CN202772600U

CN202772600U - 一种大功率光伏逆变器

Info

Publication number: CN202772600U
Application number: CN2012204303739U
Authority: CN
Inventors: 戴伟; 郭亮; 陈芳; 何艳荣; 李保鹏
Original assignee: XINJIANG HOPE ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: XINJIANG HOPE ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2012-08-28
Filing date: 2012-08-28
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2022-08-28

Abstract

本实用新型公开了一种大功率光伏逆变器，包括并联的光伏阵列、直流滤波模块和全桥逆变电路，以及配合连接在所述全桥逆变电路输出端的交流滤波模块、升压模块和交流输电网。本实用新型所述大功率光伏逆变器，可以克服现有技术中成本高、安全性差、可靠性差和体积大等缺陷，以实现成本低、安全性好、可靠性好和体积小的优点。

Description

一种大功率光伏逆变器

技术领域

本实用新型涉及光伏发电技术领域，具体地，涉及一种大功率光伏逆变器。

背景技术

随着工业文明的不断发展，人们对于能源的需求越来越多。传统的化石能源已经不可能满足要求，为了避免面对能源枯竭的困境，寻找优质的替代能源成为人们关注的热点问题。可再生能源如水能、风能、太阳能、潮汐能以及生物质能等能源形式不断映入人们的眼帘。水利发电作为最早应用的可再生能源发电形式得到了广泛使用，但也有人就其的环境问题、安全问题提出过质疑，况且目前的水能开发程度较高，继续开发存在一定的困难。风能的利用近些年来也是热点问题，但风力发电存在稳定性不高、噪音大等缺点，大规模并网对电网会形成一定冲击，如何有效控制风能的开发和利用仍是学术界关注的热点。

在剩下的可再生能源形式当中，太阳能发电技术是最有利用价值的能源形式之一。太阳能储量丰富，每秒钟太阳要向地球输送相当于 210 亿桶石油的能量，相当于全球一天消耗的能量。我国的太阳能资源也十分丰富，目前的太阳能利用率还不到 1/1000。因此在我国大力开发太阳能潜力巨大。太阳能的利用分为“光热”和“光伏”两种，其中光热式热水器在我国应用广泛。光伏是将光能转化为电能的发电形式，起源于100多年前的“光生伏打现象”。

太阳能的利用目前更多的是指光伏发电技术。光伏发电技术根据负载的不同分为离网型和并网型两种，早期的光伏发电技术受制于太阳能电池组件成本因素，主要以小功率离网型为主，满足边远地区无电网居民用电问题。随着光伏组件成本的下降，光伏发电的成本不断下降，预计到 2013 年安装成本可降至 1.5 美元/Wp，电价成本为6美分/(kWh)，光伏并网已经成为可能。并网型光伏系统逐步成为主流。中国已经成为仅次于美国的电力消费第二大国，并有可能在近几年内取代美国，成为全球节电市场的最大买家。

太阳能光伏发电技术，是21世纪最为热门的自然能源转换利用技术之一，是解决人类能源危机的重要手段之一，已引起人们的广泛关注。例如，太阳能光伏发电技术中使用的大功率光伏逆变器，利用最大功率点跟踪（MPPT）原理，对太阳能光伏发电过程进行光伏并网及控制。

光伏逆变器是光伏发电技术领域中不可或缺的环节，实际中往往需要用到大功率的光伏逆变器。而大功率光伏逆变器，由于功率过大，会存在安全隐患，严重时会发生爆炸，尤其，在前期必须经历的测试和调试阶段，危险系数最大。

但是，在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在成本高、安全性差、可靠性差和体积大等缺陷。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种大功率光伏逆变器，以实现成本低、安全性好、可靠性好和体积小的优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种大功率光伏逆变器，包括并联的光伏阵列、直流滤波模块和全桥逆变电路，以及配合连接在所述全桥逆变电路输出端的交流滤波模块、升压模块和交流输电网。

进一步地，所述直流滤波模块，包括并联在所述光伏阵列两端的直流滤波电容

。

进一步地，所述全桥逆变电路，包括第一元件VT1、第二元件VT2、第三元件VT3和第四元件VT4；所述第一元件VT1和第二元件VT2依次连接在直流滤波电容

的两端之间，第三元件VT3和第四元件VT4依次连接在直流滤波电容的两端之间；所述第一元件VT1和第二元件VT2的公共端为全桥逆变电路的第二输出端，第三元件VT3和第四元件VT4的公共端为全桥逆变电路的第一输出端；

所述第一元件VT1、第二元件VT2、第三元件VT3和第四元件VT4的结构相同，其中：所述第一元件VT1，包括三极管和二极管；所述三极管的集电极与二极管的阴极连接，发射极与二极管的阳极连接，基极悬空。

进一步地，所述交流滤波模块，包括依次连接在所述全桥逆变电路的第一输出端的第一滤波电感L1和第二滤波电感L2，以及连接在所述第一滤波电感L1和第二滤波电感L2的公共端与全桥逆变电路的第二输出端之间的交流滤波电容

；

所述升压模块的第一输入端，与第二滤波电感L2远离第一滤波电感L1的一端连接；升压模块的第二输入端，与全桥逆变电路的第二输出端连接。

进一步地，所述升压模块包括升压变压器T1，所述交流输电网包括高压输电网grid；

所述升压变压器T1原边线圈的第一连接端，与第二滤波电感L2远离第一滤波电感L1的一端连接；所述升压变压器T1原边线圈的第二连接端与全桥逆变电路的第二输出端连接，所述升压变压器T1副边线圈的输出端与高压输电网grid连接。

进一步地，所述直流滤波模块，包连接在所述光伏阵列两端之间的直流EMI滤波器，以及依次连接在所述直流EMI滤波器两端之间的第一直流滤波电容C1和第二直流滤波电容C2；在所述光伏阵列和直流EMI滤波器之间，还连接有两路直流断路器QF1。

进一步地，所述全桥逆变电路，包括三相全桥IGBT主功率电路；所述交流滤波器，包括三相滤波器L和交流EMI滤波器；所述升压模块，包括三相交流变压器T2；所述交流输电网，包括三相交流并网，在所述三相交流并网的输入端，还连接有三相交流断路器QF2；

所述两路直流断路器QF1、直流EMI滤波器、三相全桥IGBT主功率电路、三相滤波器L、三相交流变压器T2、三相交流电源开关QS1、交流EMI滤波器和三相交流断路器QF2，依次与所述光伏阵列连接；所述三相交流断路器QF2的输出端，连接在所述三相交流并网的三相并网线路与地之间。

进一步地，所述三相全桥IGBT主功率电路，包括第一至六IGBT，所述第一IGBT和第二IGBT依次连接在直流滤波电容C1的两端之间，第三IGBT和第四IGBT依次连接在直流滤波电容C1的两端之间，第五IGBT和第六IGBT依次连接在直流滤波电容C1的两端之间；

所述第一IGBT和第二IGBT的公共端为三相全桥IGBT主功率电路的第一输出端，与三相滤波器L中的A相滤波器连接；第三IGBT和第四IGBT的公共端为三相全桥IGBT主功率电路的第二输出端，与三相滤波器L中的B相滤波器连接；第五IGBT和第六IGBT的公共端为三相全桥IGBT主功率电路的第一输出端，与三相滤波器L中的C相滤波器连接。

进一步地，与所述全桥逆变电路相配合，设有散热器。

进一步地，与所述全桥逆变电路相配合，设有防护罩。

本实用新型各实施例的大功率光伏逆变器，由于包括并联的光伏阵列、直流滤波模块和全桥逆变电路，以及配合连接在所述全桥逆变电路输出端的交流滤波模块、升压模块和交流输电网；可以根据用途分为独立型电源用和并网用二种，从而可以克服现有技术中成本高、安全性差、可靠性差和体积大的缺陷，以实现成本低、安全性好、可靠性好和体积小的优点。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型大功率光伏逆变器实施例一的工作原理示意图；

图2为本实用新型大功率光伏逆变器实施例二的工作原理示意图。

结合附图，本实用新型实施例中附图标记如下：

1-光伏阵列；2-三相全桥IGBT主功率电路。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一

根据本实用新型实施例，提供了一种大功率光伏逆变器。如图1，本实施例的大功率光伏逆变器，包括并联的光伏阵列（如光伏阵列1）、直流滤波模块和全桥逆变电路，以及配合连接在全桥逆变电路输出端的交流滤波模块、升压模块和交流输电网。

具体地，上述直流滤波模块，包括并联在光伏阵列两端的直流滤波电容。全桥逆变电路，包括第一元件VT1、第二元件VT2、第三元件VT3和第四元件VT4；第一元件VT1和第二元件VT2依次连接在直流滤波电容的两端之间，第三元件VT3和第四元件VT4依次连接在直流滤波电容

的两端之间；第一元件VT1和第二元件VT2的公共端为全桥逆变电路的第二输出端，第三元件VT3和第四元件VT4的公共端为全桥逆变电路的第一输出端；第一元件VT1、第二元件VT2、第三元件VT3和第四元件VT4的结构相同，其中：第一元件VT1，包括三极管和二极管；三极管的集电极与二极管的阴极连接，发射极与二极管的阳极连接，基极悬空。

上述交流滤波模块，包括依次连接在全桥逆变电路的第一输出端的第一滤波电感L1和第二滤波电感L2，以及连接在第一滤波电感L1和第二滤波电感L2的公共端与全桥逆变电路的第二输出端之间的交流滤波电容

；升压模块的第一输入端，与第二滤波电感L2远离第一滤波电感L1的一端连接；升压模块的第二输入端，与全桥逆变电路的第二输出端连接。升压模块包括升压变压器T1，交流输电网包括高压输电网grid；升压变压器T1原边线圈的第一连接端，与第二滤波电感L2远离第一滤波电感L1的一端连接；升压变压器T1原边线圈的第二连接端与全桥逆变电路的第二输出端连接，升压变压器T1副边线圈的输出端与高压输电网grid连接。

实施例二

根据本实用新型实施例，提供了一种大功率光伏逆变器。如图2，本实施例的大功率光伏逆变器，包括并联的光伏阵列、直流滤波模块和全桥逆变电路，以及配合连接在全桥逆变电路输出端的交流滤波模块、升压模块和交流输电网。

其中，上述直流滤波模块，包连接在光伏阵列两端之间的直流EMI滤波器，以及依次连接在直流EMI滤波器两端之间的第一直流滤波电容C1和第二直流滤波电容C2；在光伏阵列和直流EMI滤波器之间，还连接有两路直流断路器QF1。

上述全桥逆变电路，包括三相全桥IGBT主功率电路（如三相全桥IGBT主功率电路2）；交流滤波器，包括三相滤波器L和交流EMI滤波器；升压模块，包括三相交流变压器T2；交流输电网，包括三相交流并网，在三相交流并网的输入端，还连接有三相交流断路器QF2；两路直流断路器QF1、直流EMI滤波器、三相全桥IGBT主功率电路、三相滤波器L、三相交流变压器T2、三相交流电源开关QS1、交流EMI滤波器和三相交流断路器QF2，依次与光伏阵列连接；三相交流断路器QF2的输出端，连接在三相交流并网的三相并网线路与地之间。

上述三相全桥IGBT主功率电路，包括第一至六IGBT，第一IGBT和第二IGBT依次连接在直流滤波电容C1的两端之间，第三IGBT和第四IGBT依次连接在直流滤波电容C1的两端之间，第五IGBT和第六IGBT依次连接在直流滤波电容C1的两端之间；第一IGBT和第二IGBT的公共端为三相全桥IGBT主功率电路的第一输出端，与三相滤波器L中的A相滤波器连接；第三IGBT和第四IGBT的公共端为三相全桥IGBT主功率电路的第二输出端，与三相滤波器L中的B相滤波器连接；第五IGBT和第六IGBT的公共端为三相全桥IGBT主功率电路的第一输出端，与三相滤波器L中的C相滤波器连接。

在上述实施例中，当直流断路器要实现直流电路主体部分的检修时，将直流滤波器直接接入光伏阵列，可为光伏阵列发电系统提供回路。

另外，在上述实施例中，为了进一步增大该大功率光伏逆变器的散热性能，可以增设散热器；为了进一步增强该大功率光伏逆变器的安全性，可以增设防护罩。例如，可以在全桥逆变电路和/或三相全桥IGBT主功率电路上，增设散热器和防护罩。

上述实施例的大功率光伏逆变器，可以用作电源调整器，主要应用于太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电等方式。为了提高该大功率光伏逆变器的效率，可以由光伏阵列、全桥逆变电路、滤波器和升压变压器组成根据用途可分为独立型电源用和并网用二种。根据波形调制方式又可分为方波逆变器、阶梯波逆变器、正弦波逆变器和组合式三相逆变器。对于用于并网系统的逆变器，根据有无变压器又可分为变压器型逆变器和无变压器型逆变器。本发明大功率光伏逆变器，使直流电变成交流电输入高压电网，可以克服现有技术中成本高、安全性差、可靠性差、效率低、笨重等缺陷，以实现成本低、安全性好、可靠性好、效率高、重量轻，使光伏阵列最大功率的发电的优点。

上述实施例的大功率光伏逆变器，可以应用于光伏发电技术，根据负载的不同分为离网型和并网型两种，逆变器主要负责将控制器输出的直流电能变换成稳压稳频的交流电能馈送电网，在并网发电系统中，并网电流需要与电网电压实现同频、同相，电网电压的相位和频率检测至关重要，电网电压的同步锁相技术可以提高系统电网电压检测的精度、稳定性和抗干扰能力。具体地，涉及一种大功率光伏逆变器。

上述实施例的大功率光伏逆变器，不仅具有直交流变换功能，还具有最大限度地发挥太阳电池性能的功能和系统故障保护功能。归纳起来有自动运行和停机功能、最大功率跟踪控制功能、防单独运行功能（并网系统用）、自动电压调整功能（并网系统用）、直流检测功能（并网系统用）、直流接地检测功能（并网系统用）。

例如，自动运行和停机功能，早晨日出后，太阳辐射强度逐渐增强，太阳电池的输出也随之增大，当达到逆变器工作所需的输出功率后，逆变器即自动开始运行。进入运行后，逆变器便时时刻刻监视太阳电池组件的输出，只要太阳电池组件的输出功率大于逆变器工作所需的输出功率，逆变器就持续运行，直到日落停机，即使阴雨天逆变器也能运行。当太阳电池组件输出变小，逆变器输出接近0时，逆变器便形成待机状态。

又如，最大功率跟踪控制功能，太阳电池组件的输出是随太阳辐射强度和太阳电池组件自身温度（芯片温度）而变化的。另外由于太阳电池组件具有电压随电流增大而下降的特性，因此存在能获取最大功率的最佳工作点。太阳辐射强度是变化着的，显然最佳工作点也是在变化的。相对于这些变化，始终让太阳电池组件的工作点处于最大功率点，系统始终从太阳电池组件获取最大功率输出，这种控制就是最大功率跟踪控制。太阳能发电系统用的逆变器的最大特点就是包括了最大功率点跟踪（MPPT）这一功能。

在上述实施例中，大功率光伏逆变器，可以通过工艺参数采样电路，主要用于把直流电力转换成交流电力，将直流电压升压到逆变器输出控制所需的直流电压；逆变桥式回路则把升压后的直流电压等价地转换成常用频率的交流电压。大功率光伏逆变器使直流输入变成交流输出。采用高频脉宽调制（SPWM），使靠近正弦波两端的电压宽度变狭，正弦波中央的电压宽度变宽，并在半周期内始终让交流断路器按一定频率朝一方向动作，这样形成一个脉冲波列（拟正弦波）。然后让脉冲波通过滤波器形成正弦波。实现对直流电流变换交流电流输出，根据负载的功率需求调节逆变器的输出功率，达到节省输入电能的目的。

在上述实施例中，全桥逆变电路可以采用的逆变控制模块，具有较大的电压裕度，逆变控制模块的触发与过流保护采用专用驱动模块电路，具有高可靠性；逆变控制器采用IGBT及大规模集成电路技术，可以提高可靠的电流逆变功能。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种大功率光伏逆变器，其特征在于，包括并联的光伏阵列、直流滤波模块和全桥逆变电路，以及配合连接在所述全桥逆变电路输出端的交流滤波模块、升压模块和交流输电网。

2.根据权利要求1所述的大功率光伏逆变器，其特征在于，所述直流滤波模块，包括并联在所述光伏阵列两端的直流滤波电容

。

3.根据权利要求2所述的大功率光伏逆变器，其特征在于，所述全桥逆变电路，包括第一元件VT1、第二元件VT2、第三元件VT3和第四元件VT4；所述第一元件VT1和第二元件VT2依次连接在直流滤波电容的两端之间，第三元件VT3和第四元件VT4依次连接在直流滤波电容

的两端之间；所述第一元件VT1和第二元件VT2的公共端为全桥逆变电路的第二输出端，第三元件VT3和第四元件VT4的公共端为全桥逆变电路的第一输出端；

4.根据权利要求3所述的大功率光伏逆变器，其特征在于，所述交流滤波模块，包括依次连接在所述全桥逆变电路的第一输出端的第一滤波电感L1和第二滤波电感L2，以及连接在所述第一滤波电感L1和第二滤波电感L2的公共端与全桥逆变电路的第二输出端之间的交流滤波电容

；

5.根据权利要求4所述的大功率光伏逆变器，其特征在于，所述升压模块包括升压变压器T1，所述交流输电网包括高压输电网grid；

6.根据权利要求1所述的大功率光伏逆变器，其特征在于，所述直流滤波模块，包连接在所述光伏阵列两端之间的直流EMI滤波器，以及依次连接在所述直流EMI滤波器两端之间的第一直流滤波电容C1和第二直流滤波电容C2；在所述光伏阵列和直流EMI滤波器之间，还连接有两路直流断路器QF1。

7.根据权利要求6所述的大功率光伏逆变器，其特征在于，所述全桥逆变电路，包括三相全桥IGBT主功率电路；所述交流滤波器，包括三相滤波器L和交流EMI滤波器；所述升压模块，包括三相交流变压器T2；所述交流输电网，包括三相交流并网，在所述三相交流并网的输入端，还连接有三相交流断路器QF2；

8.根据权利要求7所述的大功率光伏逆变器，其特征在于，所述三相全桥IGBT主功率电路，包括第一至六IGBT，所述第一IGBT和第二IGBT依次连接在直流滤波电容C1的两端之间，第三IGBT和第四IGBT依次连接在直流滤波电容C1的两端之间，第五IGBT和第六IGBT依次连接在直流滤波电容C1的两端之间；

9.根据权利要求1所述的大功率光伏逆变器，其特征在于，与所述全桥逆变电路相配合，设有散热器。

10.根据权利要求1或9所述的大功率光伏逆变器，其特征在于，与所述全桥逆变电路相配合，设有防护罩。