CN116455252A - 一种微型逆变器、无功功率分配方法及光伏系统 - Google Patents

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CN116455252A CN202310542898.4A CN202310542898A CN116455252A CN 116455252 A CN116455252 A CN 116455252A CN 202310542898 A CN202310542898 A CN 202310542898A CN 116455252 A CN116455252 A CN 116455252A
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Abstract

本申请公开了一种微型逆变器及无功功率分配方法及光伏系统，微型逆变器，其特征在于，包括：控制器、变压器、N个原边电路和一个副边电路；N为大于等于2的整数；N个原边电路的输入端连接对应的输入电容，N个原边电路的输出端连接变压器对应的原边绕组；副边电路连接变压器的副边绕组；控制器，用于根据每个原边电路的无功输出能力对微型逆变器的无功功率总参考值进行比例分配，获得每个原边电路的无功输出参考值；根据每个原边电路的无功输出参考值分别控制每个原边电路。让有能力输出无功功率的原边电路尽量多输出，没有能力输出的原边电路尽量少输出无功功率，不影响各路有功功率的输出，不损失整体的发电量。

Description

一种微型逆变器、无功功率分配方法及光伏系统
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，具体涉及一种微型逆变器及无功功率分配方法及光伏系统。
背景技术
目前，随着家用光伏的蓬勃发展，微型逆变器的应用越来越得到重视。
微型逆变器目前包括多路输入和一路输出，每路输入端用于连接对应的光伏组串。微型逆变器包括原边H桥电路、变压器和副边桥臂电路，例如副边桥臂电路可以采用双向开关电路，其中，变压器实现升压和原边副边的电气隔离。
由于微型逆变器需要支持输出端实现无功功率输出，无功功率的产生是依靠每路输入端连接的输入电容产生，微型逆变器输出的总无功功率要由多路输入联合来产生，因此，需要提供一种各路进行无功功率分配的方案。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种微型逆变器、无功功率分配方法及光伏系统，能够有效对各路无功功率进行分配，不损失发电量。
本申请提供一种微型逆变器，包括：控制器、变压器、N个原边电路和一个副边电路；N为大于等于2的整数；
N个原边电路的输入端连接对应的输入电容，N个原边电路的输出端连接变压器对应的原边绕组；副边电路连接变压器的副边绕组；
控制器，用于根据每个原边电路的无功输出能力对微型逆变器的无功功率总参考值进行比例分配，获得每个原边电路的无功输出参考值；根据每个原边电路的无功输出参考值分别控制每个原边电路。
优选地，控制器，用于根据微型逆变器的视在功率获得每个原边电路的视在功率，根据每个原边电路的视在功率和每个原边电路的实际有功功率获得每个原边电路的无功输出能力；根据每个原边电路的无功输出能力对微型逆变器的无功功率总参考值进行比例分配。
优选地，控制器，具体用于将微型逆变器的视在功率N等分，获得每个原边电路的视在功率。
优选地，控制器，具体用于根据微型逆变器的视在功率获得过载视在功率，将过载视在功率N等分，获得每个原边电路的视在功率。
优选地，控制器，具体用于根据每个原边电路的视在功率的平方与每个原边电路的实际有功功率的平方获得每个原边电路的无功输出能力。
优选地，控制器，具体用于根据每个原边电路的无功输出能力获得总无功功率，根据每个原边电路的无功输出能力与总无功功率的比值对无功功率总参考值进行比例分配，获得每个原边电路的无功输出参考值。
优选地，变压器为一个，变压器包括N个原边绕组和一个副边绕组；
或，
变压器为N个，每个变压器包括一个原边绕组和一个副边绕组，N个变压器的副边绕组的输出端并联在一起连接副边电路。
本申请还提供一种微型逆变器的无功功率分配方法，微型逆变器包括：变压器、N个原边电路和一个副边电路；N为大于等于2的整数；N个原边电路的输入端连接对应的输入电容，N个原边电路的输出端连接变压器对应的原边绕组；副边电路连接变压器的副边绕组；
该方法包括：
根据每个原边电路的无功输出能力对微型逆变器的无功功率总参考值进行比例分配，获得每个原边电路的无功输出参考值；
根据每个原边电路的无功输出参考值分别控制每个原边电路。
优选地，根据每个原边电路的无功输出能力对微型逆变器的无功功率总参考值进行比例分配，具体包括：
根据微型逆变器的视在功率获得每个原边电路的视在功率；
根据每个原边电路的视在功率和每个原边电路的实际有功功率获得每个原边电路的无功输出能力；
根据每个原边电路的无功输出能力对微型逆变器的无功功率总参考值进行比例分配。
优选地，根据微型逆变器的视在功率获得每个原边电路的视在功率，具体包括：
将微型逆变器的视在功率N等分，获得每个原边电路的视在功率。
优选地，根据微型逆变器的视在功率获得每个原边电路的视在功率，具体包括：
根据微型逆变器的视在功率获得过载视在功率，将过载视在功率N等分，获得每个原边电路的视在功率。
优选地，根据每个原边电路的视在功率和每个原边电路的实际有功功率获得每个原边电路的无功输出能力，具体包括：
根据每个原边电路的视在功率的平方与每个原边电路的实际有功功率的平方获得每个原边电路的无功输出能力。
优选地，根据每个原边电路的无功输出能力对微型逆变器的无功功率总参考值进行比例分配，具体包括：
根据每个原边电路的无功输出能力获得总无功功率；
根据每个原边电路的无功输出能力与总无功功率的比值对无功功率总参考值进行比例分配。
本申请还提供一种光伏系统，包括以上介绍的微型逆变器。
由此可见，本申请具有如下有益效果：
本申请提供的微型逆变器，在需要输出无功功率时，综合考虑每个原边电路的无功输出能力来对无功功率总参考值进行比例分配，这样为每个原边电路分配合适的无功输出参考值，让有能力输出无功功率的原边电路尽量多输出，没有能力输出的原边电路尽量少输出无功功率，不影响各路有功功率的输出，进而不影响整个微型逆变器的有功功率的输出，不损失整体的发电量。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种微型逆变器的示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种微型逆变器的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种微型逆变器的无功功率分配方法的流程图；
图4为本申请实施例提供的一种光伏系统的示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本申请实施例提供的技术方案，下面先介绍微型逆变器，本申请以微型逆变器应用于户用光伏为例进行介绍。
参见图1，该图为本申请实施例提供的一种微型逆变器的示意图。
本实施例提供的微型逆变器包括N个逆变H桥和N个变压器，N个变压器共用副边电路，副边电路包括双向开关桥臂和电容桥臂；N为大于等于2的整数，本申请实施例不做具体限定，为了方便介绍，本实施例中以N为2进行介绍。
该微型逆变器包括2个逆变H桥，2个变压器。其中微型逆变器的所有副边绕组并联在一起，共用副边电路。
每个原边电路对应一路PV输入，应该理解，一路PV输入不具体限定光伏组串的数量，也可以为一个光伏组串，也可以为多个光伏组串。
本申请实施例中以原边电路为逆变H桥为例进行介绍。
例如，第一逆变H桥的输入端连接第一光伏组串PV1，第二逆变H桥的输入端连接第二光伏组串PV2，每个逆变H桥的输入端连接输入电压Cbus。
每个逆变H桥包括四个开关管：S1-S4。其中，S1和S2串联形成第一逆变桥臂，S3和S4串联形成第二逆变桥臂，S1和S2的公共端作为逆变H桥的第一输出端，S3和S4的公共端作为逆变H桥的第二输出端，即输出电压为vp，输出电流为ip。变压器的原边绕组和副边绕组的匝比为1：n。其中Lm为变压器T的励磁电感，Lk为变压器T的漏感。变压器T的输出电流为is。变压器T的副边侧电压为vs。
双向开关桥臂的上半桥臂包括串联的第一开关管S5和第二开关管S6，双向开关桥臂的下半桥臂包括串联的第三开关管S3和第四开关管S4。
电容桥臂的上半桥臂包括至少一个电容，电容桥臂的下半桥臂包括至少一个电容。本实施例电容桥臂的上半桥臂包括C1，下半桥臂包括C2为例进行介绍。
另外，该微型逆变器的输出端还可以包括EMI滤波器电路，滤除干扰信号，为并网提供高质量的并网电流，ig为该微型逆变器的输出电流，或并网电流。
由于微型逆变器包括多路输入，每路输入均可以输出无功功率，当需要微型逆变器输出无功功率时，例如上位机给微型逆变器下发指令，微型逆变器根据指令输出无功功率。如果，各路平均分配无功功率，各路的有功功率差异较大的情况下，由于每路输出最大视在功率的限制，会出现有功功率大的路因为要保证无功功率的优先输出，会对有功功率进行降额，而此时其他路还有无功功率裕量，导致整个微型逆变器输出的有功功率降低，损失发电量。
因此，本申请实施例提供一种微型逆变器的无功功率分配方案，按照各路的无功输出能力对各路的无功功率参考值进行分配，控制各路在保证整个微型逆变器的有功功率尽可能不降低的情况下，满足整个微型逆变器的无功功率输出。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请实施例作进一步详细的说明。
本实施例提供的微型逆变器，包括：控制器、变压器、N个原边电路和一个副边电路；N为大于等于2的整数；当N等于2时的一种微型逆变器拓扑可以参见图1所示。图1为微型逆变器包括多个变压器的示意图。另外微型逆变器还可以包括一个变压器，变压器包括N个原边绕组。每个变压器包括一个原边绕组和一个副边绕组，N个变压器的副边绕组的输出端并联在一起连接副边电路，具体可以参见图2所示，图2以N为4为例。本申请实施例提供的无功功率的分配方案适用于图1和图2的拓扑。
第一原边H桥电路H1至第四原边H桥电路H4均包括四个开关管S1-S4。
第一原边H桥电路H1的输入端连接第一直流电源PV1，第一原边H桥电路H1的输入端连接原边电容C1。第二原边H桥电路H2的输入端连接第二直流电源PV2，第二原边H桥电路H2的输入端连接原边电容C2。第三原边H桥电路H3的输入端连接第三直流电源PV3，第三原边H桥电路H3的输入端连接原边电容C3。第四原边H桥电路H4的输入端连接第四直流电源PV4，第四原边H桥电路H4的输入端连接原边电容C4。
副边桥臂电路包括双向开关桥臂和电容桥臂，双向开关桥臂的上桥臂包括双向开关S5和S6，双向开关桥臂的下桥臂包括双向开关S7和S8。电容桥臂的上桥臂包括副边电容Cg1，下桥臂包括副边电容Cg2。
副边桥臂电路通过EMI电路和开关S连接负载或电网，其中开关S可以为继电器，也可以为其他类型的开关，本申请实施例不做具体限定。
N个原边电路的输入端连接对应的输入电容，N个原边电路的输出端连接变压器对应的原边绕组；副边电路连接变压器的副边绕组；
应该理解，每个原边电路输出无功功率来源于输入电容。
由于各个原边电路连接的光伏组串的发电能力可能不同，因此，各个原边电路对应的有功功率可能不同。
对于微型逆变器来说，视在功率为已知量，例如为2000VA，总有功功率最大值为2000W，例如按照微型逆变器包括四路输入为例，即包括四个原边电路。如果不考虑过载能力，则每路的最大视在功率为2000W/4＝500W。如果考虑过载能力，例如以每路支持1.1倍过载，则每路的最大视在功率为2000W*1.1/4＝550W。
例如，四路中每个原边电路的实际有功功率分配为第一原边电路的实际有功功率P1＝500W，第二原边电路的实际有功功率P2＝450W，第三原边电路的实际有功功率P3＝350W，第四原边电路的实际有功功率P4＝300W。
由此可见，四路输出的有功功率不同，因此，可以使输出有功功率低的原边电路多输出无功功率，使输出有功功率高的原边电路少输出无功功率，从而满足整个微型逆变器的无功功率输出，尽量不影响各路的有功功率的输出。由于各路的实际有功功率不同，因此，各路的无功输出能力不同，无功输出能力高的就多输出无功功率，无功输出能力低的就少输出无功功率。
控制器，用于根据每个原边电路的无功输出能力对微型逆变器的无功功率总参考值进行比例分配，即按照比例分配来分配无功功率总参数值，获得每个原边电路的无功输出参考值；根据每个原边电路的无功输出参考值分别控制每个原边电路。
其中，无功功率总参考值也可以为上位机直接向微型逆变器下发的，也可以为上位机向微型逆变器发送功率因数，微型逆变器根据功率因数获得无功功率总参考值。例如，功率因数为0.8，则有功功率为视在功率乘以0.8为1600W，无功功率总参考值Qref＝sqrt(S^2-P^2)＝sqrt(2000*2000-1600*1600)＝1200Var。
如果不利用本申请实施例提供的技术方案，如果无功功率参考值大于无功功率最大值，则微型逆变器会按照无功优先的原则，降低有功功率的输出来满足无功功率的需求。但是，利用本申请实施例提供的技术方案就不需要限制有功功率的输出。本申请实施例提供的微型逆变器，在需要输出无功功率时，会综合考虑每个原边电路的无功输出能力来对无功功率总参考值进行比例分配，这样为每个原边电路分配合适的无功输出参考值，让有能力输出无功功率的原边电路尽量多输出，不影响各路有功功率的输出，进而不影响整个微型逆变器的有功功率的输出，不损失发电量。
另外，应该理解，也可能存在一种特殊情况，各路输出的有功功率相同，尽管这样，利用本申请实施例提供的技术方案，也可以获得各路对应的无功功率，不损失发电量。
本申请实施例不具体限定每个原边电路的视在功率的获得方式是否考虑过载能力，可以考虑，也可以不考虑。如果考虑每个原边电路的过载能力，则可以在原边电路连接的光伏组串的功率较大时，也可以实现最大功率追踪，进而可以使微型逆变器输出更大的功率，提高光伏系统的发电效率。
视在功率表示的是电路输出电压和输出电流的乘积，当电压相位和电流相位相同时，视在功率即可认为是有功功率，否则，输出视在功率中既包括有功功率，也包括无功功率。这里表示的就是发无功的场景下，由于每一路的视在功率受限，当前这一路无功功率输出能力和当前输出的有功功率是相互影响的。
下面以微型逆变器考虑每路的过载能力来举例介绍。
控制器，具体用于根据微型逆变器的视在功率获得过载视在功率，将过载视在功率N等分，获得每个原边电路的视在功率。继续以以上数值为例，每路的最大视在功率为550W，即Smax1＝Smax2＝Smax3＝Smax4＝550W。
控制器，具体用于根据每个原边电路的视在功率的平方与每个原边电路的实际有功功率的平方获得每个原边电路的无功输出能力。
Q(n)max＝sqrt(Smax1^2-P(n)^2)，n取1～4，对应各输入路；
Q1max＝sqrt(550*550-500*500)＝229Var，依次计算得到Q2max＝316Var；Q3max＝424Var,Qmax4＝461Var。
控制器，根据每个原边电路的无功输出能力获得总无功功率，理论上考虑每路过载能力后的总无功输出Qtotal为Q1max+Q2max+Q3max+Q4max＝1430Var。
根据每个原边电路的无功输出能力与总无功功率的比值对无功功率总参考值进行比例分配，获得每个原边电路的无功输出参考值。
每路的无功输出参考值为Q(n)ref＝Qref*(Q(n)max/Qtotal)，即Q1ref＝229/1430*1200＝192.17Var,Q2ref＝265.18Var,Q3ref＝355.8Var,Q4ref＝
386.85Var。
从以上数值也可以看出，有功功率大的原边电路对应的无功输出参考值就小，这样可以不影响有功功率的输出，尽量保证整个微型逆变器的发电量。
基于以上实施例提供的一种微型逆变器，本申请实施例还提供一种微型逆变器的无功功率分配方法，下面结合附图进行详细介绍。
参见图3，该图为本申请实施例提供的一种微型逆变器的无功功率分配方法的流程图。
本实施例提供的微型逆变器的无功功率分配方法，其中，微型逆变器包括：变压器、N个原边电路和一个副边电路；N为大于等于2的整数；N个原边电路的输入端连接对应的输入电容，N个原边电路的输出端连接变压器对应的原边绕组；副边电路连接变压器的副边绕组；
该方法包括：
S301：根据每个原边电路的无功输出能力对微型逆变器的无功功率总参考值进行比例分配，获得每个原边电路的无功输出参考值；
可以使输出有功功率低的原边电路多输出无功功率，使输出有功功率高的原边电路少输出无功功率，从而满足整个微型逆变器的无功功率输出，尽量不影响各路的有功功率的输出。由于各路的实际有功功率不同，因此，各路的无功输出能力不同，无功输出能力高的就多输出无功功率，无功输出能力低的就少输出无功功率。
S302：根据每个原边电路的无功输出参考值分别控制每个原边电路。
本申请实施例提供的微型逆变器的无功功率分配方法，在需要输出无功功率时，会综合考虑每个原边电路的无功输出能力来对无功功率总参考值进行比例分配，这样为每个原边电路分配合适的无功输出参考值，让有能力输出无功功率的原边电路尽量多输出，不影响各路有功功率的输出，进而不影响整个微型逆变器的有功功率的输出，不损失发电量。
根据每个原边电路的无功输出能力对微型逆变器的无功功率总参考值进行比例分配，具体包括：
根据微型逆变器的视在功率获得每个原边电路的视在功率；根据每个原边电路的视在功率和每个原边电路的实际有功功率获得每个原边电路的无功输出能力；根据每个原边电路的无功输出能力对微型逆变器的无功功率总参考值进行比例分配。
根据微型逆变器的视在功率获得每个原边电路的视在功率，具体包括：将微型逆变器的视在功率N等分，获得每个原边电路的视在功率。
根据微型逆变器的视在功率获得每个原边电路的视在功率，具体包括：根据微型逆变器的视在功率获得过载视在功率，将过载视在功率N等分，获得每个原边电路的视在功率。
根据每个原边电路的视在功率和每个原边电路的实际有功功率获得每个原边电路的无功输出能力，具体包括：根据每个原边电路的视在功率的平方与每个原边电路的实际有功功率的平方获得每个原边电路的无功输出能力。
根据每个原边电路的无功输出能力对微型逆变器的无功功率总参考值进行比例分配，具体包括：根据每个原边电路的无功输出能力获得总无功功率；根据每个原边电路的无功输出能力与总无功功率的比值对无功功率总参考值进行比例分配。
基于以上实施例提供的一种微型逆变器及微型逆变器的无功功率分配方法，本申请实施例还提供一种光伏系统，下面结合附图进行详细介绍。
参见图4，该图为本申请实施例提供的一种光伏系统的示意图。
本实施例提供的光伏系统，包括以上实施例介绍的微型逆变器400。具体的拓扑可以为图1所示的微型逆变器，也可以为图2所示的微型逆变器，在此不再赘述。
微型逆变器400的输入端连接光伏组串PV，具体地，微型逆变器400的输入端一般可以包括多路，即每路均连接对应的光伏组串，不具体限定路数，可以根据实际需要来连接，另外，微型逆变器400有的输入端也可以悬空，不连接光伏组串。
该光伏系统可以为户用光伏系统，即微型逆变器为户用的家电设备供电，也可以实现并网发电。
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统或装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
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申请。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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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 (14)

1.一种微型逆变器，其特征在于，包括：控制器、变压器、N个原边电路和一个副边电路；所述N为大于等于2的整数；
所述N个原边电路的输入端连接对应的输入电容，所述N个原边电路的输出端连接所述变压器对应的原边绕组；所述副边电路连接所述变压器的副边绕组；
所述控制器，用于根据每个原边电路的无功输出能力对所述微型逆变器的无功功率总参考值进行比例分配，获得每个原边电路的无功输出参考值；根据所述每个原边电路的无功输出参考值分别控制每个原边电路。
2.根据权利要求1所述的微型逆变器，其特征在于，所述控制器，用于根据所述微型逆变器的视在功率获得所述每个原边电路的视在功率，根据所述每个原边电路的视在功率和所述每个原边电路的实际有功功率获得所述每个原边电路的无功输出能力；根据每个原边电路的无功输出能力对所述微型逆变器的无功功率总参考值进行比例分配。
3.根据权利要求2所述的微型逆变器，其特征在于，所述控制器，具体用于将所述微型逆变器的视在功率N等分，获得所述每个原边电路的视在功率。
4.根据权利要求2所述的微型逆变器，其特征在于，所述控制器，具体用于根据所述微型逆变器的视在功率获得过载视在功率，将所述过载视在功率N等分，获得所述每个原边电路的视在功率。
5.根据权利要求3或4所述的微型逆变器，其特征在于，所述控制器，具体用于根据所述每个原边电路的视在功率的平方与所述每个原边电路的实际有功功率的平方获得所述每个原边电路的无功输出能力。
6.根据权利要求5所述的微型逆变器，其特征在于，所述控制器，具体用于根据所述每个原边电路的无功输出能力获得总无功功率，根据所述每个原边电路的无功输出能力与所述总无功功率的比值对所述无功功率总参考值进行比例分配，获得所述每个原边电路的无功输出参考值。
7.根据权利要求1-4任一项所述的微型逆变器，其特征在于，所述变压器为一个，所述变压器包括N个原边绕组和一个副边绕组；
或，
所述变压器为N个，每个所述变压器包括一个原边绕组和一个副边绕组，N个所述变压器的副边绕组的输出端并联在一起连接所述副边电路。
8.一种微型逆变器的无功功率分配方法，其特征在于，所述微型逆变器包括：变压器、N个原边电路和一个副边电路；所述N为大于等于2的整数；所述N个原边电路的输入端连接对应的输入电容，所述N个原边电路的输出端连接所述变压器对应的原边绕组；所述副边电路连接所述变压器的副边绕组；
该方法包括：
根据每个原边电路的无功输出能力对所述微型逆变器的无功功率总参考值进行比例分配，获得每个原边电路的无功输出参考值；
根据所述每个原边电路的无功输出参考值分别控制每个原边电路。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据每个原边电路的无功输出能力对所述微型逆变器的无功功率总参考值进行比例分配，具体包括：
根据所述微型逆变器的视在功率获得所述每个原边电路的视在功率；
根据所述每个原边电路的视在功率和所述每个原边电路的实际有功功率获得所述每个原边电路的无功输出能力；
根据每个原边电路的无功输出能力对所述微型逆变器的无功功率总参考值进行比例分配。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述微型逆变器的视在功率获得所述每个原边电路的视在功率，具体包括：
将所述微型逆变器的视在功率N等分，获得所述每个原边电路的视在功率。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述微型逆变器的视在功率获得所述每个原边电路的视在功率，具体包括：
根据所述微型逆变器的视在功率获得过载视在功率，将所述过载视在功率N等分，获得所述每个原边电路的视在功率。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述根据所述每个原边电路的视在功率和所述每个原边电路的实际有功功率获得所述每个原边电路的无功输出能力，具体包括：
根据所述每个原边电路的视在功率的平方与所述每个原边电路的实际有功功率的平方获得所述每个原边电路的无功输出能力。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述根据每个原边电路的无功输出能力对所述微型逆变器的无功功率总参考值进行比例分配，具体包括：
根据所述每个原边电路的无功输出能力获得总无功功率；
根据所述每个原边电路的无功输出能力与所述总无功功率的比值对所述无功功率总参考值进行比例分配。
14.一种光伏系统，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的微型逆变器。
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