CN202334349U - 一种直流隔离的并网逆变电路及光伏逆变系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型适用于光伏并网发电技术领域,提供了一种直流隔离的并网逆变电路及光伏逆变系统;直流隔离的并网逆变电路包括依次连接的DC-DC转换模块、DC-DC隔离模块和DC-AC逆变输出模块。本实用新型实施例中,直流隔离的并网逆变电路通过采用DC-DC转换模块将接收到的直流电压进行升压处理使得直流隔离的并网逆变电路的输入范围宽;同时采用DC-DC隔离模块进行隔离、整流和滤波处理后输出直流母线电压,再由DC-AC逆变输出模块将直流母线电压转换成交流并网电流后输出,提高了整机的转换效率。

Description

一种直流隔离的并网逆变电路及光伏逆变系统
技术领域
本实用新型属于光伏并网发电技术领域,尤其涉及一种直流隔离的并网逆变电路及光伏逆变系统。
背景技术
现有的隔离并网逆变器采用单级DC-DC(Direct Current-Direct Current,直流转直流)电路拓扑实现电压变换和隔离,控制上采用PWM(Pulse WidthModulation,脉宽调制)进行调制,为了实现宽范围的直流输入,必须使用变比大于1的升压变压器,且升压变压器的副边需要一个直流滤波电感对副边脉冲电压进行滤波才能得到直流母线电压,这种传统的并网逆变器会导致变压器的副边的整流二极管的电压应力远远高于直流母线电压,同时由于滤波电感的存在,流过此电感的纹波电流较大,导致电感体积大,整机转换效率降低。
实用新型内容
本实用新型实施例的目的在于提供一种直流隔离的并网逆变电路,旨在解决现有的逆变器输入范围窄、整机转换效率低的问题。
本实用新型实施例是这样实现的,一种直流隔离的并网逆变电路,包括:DC-DC转换模块,将接收到的直流电压进行升压或降压处理后输出;DC-DC隔离模块,其输入端连接至所述DC-DC转换模块的输出端,将所述DC-DC转换模块的输出进行隔离、整流和滤波处理后输出直流母线电压;以及DC-AC逆变输出模块,其输入端连接至所述DC-DC隔离模块的输出端,将所述直流母线电压转换成交流并网电流后输出。
更进一步地,所述DC-DC转换模块包括:电感、第一单向导通元件,第一开关管以及第一滤波元件;所述第一单向导通元件的一端通过所述电感与所述直流电压连接,所述第一单向导通元件的另一端作为所述DC-DC转换模块的输出端;所述第一开关管的第一端连接至所述第一单向导通元件的一端,所述第一开关管的第二端接地,所述第一开关管的控制端与外部的控制信号连接,所述第一开关管的控制端根据所述外部的控制信号控制所述第一开关管的第一端与所述第一开关管的第二端之间导通或截止;所述第一滤波元件的一端连接至所述第一单向导通元件的另一端,所述第一滤波元件的另一端接地。
更进一步地,所述第一开关管为场效应管、三极管或可控硅。
更进一步地,所述DC-DC隔离模块包括:变压器、连接在所述变压器的原边的功率级电路以及连接在所述变压器的副边的整流单元。
更进一步地,所述功率级电路包括:第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管;所述第二开关管的第一端连接至所述DC-DC转换模块的输出端;所述第四开关管的第一端连接至所述第二开关管的第二端;所述第四开关管的第二端接地;所述第三开关管的第一端连接至所述第二开关管的第一端;所述第五开关管的第一端连接至所述第三开关管的第二端;所述第五开关管的第二端接地;所述第二开关管的控制端、所述第三开关管的控制端、所述第四开关管的控制端和所述第五开关管的控制端分别与外部的控制信号连接;所述第二开关管的控制端根据所述外部的控制信号控制所述第二开关管的第一端与所述第二开关管的第二端之间导通或截止;所述第三开关管的控制端根据所述外部的控制信号控制所述第三开关管的第一端与所述第三开关管的第二端之间导通或截止;所述第四开关管的控制端根据所述外部的控制信号控制所述第四开关管的第一端与所述第四开关管的第二端之间导通或截止;所述第五开关管的控制端根据所述外部的控制信号控制所述第五开关管的第一端与所述第五开关管的第二端之间导通或截止;所述第二开关管与所述第四开关管的连接端与所述变压器的所述原边的一端连接,所述第三开关管与所述第五开关管的连接端与所述变压器的所述原边的另一端连接。
更进一步地,所述外部的控制信号为脉宽调制信号。
更进一步地,所述第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管均为MOS管。
更进一步地,所述整流单元包括:串联连接的第二单向导通元件和第四单向导通元件,串联连接的第三单向导通元件和第五单向导通元件,以及第二滤波元件;所述第二单向导通元件和所述第四单向导通元件的串联连接端与所述变压器的所述副边的一端连接,所述第三单向导通元件和所述第五单向导通元件的串联连接端与所述变压器的所述副边的另一端连接;所述第二单向导通元件的非串联端与所述第三单向导通元件的非串联端连接后作为所述DC-DC隔离模块的输出端;所述第四单向导通元件的非串联端和所述第五单向导通元件的非串联端均接地;所述第二滤波元件的一端连接至所述第二单向导通元件的非串联端,所述第二滤波元件的另一端接地。
更进一步地,所述第二单向导通元件、第三单向导通元件、第四单向导通元件和第五单向导通元件均为二极管。
本实用新型实施例的目的还在于提供一种光伏逆变系统,包括:光伏电池板以及与所述光伏电池板连接的并网逆变电路,所述并网逆变电路为上述的并网逆变电路。
在本实用新型实施例中,直流隔离的并网逆变电路通过采用DC-DC转换模块将接收到的直流电压进行升压处理使得直流隔离的并网逆变电路的输入范围宽;同时采用DC-DC隔离模块进行隔离、整流和滤波处理后输出直流母线电压,再由DC-AC逆变输出模块将直流母线电压转换成交流并网电流后输出,提高了整机的转换效率。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的直流隔离的并网逆变电路的模块结构图;
图2是本实用新型实施例提供的直流隔离的并网逆变电路的具体电路图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
本实用新型实施例提供的直流隔离的并网逆变电路主要应用于光伏逆变系统中,图1示出了直流隔离的并网逆变电路的模块结构,为了便于说明,仅示出了与本实用新型实施例相关的部分,详述如下:
光伏逆变系统包括光伏电池板1以及与光伏电池板1连接的并网逆变电路;在整个光伏逆变系统中,光伏多晶硅电池板的成本占到50%以上,薄膜电池板相对于普通的多晶硅电池板在价格上的优势得到越来越多的应用。而对于薄膜电池板,其对大地特有的高寄生电容,将会导致较大的漏电流,这就要求电池板的正极或负极必须接地,和非隔离的逆变器相比,带有隔离变压器的逆变器能更好的实现这一功能。该并网逆变电路将输入的光伏电池板1输出的直流电压与并网市电5完全隔离,能更好的解决漏电流问题,满足欧美等国家电气隔离的安规要求。。
直流隔离的并网逆变电路包括:DC-DC转换模块2、DC-DC隔离模块3和DC-AC(Direct Current-Alternating Current,直流转交流)逆变输出模块4;其中,DC-DC转换模块2将接收到的直流电压进行升压或降压处理后输出;DC-DC隔离模块3的输入端连接至DC-DC转换模块2的输出端,DC-DC隔离模块3将DC-DC转换模块2的输出进行隔离、整流和滤波处理后输出直流母线电压;DC-AC逆变输出模块4的输入端连接至DC-DC隔离模块3的输出端,DC-AC逆变输出模块4将DC-DC隔离模块3输出的直流母线电压转换为交流并网电流后输出。
在本实用新型实施例中,DC-DC转换模块2可以采用直流升压电路,也可以采用直流降压电路。为适应外部条件(如光照幅度,温度等)的变化,要求光伏逆变器必须具有较宽的输入电压范围,特别是薄膜电池板相对于普通的多晶硅电池板具有电压高的特点,其电压范围更宽;传统的光伏逆变器很难满足薄膜电池板的这个特性,本实用新型实施例中提供的直流隔离的并网逆变电路中DC-DC转换模块2采用直流升压电路很容易满足输入电压范围宽的这个要求。
具体地,DC-DC转换模块2采用BOOST升压电路,当输入的直流电压小于设定的电压时,BOOST电路工作,将输入的直流电压进行升压后输出;当输入的直流电压大于或等于设定的电压时,BOOST电路不工作,直接将输入的直流电压输出。
该BOOST升压电路的具体的电路如图2所示,详述如下:DC-DC转换模块2包括:电感L、第一单向导通元件,第一开关管以及第一滤波元件;其中,第一单向导通元件的一端通过电感L与直流电压连接,第一单向导通元件的另一端作为DC-DC转换模块2的输出端;第一开关管的第一端连接至第一单向导通元件的一端,第一开关管的第二端接地,第一开关管的控制端与外部的控制信号连接,第一开关管的控制端根据外部的控制信号控制第一开关管的第一端与第一开关管的第二端之间导通或截止;第一滤波元件的一端连接至第一单向导通元件的另一端,第一滤波元件的另一端接地。其中,用于控制第一开关管的外部的控制信号可以为脉宽调制信号,也可以为其他的控制信号。
作为本实用新型的一个实施例,第一单向导通元件可以为二极管D1;其中,二极管D1的阳极通过电感L与直流电压连接,二极管D1的阴极作为DC-DC转换模块2的输出端。
作为本实用新型的一个实施例,第一开关管可以为场效应管、三极管或可控硅。如图2所示,当第一开关管为MOS管S1时,MOS管S1的源极连接至二极管D1的阳极,MOS管S1的漏极接地,MOS管S1的栅极与外部的控制信号连接,MOS管S1的栅极根据外部的控制信号控制MOS管S1的源极与MOS管S1的漏极之间导通或截止。
作为本实用新型的另一个实施例,第一滤波元件可以为电容C1,电容C1的一端连接至二极管D1的阴极,电容C1的另一端接地。
在本实用新型实施例中,DC-DC隔离模块3包括:功率级电路31、变压器32和整流单元33;其中功率级电路31连接在变压器32的原边,整流单元33连接在变压器32的副边。
其中,功率级电路31可以采用半桥电路、全桥电路或推挽电路。现以全桥电路为例进行说明如下:功率级电路31包括第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管;第二开关管的第一端连接至DC-DC转换模块2的输出端;第四开关管的第一端连接至第二开关管的第二端;第四开关管的第二端接地;第三开关管的第一端连接至第二开关管的第一端;第五开关管的第一端连接至第三开关管的第二端;第五开关管的第二端接地;第二开关管的控制端、第三开关管的控制端、第四开关管的控制端和第五开关管的控制端分别与外部的控制信号连接;第二开关管的控制端根据外部的控制信号控制第二开关管的第一端与第二开关管的第二端之间导通或截止;第三开关管的控制端根据外部的控制信号控制第三开关管的第一端与第三开关管的第二端之间导通或截止;第四开关管的控制端根据外部的控制信号控制第四开关管的第一端与第四开关管的第二端之间导通或截止;第五开关管的控制端根据外部的控制信号控制第五开关管的第一端与第五开关管的第二端之间导通或截止;第二开关管与第四开关管的连接端与变压器32的原边的一端连接,第三开关管与第五开关管的连接端与变压器32的原边的另一端连接。其中,用于分别控制第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管的外部的控制信号可以为脉宽调制信号,也可以为其他的控制信号。
作为本实用新型的一个实施例,第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管均可以为MOS管。如图2所示,当第二开关管为MOS管S2、第三开关管为MOS管S3、第四开关管为MOS管S4、第五开关管为MOS管S5时,MOS管S2的源极连接至DC-DC转换模块2的输出端;MOS管S4的源极连接至MOS管S2的漏极;MOS管S4的漏极接地;MOS管S3的源极连接至MOS管S2的源极;MOS管S5的源极连接至MOS管S3的漏极;MOS管S5的漏极接地;MOS管S2的栅极、MOS管S3的栅极、MOS管S4的栅极和MOS管S5的栅极分别与外部的控制信号连接;MOS管S2的栅极根据外部的控制信号控制MOS管S2的源极与MOS管S2的漏极之间导通或截止;MOS管S3的栅极根据外部的控制信号控制MOS管S3的源极与MOS管S3的漏极之间导通或截止;MOS管S4的栅极根据外部的控制信号控制MOS管S4的源极与MOS管S4的漏极之间导通或截止;MOS管S5的栅极根据外部的控制信号控制MOS管S5的源极与MOS管S5的漏极之间导通或截止;MOS管S2与MOS管S4的连接端与变压器的原边的一端连接,MOS管S3与MOS管S5的连接端与变压器的原边的另一端连接。
在本实用新型实施例中,变压器32可以采用高频变压器TX。采用变压器TX可以实现直流隔离,再经固定占空比调制后的直流电压脉冲经二极管整流以及电容滤波得到直流母线电压。
在本实用新型实施例中,整流单元33包括:第二单向导通元件、第三单向导通元件、第四单向导通元件、第五单向导通元件和第二滤波元件;其中第二单向导通元件和第四单向导通元件串联连接,第三单向导通元件和第五单向导通元件串联连接,第二单向导通元件和第四单向导通元件的串联连接端与变压器32的副边的一端连接,第三单向导通元件和第五单向导通元件的串联连接端与变压器32的副边的另一端连接;第二单向导通元件的非串联端与第三单向导通元件的非串联端连接后作为DC-DC隔离模块3的输出端;第四单向导通元件的非串联端和第五单向导通元件的非串联端均接地;第二滤波元件的一端连接至第二单向导通元件的非串联端,第二滤波元件的另一端接地。
作为本实用新型的一个实施例,第二单向导通元件D2、第三单向导通元件D3、第四单向导通元件D4和第五单向导通元件D5均可以为二极管。如图2所示,当第二单向导通元件为二极管D2、第三单向导通元件为二极管D3、第四单向导通元件为二极管D4、第五单向导通元件为二极管D5时,二极管D2的阳极与二极管D4的阴极连接,二极管D3的阳极与二极管D5的阴极连接,二极管D4的阳极接地,二极管D5的阳极接地,二极管D2的阴极与二极管D3的阴极连接后作为DC-DC隔离模块3的输出端。
作为本实用新型的另一个实施例,第二滤波元件可以为电容C2,电容C2的一端连接至二极管D2的阴极以及二极管D3的阴极,电容C2的另一端接地。
在本实用新型实施例中,DC-AC逆变输出模块4可以为半桥电路,也可以为全桥电路;DC-AC逆变输出模块4用于将DC-DC隔离模块3输出的直流母线电压转换成50HZ或60HZ交流并网电流输出。
为了更进一步地说明本实用新型实施例提供的直流隔离的并网逆变电路,现结合图2详述其工作原理如下:
DC-DC转换模块2将接收到的直流电压进行升压处理后输出;外部的控制信号控制DC-DC隔离模块3中全桥电路的两个桥臂(由MOS管S2、MOS管S3、MOS管S4和MOS管S5组成)的占空比,使得每个桥臂占空比始终控制在50%。当MOS管S2和MOS管S5导通时,电流回路为:依次经过MOS管S2、变压器TX和MOS管S5至负极,同时能量传递到变压器TX的副边,再经过二极管D3,电容C2,二极管D4流回到变压器的副边;当MOS管S3和MOS管S4导通时,电流回路为:依次经过MOS管S3、变压器TX和MOS管S4至负极,同时能量传递到变压器TX的副边,再经过二极管D2,电容C2,二极管D5流回到变压器的副边。由于2个桥臂的占空比始终控制在50%,经过二极管(D2、D3、D4、D5)整流后的电压就是直流母线电压;得到的直流母线电压再经过DC-AC逆变输出模块4输出并网。
本实用新型实施例提供的直流隔离的并网逆变电路通过控制DC-DC隔离模块3中全桥电路的两个桥臂的占空比,使得每个桥臂占空比始终控制在50%,这样两个桥臂的占空比就是100%,再经过变比为1的高频变压器TX和二极管整流后的电压就是直流母线电压,无需滤波电感;由于高频变压器TX的副边的整流二极管的电压就是直流母线电压,大大削减了二极管的应力;另外,与现有技术相比,由于去掉了滤波电感,使得整个直流隔离的并网逆变电路的转换效率大大地提升。
在本实用新型实施例中,直流隔离的并网逆变电路通过采用DC-DC转换模块将接收到的直流电压进行升压处理使得直流隔离的并网逆变电路的输入范围宽;同时采用DC-DC隔离模块进行隔离、整流和滤波处理后输出直流母线电压,再由DC-AC逆变输出模块将直流母线电压转换成交流并网电流后输出,提高了整机的转换效率。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直流隔离的并网逆变电路,其特征在于,包括:
DC-DC转换模块,将接收到的直流电压进行升压或降压处理后输出;
DC-DC隔离模块,其输入端连接至所述DC-DC转换模块的输出端,将所述DC-DC转换模块的输出进行隔离、整流和滤波处理后输出直流母线电压;以及
DC-AC逆变输出模块,其输入端连接至所述DC-DC隔离模块的输出端,将所述直流母线电压转换成交流并网电流后输出。
2.如权利要求1所述的并网逆变电路,其特征在于,所述DC-DC转换模块包括:
电感、第一单向导通元件,第一开关管以及第一滤波元件;
所述第一单向导通元件的一端通过所述电感与所述直流电压连接,所述第一单向导通元件的另一端作为所述DC-DC转换模块的输出端;
所述第一开关管的第一端连接至所述第一单向导通元件的一端,所述第一开关管的第二端接地,所述第一开关管的控制端与外部的控制信号连接,所述第一开关管的控制端根据所述外部的控制信号控制所述第一开关管的第一端与所述第一开关管的第二端之间导通或截止;
所述第一滤波元件的一端连接至所述第一单向导通元件的另一端,所述第一滤波元件的另一端接地。
3.如权利要求2所述的并网逆变电路,其特征在于,所述第一单向导通元件为二极管。
4.如权利要求2所述的并网逆变电路,其特征在于,所述第一开关管为场效应管、三极管或可控硅。
5.如权利要求1或2所述的并网逆变电路,其特征在于,所述DC-DC隔离模块包括:变压器、连接在所述变压器的原边的功率级电路以及连接在所述变压器的副边的整流单元。
6.如权利要求5所述的并网逆变电路,其特征在于,所述功率级电路包括:
第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管;
所述第二开关管的第一端连接至所述DC-DC转换模块的输出端;所述第四开关管的第一端连接至所述第二开关管的第二端;所述第四开关管的第二端接地;
所述第三开关管的第一端连接至所述第二开关管的第一端;所述第五开关管的第一端连接至所述第三开关管的第二端;所述第五开关管的第二端接地;
所述第二开关管的控制端、所述第三开关管的控制端、所述第四开关管的控制端和所述第五开关管的控制端分别与外部的控制信号连接;
所述第二开关管的控制端根据所述外部的控制信号控制所述第二开关管的第一端与所述第二开关管的第二端之间导通或截止;所述第三开关管的控制端根据所述外部的控制信号控制所述第三开关管的第一端与所述第三开关管的第二端之间导通或截止;所述第四开关管的控制端根据所述外部的控制信号控制所述第四开关管的第一端与所述第四开关管的第二端之间导通或截止;所述第五开关管的控制端根据所述外部的控制信号控制所述第五开关管的第一端与所述第五开关管的第二端之间导通或截止;
所述第二开关管与所述第四开关管的连接端与所述变压器的所述原边的一端连接,所述第三开关管与所述第五开关管的连接端与所述变压器的所述原边的另一端连接。
7.如权利要求6所述的并网逆变电路,其特征在于,所述第二开关管、第三开关管、第四开关管和第五开关管均为MOS管。
8.如权利要求5所述的并网逆变电路,其特征在于,所述整流单元包括:
串联连接的第二单向导通元件和第四单向导通元件,
串联连接的第三单向导通元件和第五单向导通元件,以及
第二滤波元件;
所述第二单向导通元件和所述第四单向导通元件的串联连接端与所述变压器的所述副边的一端连接,所述第三单向导通元件和所述第五单向导通元件的串联连接端与所述变压器的所述副边的另一端连接;
所述第二单向导通元件的非串联端与所述第三单向导通元件的非串联端连接后作为所述DC-DC隔离模块的输出端;所述第四单向导通元件的非串联端和所述第五单向导通元件的非串联端均接地;
所述第二滤波元件的一端连接至所述第二单向导通元件的非串联端,所述第二滤波元件的另一端接地。
9.如权利要求8所述的并网逆变电路,其特征在于,所述第二单向导通元件、第三单向导通元件、第四单向导通元件和第五单向导通元件均为二极管。
10.一种光伏逆变系统,其特征在于,包括:光伏电池板以及与所述光伏电池板连接的并网逆变电路,所述并网逆变电路为权利要求1所述的并网逆变电路。
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