CN204168175U - 一种可实现直流灵活配置的光伏逆变器 - Google Patents

Abstract

本专利提供的光伏逆变器，在需要并联的各逆变单元所连的直流开关后设置并联短接装置，可以实现直流灵活配置。并且不管逆变器外部输入如何直流配电以及外部输入是否并联或者直流开关前是否并联，均能实现逆变器中各直流开关无任何操作时序要求即可安全可靠上电，从而满足多种应用场合的需要，能够最大程度达到最优配置、提高整机效率，并且不需要额外成本且控制简单。

Description

一种可实现直流灵活配置的光伏逆变器

技术领域

本申请涉及一种光伏逆变器，特别涉及一种可实现直流灵活配置的光伏逆变器。

背景技术

目前市场上大功率光伏逆变器仍然以单路MPPT为主，有些厂商为解决轻载问题，内部采用两个甚至多个逆变单元并联，可仍然是一路MPPT工作。近期随着分布式应用的发展，多路MPPT的大功率光伏逆变器逐渐出现。为了适应不同应用环境，需要将多路MPPT配置成1路、2路或其他路以达到最优配置、提高整机效率，以两路MPPT配置成1路的方案为例来阐述目前常见的配制方案。图1给出现有技术中第一种配置方案，逆变器20的外部设置有总直流开关K1，在逆变器20的输入侧并联短接，此方案需要严格按照厂家规定的逻辑操作才能避免内部并联短接母线直流侧能量倒灌，例如上电时需要所有开关断开且放电完成前提下且直流开关K11、K12均闭合后再合外部总直流开关K1，没有防呆功能，另外成本高。图2给出现有技术中第二种配置方案，逆变器21的外部没有设置总直流开关，在逆变器21的各逆变单元INV21、INV22分别对应的直流开关K21、K22前并联短接。此方案成本低，但也需要满足操作时序，即保证直流开关K21、K22均合上才能闭合外部分路开关，维护不便；否则直流开关K21、K22由于上电时间差导致母线放电，后合闸的单元会承受很大冲击，造成器件失效的风险。图3给出现有技术中第三种配置方案，与第一种方案的区别是在逆变器22的外部配置多个开关K2，逆变器经多个开关K2与直流电源相连。此方案同第一种方案一样，仍存在需要严格考虑直流侧上电时序问题，没有防呆功能。

综上所述，如何提供一种可以实现直流灵活配置、不需要额外成本且控制简单的光伏逆变器，以提高整机效率的问题是本领域技术人员需要解决的技术问题。

实用新型内容

本申请要解决的技术问题是提供一种可以实现直流灵活配置、不需要额外成本、控制简单且提高整机效率的光伏逆变器。

本申请提供了一种可实现直流灵活配置的光伏逆变器，所述光伏逆变器包括至少两个逆变单元以及与各个所述逆变单元的直流输入端一一对应连接的直流开关，各个所述逆变单元通过与其对应连接的直流开关与外部配电装置或光伏电源相连，各个所述逆变单元的交流输出端并联后连接交流电网或负载；所述光伏逆变器还包括至少一个并联短接装置，所述并联短接装置设置在需要并联的所述逆变单元的直流输入端及其直流开关之间，用来实现将需要并联的所述逆变单元的直流输入端并联起来。

其中，各个所述逆变单元的功率容量相同。

其中，所述并联短接装置为良性导电装置。

优选地，各个所述逆变单元分别包括多个逆变子单元，同一个逆变单元中的逆变子单元的直流端直接并联；同一个逆变单元中的逆变子单元的交流端直接并联；或者，同一个逆变单元中的逆变子单元的交流端分别通过交流开关与所属逆变单元的交流输出端相连；或者，同一个逆变单元中的逆变子单元具有能够与所属逆变单元的交流输出端连通或断开的功能或部件。

进一步地，各逆变单元具有相同数量的逆变子单元。

进一步地，属于同一逆变单元的各逆变子单元采用同一组控制信号。

进一步地，所述光伏逆变器的所有逆变子单元采用同一组控制信号。

进一步地，所述逆变子单元的输出为单相或三相。

进一步地，所述逆变子单元包括DC-AC逆变电路，或者，所述逆变子单元包括依次连接的DC-DC升压电路和DC-AC逆变电路。

需要说明的是，上述直流开关可以为断路器、接触器、隔离负荷开关、刀开关、隔离开关、继电器中任一种。

与现有技术相比，本申请具有以下优点：

本申请提供的光伏逆变器，在需要并联的各逆变单元所连的直流开关后设置并联短接装置，可以实现直流灵活配置。并且不管逆变器外部输入如何直流配电以及外部输入是否并联或者直流开关前是否并联，均能实现逆变器中各直流开关无任何操作时序要求即可安全可靠上电，从而满足多种应用场合的需要，能够最大程度达到最优配置、提高整机效率，并且不需要额外成本且控制简单。

附图说明

图1是现有技术中第一种光伏逆变器直流配置的示意图；

图2是现有技术中第二种光伏逆变器直流配置的示意图；

图3是现有技术中第三种光伏逆变器直流配置的示意图；

图4是本申请实施例一提供的一种可实现直流灵活配置的光伏逆变器的示意图；

图5是本申请实施例一提供的另一种可实现直流灵活配置的光伏逆变器的示意图；

图6是本申请实施例一提供的又一种可实现直流灵活配置的光伏逆变器的示意图；

图7是本申请实施例二提供的可实现直流灵活配置的光伏逆变器的示意图；

图8是本申请实施例三提供的可实现直流灵活配置的光伏逆变器的示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。

本申请实施例提供了一种可实现直流灵活配置的光伏逆变器，该光伏逆变器包括至少两个逆变单元、与各个逆变单元的直流输入端一一对应连接的直流开关以及至少一个并联短接装置，各个逆变单元通过与其对应连接的直流开关与外部配电装置或光伏电源相连，各个逆变单元的交流输出端并联后连接交流电网或负载；并联短接装置设置在需要并联的逆变单元的直流输入端及其直流开关之间，用来实现将需要并联的逆变单元的直流输入端并联起来。

需要说明的是，本申请实施例中的外部配电装置或光伏电源包括若干个电池板组件。

进一步地，并联短接装置采用良性导电装置。优选地，并联短接装置可以为铜条或铜排，也可以是铝排或铜铝复合排或导线等其他良性导电装置，本申请不做限定。

本申请提供的可实现直流灵活配置的光伏逆变器实施例一，请参见图4，光伏逆变器100包括两个逆变单元，分别为第一逆变单元111和第二逆变单元112、与这两个逆变单元的直流输入端一一对应连接的直流开关K41和K42，第一逆变单元111和第二逆变单元112分别通过与其对应连接的直流开关K41和K42与外部配电装置或光伏电源相连(图中未示出)，第一逆变单元111和第二逆变单元112的交流输出端并联后连接交流电网或负载；在需要将第一逆变单元111和第二逆变单元112的直流输入端并联短接以便配置成一路MPPT的情况下，将一个并联短接装置40连接在第一逆变单元111的直流输入端和直流开关K41之间、以及第二逆变单元112的直流输入端和直流开关K42之间，从而将第一逆变单元111和第二逆变单元112的直流输入端并联短接起来。

优选地，光伏逆变器100中第一逆变单元111和第二逆变单元112的功率容量相同。采用相同功率容量的逆变单元，使得各逆变单元的通用性高，升级容易，通过并联一定数量的逆变单元就可以实现大功率逆变模块的要求，不需要单独开发，降低了开发成本。

请进一步参见图5和图6，分别给出了本申请实施例一的两种不同外部配电方案。图5示出的逆变器100中各逆变单元的直流配电装置110包括电源PV1、电源PV2，即第一逆变单元111和第二逆变单元112所需的直流电分别由不同的电源PV1、PV2来提供。图6示出的逆变器100中各逆变单元的直流配电装置120包括电源PV，即第一逆变单元111和第二逆变单元112所需的直流电由同一电源PV提供。

本申请提供的可实现直流灵活配置的光伏逆变器实施例二，请参见图7，与实施例一相比，不同在于光伏逆变器包括4个逆变单元，分别通过各自对于的直流开关与外部配电装置相连。实施例二提供光伏逆变器中，四个逆变单元分别通过两个并联短接装置分别是第一并联短接装置41和第二并联短接装置42并联，因此将四路MPPT灵活配置成两路MPPT。需要注意的是，本申请实施例不限于图7示出的情形，实际上4个逆变单元中可以通过更换并联短接装置的位置实现任意2个逆变单元之间直流侧并联短接，从而将4路MPPT配置成2路MPPT；也可以实现4个逆变单元之间直流侧并联短接，从而将4路MPPT配置成1路MPPT；进而达到灵活配置直流侧的目的。

本申请提供的可实现直流灵活配置的光伏逆变器实施例三，请参见图8，与实施例一相比，不同在于两个逆变单元(第三逆变单元211和第四逆变单元212)分别包括多个逆变子单元，为了便于说明，针对每个逆变单元，图8仅示出了两个逆变子单元。同一个逆变单元中的逆变子单元的直流端直接并联在一起；同一个逆变单元中的逆变子单元的交流端可以直接并联在一起，做为其他实施方式，同一个逆变单元中的逆变子单元的交流端也可以分别通过交流开关与所属逆变单元的交流输出端相连；或者，同一个逆变单元中的逆变子单元具有能够与所属逆变单元的交流输出端连通或断开的功能或部件。

实际应用中，本申请实施例的交流开关可以设置在逆变子单元的内部；也可以做为独立的部件，设置在逆变子单元的外部。

本申请实施例的交流开关若为实体的部件，可以为接触器、继电器、半导体开关等具有开通和关断控制功能的器件。

需要说明的是，交流开关不一定要为实体的部件，逆变子单元具有能够与所属的逆变单元的交流输出端连通或断开的功能即可，例如在需要逆变子单元与所属的逆变单元的交流输出端连通或断开时，控制逆变子单元开机或关机的指令等。

本申请实施例提供的光伏逆变器包括多个逆变单元，每个逆变单元包括多个逆变子单元，不仅可以设计逆变单元的数量，还可以根据实际应用情况合理设计每个逆变单元的逆变子单元的数量，每个逆变子单元的功率等级相对较低，在光照强时，可以选择较多数量的逆变子单元投入工作，而在弱光时可以通过减少需要工作的逆变子单元的数量，使得弱光时逆变单元额定功率与光伏电源输出功率接近匹配，从而提高弱光时逆变效率，并且减少电流谐波含量。

并且，通过灵活设计逆变单元以及逆变单元中逆变子单元的数量，可以满足各种功率等级逆变器的设计要求；对于大功率逆变器来说，由于逆变子单元的功率等级可以做得相对较低，对元器件的要求也相应降低，散热方案更容易实现。

进一步地，各个逆变单元具有相同数量的逆变子单元，例如逆变单元均具有两个逆变子单元，如此以来，逆变子单元的功率容量也是相同的，使得各逆变子单元的通用性高，升级容易，通过并联一定数量的逆变子单元就可以实现大功率逆变模块的要求，不需要单独开发，降低了开发成本。

进一步地，各逆变子单元的功率容量相同，各逆变子单元可以采用相同功率等级的电路，通用性高，升级容易，通过并联一定数量的逆变单元就可以实现大功率逆变模块的要求，不需要单独开发，降低了开发成本。

优选地，属于同一逆变单元的各逆变子单元采用同一组控制信号。如此这样，每个逆变单元中各逆变子单元可以采用同一组控制信号，光伏逆变器的控制系统更加简单，容易实现。

进一步地为了便于控制，光伏逆变器中所有逆变子单元还可以采用同一组控制信号。

需要说明的是，本申请提供的实施例中，控制信号可以由单独设置的控制单元发送，也可以由某一台作为主机的逆变子单元发送，本申请提供的实施例并不限定发送控制信号的控制单元为具体的实体装置或独立装置。

本申请实施例中的逆变子单元的输出为单相或三相，本申请不做限定。

此外，在本申请提供的实施例中，光伏逆变器的各逆变子单元可以采用单级系统，例如逆变子单元包括DC-AC逆变电路，在这种情况下，各逆变子单元的最大功率跟踪控制器既可以单独设置，也可以集成在DC-AC逆变电路中。

或者，光伏逆变器的各逆变子单元可以采用多级系统，例如逆变子单元包括DC-DC升压电路和DC-AC逆变电路，DC-DC升压电路和DC-AC逆变电路依次连接在逆变子单元的直流侧和交流侧之间，在这种情况下，各逆变子单元的最大功率跟踪控制器既可以单独设置，也可以集成在DC-DC逆变电路中。

本申请实施例中的直流开关可以选择断路器、接触器、隔离负荷开关、刀开关、继电器等任何具有连通或断开的器件。

为了更好的说明本申请实施例所提供方案的优点，下面具体分析下现有技术方案可能导致的问题，现有技术中由于在并联的逆变装置所连的直流开关前设置短接并联设备，对于配置形成同一路MPPT里面的2台或多台逆变装置，如果操作步骤为前级外部直流配电开关已经合上，那么接下来的上电时序为依次合上同一路MPPT里面的每台逆变装置所连的直流开关。合第一台逆变装置的开关瞬间时该逆变装置会承受该路电池板的短路电流直至将其内部的母线电容充电至开路电压，电池板的短路电流并不大，一般直流开关在合闸瞬间时能承受的，但是继续合该MPPT的第二台逆变装置的开关瞬间，由于第一台逆变装置的母线电容已充满电，而且第一台逆变装置母线电容和第二台逆变装置母线电容正负极此时存在互连通路，该通路是只有开关、熔丝、导线等无阻抗的通路，导致第一台逆变装置母线电容上的电压作为电源对第二台逆变装置的零电压的母线电容充电，该充电通路几乎无限流设备，导致瞬间合闸短路电流无穷大，即所谓的能量倒灌，对直流开关造成损害。

而本申请实施例提供的方案通过在逆变器中需要并联的逆变装置所连的直流开关后设置短接并联设备，对于配置成同一路MPPT里面的2台或多台并联的逆变装置在合上其中第一台逆变装置的直流开关时，由于直流开关后级已经短接并联，该直流开关瞬间时承受该路MPPT电池板的短路电流直至将所有并联的逆变装置内部的母线电容充电至开路电压，因电池板的短路电流并不大，一般直流开关在合闸瞬间时能承受的，那么在继续合该路MPPT的第二台逆变装置所连的直流开关的瞬间，由于该第二台逆变装置的母线电容已充满电，合闸瞬间几乎零电流，因此当并联的其他逆变装置所对应的直流开关闭合瞬间也是零电流，故而不存在能量倒灌问题，不会对直流开关造成损害。因此，不管逆变器外部输入如何直流配电以及外部输入是否并联或者逆变器内部开关前是否并联，均能实现逆变器无需任何操作时序要求即可安全可靠上电。

本申请实施例提供的方案在对多路MPPT输入的光伏逆变器的直流侧更改配置后，比如有多路MPPT配置为2路或者1路MPPT，不需增加额外配电柜或上电缓冲单元，均能实现逆变器各直流开关无任何操作时序要求即可安全可靠上电，从而满足多种应用场合的需要，能够最大程度达到最优配置、提高整机效率，并且不需要额外成本且控制简单。

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发明。并且仅是本申请的较佳实施例而已，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。虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种可实现直流灵活配置的光伏逆变器，所述光伏逆变器包括至少两个逆变单元以及与各个所述逆变单元的直流输入端一一对应连接的直流开关，各个所述逆变单元通过与其对应连接的直流开关与外部配电装置或光伏电源相连，各个所述逆变单元的交流输出端并联后连接交流电网或负载；其特征在于， 

所述光伏逆变器还包括至少一个并联短接装置，所述并联短接装置设置在需要并联的所述逆变单元的直流输入端及其直流开关之间，用来实现将需要并联的所述逆变单元的直流输入端并联起来。 

2.根据权利要求1所述的光伏逆变器，其特征在于，各个所述逆变单元的功率容量相同。 

3.根据权利要求1所述的光伏逆变器，其特征在于，所述并联短接装置为良性导电装置。 

4.根据权利要求2所述的光伏逆变器，其特征在于， 

各个所述逆变单元分别包括多个逆变子单元，同一个逆变单元中的逆变子单元的直流端直接并联； 

同一个逆变单元中的逆变子单元的交流端直接并联；或者，同一个逆变单元中的逆变子单元的交流端分别通过交流开关与所属逆变单元的交流输出端相连；或者，同一个逆变单元中的逆变子单元具有能够与所属逆变单元的交流输出端连通或断开的功能或部件。 

5.根据权利要求4所述的光伏逆变器，其特征在于，各逆变单元具有相同数量的逆变子单元。 

6.根据权利要求4所述的光伏逆变器，其特征在于，属于同一逆变单元的各逆变子单元采用同一组控制信号。 

7.根据权利要求4所述的光伏逆变器，其特征在于，所述光伏逆变器的所有逆变子单元采用同一组控制信号。 

8.根据权利要求4至7中任一项所述的光伏逆变器，其特征在于，所述逆变子单元的输出为单相或三相。 

9.根据权利要求4至7中任一项所述的光伏逆变器，其特征在于，所述逆变子单元包括DC-AC逆变电路，或者，所述逆变子单元包括依次连接的DC-DC升压电路和DC-AC逆变电路。 

10.根据权利要求1至7中任一项所述的光伏逆变器，其特征在于，所述直流开关为断路器、接触器、隔离负荷开关、刀开关、隔离开关、继电器中任一种。