CN202172279U

CN202172279U - 一种光伏并网微逆变器装置

Info

Publication number: CN202172279U
Application number: CN2011201730287U
Authority: CN
Inventors: 彭刚
Original assignee: WUHAN JINTIAN NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUHAN JINTIAN NEW ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2021-05-27

Abstract

本实用新型涉及新能源技术领域，公开了一种光伏并网微逆变器装置。其包括：反激式变换电路、桥式逆变电路、并网防浪涌电路、电网相位检测电路、微控制器、隔离变压器，外部的太阳能电池板组件与所述反激式变换电路的输入连接，反激式变换电路经所述隔离变压器与所述桥式逆变电路连接，再经所述并网防浪涌电路与外部的电网连接，所述微控制器分别与所述反激式变换电路、桥式逆变电路以及电网相位检测电路的传感器相连接，并与用于驱动所述桥式逆变电路的功率器件连接，所述桥式逆变电路用于产生交流电压，所述桥式逆变电路的输出端通过所述并网防浪涌电路连接外部的电网。

Description

一种光伏并网微逆变器装置

技术领域

本实用新型涉及新能源技术领域，是一种直接在光伏电池板组件上进行并网逆变的微功率逆变器。

背景技术

目前光伏并网逆变器常用的结构是集中式。

所谓“集中式”是指若干光伏太阳能电池板通过并联和串联组成一个阵列，产生大功率的直流电压，然后再集中地通过并网逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流馈入电网。而太阳能具有“分布式”特点，故在“分布式”光伏并网中应用“集中式”光伏并网逆变器实际上是对各分布的若干光伏太阳能电池板产生的电流集中及你想进行电能转换，直接转换为与电网同频率、同相位的正弦波电流馈入电网，故现有技术中集中式光伏并网逆变器应用不仅有危险的高压直流电路，并且其应用安装时受当前“分布式”光伏并网系统的限制集中式光伏并网逆变器组件要求尽量一致，阵列结构变更和扩容困难。

而且“集中式”并网逆变器对实际环境适应性差，实际应用中诸如出现阴影遮挡、云雾变化、污垢积累和组件效率衰减不均等内外部不理想条件时，单独问题组件会影响系统其它组件，从而显著降低了系统整体效率。一旦单个电池板出现故障会导致整个系统故障。当集中式逆变器出现故障时，整个太阳能电池板阵列产生的能量将白白浪费，能量损失大。

实用新型内容

本实用新型实施例第一目的在于提供一种光伏并网微逆变器装置，可直接在光伏电池板组件上进行逆变，直接输出交流母线电压，从而可以从各组件分别获得最高功率和最大能量输出，使太阳能电池板阵列整体达到最大的能量转换效率。

本实用新型实施例提供的一种光伏并网微逆变器装置，包括：反激式变换电路、桥式逆变电路、并网防浪涌电路、电网相位检测电路、微控制器、隔离变压器；

外部的太阳能电池板组件与所述反激式变换电路的输入连接，反激式变换电路经所述隔离变压器与所述桥式逆变电路电连接，再经所述并网防浪涌电路与外部的电网连接；

所述微控制器分别与所述反激式变换电路、桥式逆变电路以及电网相位检测电路的传感器电连接，并与用于驱动所述桥式逆变电路的功率器件连接，所述桥式逆变电路用于产生交流电压，所述桥式逆变电路的输出端通过所述并网防浪涌电路电连接外部的电网。

可选地，所述隔离变压器的原边由2个推挽式高频脉冲宽度调制工作的开关管组成，所述反激式变换电路用于进行电流正弦调制以及MPPT控制。

可选地，所述隔离变压器的副边两条支路，每所述支路各有一个工频控制的开关管，所述隔离变压器副边的两个所述开关管互补导通且与共组频率与外部的电网相同。

由上可见，应用本实用新型实施例的技术方案，本实用新型将传统的集中式光伏逆变结构改为组件逆变结构，即微逆变器，摆脱了成本高、危险的高压直流电路，对实际环境适应性强。

同时，对光伏板组件一致性要求降低，实际应用中诸如出现阴影遮挡、云雾变化、污垢积累和组件效率衰减不均等内外部不理想条件时，单独问题组件不会影响其它组件，从而不会显著降低系统整体效率，克服了传统集中式逆变器的薄弱环节。

由于每个光伏电池板组件都带有MPPT功能，系统整体效率比集中式逆变可提高20％。系统具有故障率低、安装简易、灵活性强、维护方便的特点。

综上，本实用新型与现有技术相比，整体结构灵活但紧凑，性能可靠，效率高，维护方便。每个微逆变器结构相同，可以互换，方便扩容和维护。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：

图1是传统的集中式光伏并网逆变器结构示意图；

图2为本实用新型实施例1提供的微逆变器结构示意图；

图3是本实用新型实施例1提供的微逆变器原理示意图；

图4是本实用新型实施例1提供的微逆变器主电路结构示意图；

图5是本实用新型实施例1提供的主电路第一工作模式示意图；

图6是本实用新型实施例1提供的主电路第二工作模式示意图；

图7是本实用新型实施例1提供的主电路第三工作模式示意图；

图8是本实用新型实施例1提供的主电路第四工作模式示意图；

图9是本实用新型实施例1提供的逆变电路示意图；

图10是本实用新型实施例1提供的逆变电路工作过程当变压器原边开关管S关断时工作原理示意图；

图11是本实用新型实施例1提供的逆变电路工作过程中当变压器副边二极管D₁₁导通时的工作原理示意图；

图12是本实用新型实施例1提供的逆变电路工作过程中当变压器副边电流降为零后的工作原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

实施例1：

参见图1-12，本实施例提供的一种光伏并网微逆变器装置主要包括：反激式变换电路、桥式逆变电路、并网防浪涌电路、电网相位检测电路、微控制器、隔离变压器，外部的太阳能电池板组件与反激式变换电路的输入连接，反激式变换电路经隔离变压器与桥式逆变电路电连接，再经并网防浪涌电路与外部的电网连接，微控制器分别与反激式变换电路、桥式逆变电路以及电网相位检测电路的传感器电连接，并与用于驱动桥式逆变电路的功率器件连接，桥式逆变电路用于产生交流电压，桥式逆变电路的输出端通过并网防浪涌电路电连接外部的电网。本实施例的光伏并网微逆变器装置对每块太阳能电池板进行独立的组件逆变，桥式逆变电路②与反激式变换电路①是通过隔离变压器⑥进行隔离。直接输出交流母线电压，产生的光伏并网能量为150W～250W。

实现原理如下：系统由反激式(FlyBack)变换电路①、桥式逆变电路②、并网防浪涌EMC电路③、电网相位检测电路④、微控制器⑤、隔离变压器⑥等部件组成，其连接关系是太阳能电池板组件与FlyBack变换电路①的输入连接，FlyBack变换电路①经隔离变压器⑥与桥式逆变电路②连接，然后经并网防浪涌EMC电路③与电网连接，微控制器⑤采集传感器和电网相位检测电路④的信号，进行最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，简称MPPT)算法和逆变控制，驱动桥式逆变电路②的功率器件产生交流电压。FlyBack变换电路①从太阳能电池板组件得到光伏电压，采用MPPT算法获得最大功率后通过桥式逆变电路②进行逆变；同时电网相位检测电路④进行过零检测，将过零信号送给微控制器⑤。由MPPT算法得到电流的值与电网同相位的单位正弦半波相乘得到调制波，再与三角载波比较，经过比例积分控制得到变压器原边开关管所需的SPWM驱动信号。而隔离变压器⑥副边2个开关管驱动信号直接由电网采样信号经过零检测(ZCD：Zero Crossing Detection)得到，两者互补导通。这样，微控制器⑤控制逆变电路②产生的正弦波交流信号与电网同频率、同相位，经并网防浪涌EMC电路③馈入电网，完成组件逆变功能，直接输出交流电。

按照输出电压和二次侧电感电流的极性，该电路有四种工作模式。每一种工作模式相当于一个反激DC/DC变换器，构成一个flybcak变换器。当u_o＞0、i_o＞0时，S1高频斩波，S3常通，电源U_i向负载Z_L传递能量；当u_o＜0、i_o＞0时，S₃斩波，S₄常通，负载Z_L向电源U_i回馈能量；当u_o＜0、i_o＜0时，S₂高频斩波，S₄常通，电源U_i向负载Z_L传递能量；当u_o＞0、i_o＜0时，S₄斩波，S₃常通，负载ZL向电源Ui回馈能量。

为了使上述电路进行逆变，在隔离变压器⑥副边和S₃、S₄之间分别串入2个二极管D₁₁和D₂₂，以及续流电感L_f。隔离变压器⑥副边两个开关管互补导通，在工频正负半周两条支路上电压电流关系相同，在某次开关周期中，当隔离变压器⑥原边某个开关管S导通时，此时这个起反激作用的隔离变压器(也称反激变压器)原边电感电流线性上升，其电流峰值由S的导通时间(占空比)决定。当隔离变压器原边开关管S关断时，此时变压器副边二极管D₁₁导通。能量通过反激变压器副边释放到电网。之后变压器副边电流线性下降，当变压器副边电流降为零后，进入断续。此时滤波电容C_f向电网供电，直到变压器原边开关管再导通，进入下一开关周期。

实验证明，将本实施例应用到光伏电网系统时可构成分布式架构，使每个电池板组件都具有MPPT功能，不仅可以比集中式逆变提高太阳能光电转换率20％，而且由于故障风险分散了，整个系统的故障率很低，不会因单点故障导致整个系统故障，克服了传统集中式逆变器的薄弱环节。安装时间和成本也降低15％～25％。

综上，与现有技术相比，本实用新型的显著效益体现在：

1、本实用新型将传统的集中式光伏逆变结构改为组件逆变结构，摆脱了成本高、危险的高压直流电路，对实际环境适应性强。

2、对光伏板组件一致性要求降低，实际应用中诸如出现阴影遮挡、云雾变化、污垢积累和组件效率衰减不均等内外部不理想条件时，单独问题组件不会影响其它组件，从而不会显著降低系统整体效率，克服了传统集中式逆变器的薄弱环节。

3、由于每个光伏电池板组件都带有MPPT功能，系统整体效率比集中式逆变可提高20％。系统具有故障率低、安装简易、灵活性强、维护方便的特点。每个微逆变器结构相同，可以互换，方便扩容和维护。

隔离变压器⑥原边由2个推挽式高频SPWM工作的开关管组成反激式变换电路①进行电流源高频变换，即电流正弦调制以及MPPT控制。隔离变压器⑥副边两条支路各工作半个工频周期，每条支路有一个工频控制的开关管，隔离变压器副边两个开关管互补导通且与电网同步。电网相位检测电路④进行过零检测，将过零信号送给微控制器。由MPPT算法得到电流的值与电网同相位的单位正弦半波相乘得到调制波，再与三角载波比较，经过比例积分控制得到隔离变压器⑥原边开关管所需的SPWM驱动信号。隔离变压器⑥副边2个开关管驱动信号直接由电网采样信号经电网相位检测电路④进行过零检测得到，两者互补导通。这样，微控制器⑤控制逆变电路产生的正弦波交流信号与电网同频率、同相位，经并网防浪涌EMC电路③馈入电网。

整个光伏并网微逆变器装置详细工作原理如下：

反激式变换电路①从太阳能电池板组件得到光伏电压，采用MPPT算法获得最大功率后通过桥式逆变电路②进行逆变；同时电网相位检测电路④进行过零检测，将过零信号送给微控制器⑤。由MPPT算法获得的电流值，与由电网相位检测电路④得到的同相位正弦半波相乘得到调制波，再与微控制器⑤产生的三角载波比较，经过比例积分控制得到与隔离变压器原边串联的开关管所需的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)驱动信号。而隔离变压器⑥副边逆变电路的开关管驱动信号直接由电网采样信号经过零检测(Zero Crossing Detection，简称ZCD)得到，两者互补导通。这样，微控制器⑤控制逆变电路②产生的正弦波交流信号与电网同频率、同相位，经并网防浪涌EMC电路③馈入电网，完成组件逆变功能，直接输出交流电。反激式变换电路①以推挽式电路拓扑的结构进行电流源高频变换，桥式逆变电路②进行工频逆变。当u_o＞0、i_o＞0时，S1高频斩波，S3常通，则U_i、S₁、W₁、W₃、S₃、C_f、Z_L和D₄构成一个反激式变换器，电源U_i向负载Z_L传递能量；当u_o＜0、i_o＞0时，S₃斩波，S₄常通，则U_i、D₂、W₂、W₃、S₃、C_f、Z_L和S₄构成一个反激式变换器，负载Z_L向电源U_i回馈能量；当u_o＜0、i_o＜0时，S₂高频斩波，S₄常通，则U_i、S₂、W₂、W₃、C_f、Z_L、S₄和D₃构成一个反激式变换器，电源U_i向负载Z_L传递能量；当u_o＞0、i_o＜0时，S₄斩波，S₃常通，则U_i、D₁、W₁、W₃、S₃、C_f、Z_L和S₄构成一个反激式变换器，负载ZL向电源Ui回馈能量。为了使上述电路进行逆变，在隔离变压器⑥副边和S₃、S₄之间分别串入2个二极管D₁₁和D₂₂，以及续流电感L_f。在某次开关周期中，当隔离变压器⑥原边某个开关管S导通时，起反激作用的隔离变压器(也称反激隔离变压器)原边电感电流线性上升，其电流峰值由S的导通时间(占空比)决定。当隔离变压器原边开关管S关断时，隔离变压器副边二极管D₁₁导通。能量通过反激隔离变压器副边释放到电网。之后隔离变压器副边电流线性下降，当隔离变压器副边电流降为零后，进入断续，滤波电容C_f向电网供电，直到隔离变压器原边开关管再导通，进入下一开关周期。

具体实施方式是：反激式变换电路①以推挽式电路拓扑的结构进行电流源高频变换，桥式逆变电路②进行工频逆变。可以看出该电路结构简单：隔离变压器原边是2个推挽式高频SPWM工作的开关管，进行进网电流正弦调制以及MPPT控制；中间通过隔离变压器进行隔离；隔离变压器副边两条支路各工作半个工频周期，主电路结构如附图4所示。其中，每条支路有一个工频控制的开关管，隔离变压器副边两个开关管互补导通且与电网同步。

按照输出电压和二次侧电感电流的极性，该电路有四种工作模式。每一种工作模式相当于一个反激DC/DC变换器。当u_o＞0、i_o＞0时，等效电路如附图5所示：S1高频斩波，S3常通，则U_i、S₁、W₁、W₃、S₃、C_f、Z_L和D₄构成一个反激式变换器，电源U_i向负载Z_L传递能量；当u_o＜0、i_o＞0时，等效电路如附图6所示：S₃斩波，S₄常通，则U_i、D₂、W₂、W₃、S₃、C_f、Z_L和S₄构成一个反激式变换器，负载Z_L向电源U_i回馈能量；当u_o＜0、i_o＜0时，等效电路如附图7所示：S₂高频斩波，S₄常通，则U_i、S₂、W₂、W₃、C_f、Z_L、S₄和D₃构成一个反激式变换器，电源U_i向负载Z_L传递能量；当u_o＞0、i_o＜0时，等效电路如附图8所示：S₄斩波，S₃常通，则U_i、D₁、W₁、W₃、S₃、C_f、Z_L和S₄构成一个反激式变换器，负载ZL向电源Ui回馈能量。

为了使上述电路进行逆变，在隔离变压器副边和S₃、S₄之间分别串入2个二极管D₁₁和D₂₂，以及续流电感L_f，如附图9所示。由于隔离变压器副边两个开关管互补导通，在工频正负半周两条支路上电压电流关系相同，因此以工频正半周为例，说明逆变器的工作过程。在某次开关周期中，当隔离变压器原边某个开关管S导通时，如附图10所示。此时反激隔离变压器原边电感电流线性上升，其电流峰值由S的导通时间(占空比)决定。当隔离变压器原边开关管S关断时，如附图11所示。此时隔离变压器副边二极管D₁₁导通。能量通过反激隔离变压器副边释放到电网。之后隔离变压器副边电流线性下降，当隔离变压器副边电流降为零后，进入断续，如附图12所示。此时滤波电容C_f向电网供电，直到隔离变压器原边开关管再导通，进入下一开关周期。

本实用新型将传统的集中式光伏逆变结构改为组件逆变结构，即微逆变器，摆脱了成本高、危险的高压直流电路，对实际环境适应性强。同时，对光伏板组件一致性要求降低，实际应用中诸如出现阴影遮挡、云雾变化、污垢积累和组件效率衰减不均等内外部不理想条件时，单独问题组件不会影响其它组件，从而不会显著降低系统整体效率，克服了传统集中式逆变器的薄弱环节。由于每个光伏电池板组件都带有MPPT功能，系统整体效率比集中式逆变可提高20％。系统具有故障率低、安装简易、灵活性强、维护方便的特点。

本实用新型与现有技术相比，整体结构灵活但紧凑，性能可靠，效率高，维护方便。每个微逆变器结构相同，可以互换，方便扩容和维护。

以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种光伏并网微逆变器装置，其特征是，包括：反激式变换电路、桥式逆变电路、并网防浪涌电路、电网相位检测电路、微控制器、隔离变压器；

2.根据权利要求1所述的光伏并网微逆变器装置，其特征是，

所述隔离变压器的原边由2个推挽式高频脉冲宽度调制工作的开关管组成，所述反激式变换电路用于进行电流正弦调制以及最大功率点跟踪控制。

3.根据权利要求1所述的光伏并网微逆变器装置，其特征是，

所述隔离变压器的副边两条支路，每所述支路各有一个工频控制的开关管，所述隔离变压器副边的两个所述开关管互补导通且与共组频率与外部的电网相同。