一端连接母线Bus正输出端，第二端连接驱动开关管的漏极。
4.根据权利要求3所述的光伏逆变电源系统，其特征在于，所述变压器的副边绕组分成连接所述第一驱动单元的第一副边驱动电源线圈、连接所述第二驱动单元的第二副边驱动电源线圈，以及连接控制单元第四端的副边反馈线圈；
所述变压器的原边绕组分成连接所述第三驱动单元的第一原边驱动电源线圈、连接所述第四驱动单元的第二原边驱动电源线圈、连接所述第五驱动单元的第三原边驱动电源线圈，以及连接所述控制单元第五端的原边自供电线圈。
5.根据权利要求4所述的光伏逆变电源系统，其特征在于，还包括通讯单元；
所述变压器的副边绕组还分成用于连接所述通讯单元的副边通讯线圈。
6.根据权利要求2所述的光伏逆变电源系统，其特征在于，各所述逆变器的各开关管均为IGBT开关管。
7.根据权利要求1所述的光伏逆变电源系统，其特征在于，所述变压器采用三明治式绕制，形成多个绕组层；
所述原边绕组和所述副边绕组之间设有绝缘纸，相邻的所述绕组层之间设有绝缘纸。
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