CN205646843U - 用于可再生能源发电的并网逆变器及可再生能源发电系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种用于可再生能源发电的并网逆变器和可再生能源发电系统。所述并网逆变器包括二个或二个以上的逆变单元；每一所述逆变单元包括依次连接的直流输入模块、直流母线开关模块及功率模块；各所述逆变单元的直流输入模块并联，且各所述逆变单元的交流侧并联。本实用新型实施例的并网逆变器，解决现有一路直流输入逆变器在故障时发电效率低的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及可再生能源发电领域，尤其涉及一种用于可再生能源发电的并网逆变器及可再生能源发电系统。
背景技术
并网逆变器一般分为光伏发电并网逆变器、风力发电并网逆变器和其他发电设备发电并网逆变器。
以光伏发电并网逆变器为例进行说明。由于建筑的多样性，势必导致太阳能电池板安装的多样性，为了使太阳能的转换效率最高同时又兼顾建筑的外形美观，这就要求逆变器的多样化，来实现最佳方式的太阳能转换。现在世界上比较通行的太阳能逆变方式为：集中逆变器、组串逆变器，多组串逆变器和组件逆变。
目前集中型光伏并网逆变器多为几十上百千瓦功率等级，这种大功率集中型光伏并网逆变器通过采用一路直流输入的形式，由于电池板之间的差异以及阴影遮挡、长期使用产生热斑等不良因素会严重影响电站发电量，针对大型地面电站，传统的一路直流输入逆变器在提高发电效率方面已很难再有相应突破。同时，一路直流输入逆变器在各单元，特别是是易损的功率模块短路时，逆变器整体停机，导致发电效率低下。
因此，如何在保证大功率的前提下在故障时仍能保证发电效率是并网逆变器亟待解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的实施例提供一种用于可再生能源发电的并网逆变器及可再生能源发电系统，以解决现有一路直流输入逆变器在故障时发电效率低的问题。
为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：
一种用于可再生能源发电的并网逆变器，包括二个或二个以上的逆变单元；每一所述逆变单元包括依次连接的直流输入模块、直流母线开关模块及功率模块；各所述逆变单元的直流输入模块并联，且各所述逆变单元的交流侧并联。
优选地，所述直流母线开关模块包括二极管、熔断器、直流开关、串联的直流开关与二极管、或者串联的直流开关与熔断器。
优选地，每一所述直流输入模块包括二组或二组以上的直流输入支路；每组所述直流输入支路包括一个正极输入支路及一个负极输入支路；同组的所述正极输入支路及负极输入支路的一端分别对应连接一路直流输入的正极及负极；每一所述直流输入模块的各正极输入支路的另一端汇流后连接直流正母线；每一所述直流输入模块的各负极输入支路的另一端汇流后连接直流负母线；所述直流正母线及所述直流负母线上设置有所属所述逆变单元的直流母线开关模块。
优选地，每一所述直流正母线中设置有所述直流母线开关模块；或者，每一所述直流正母线及每一所述直流负母线中均设置有所述直流母线开关模块。
优选地，每一所述正极输入支路中设置有开关单元；或者，每一所述正极输入支路及每一所述负极输入支路中均设置有开关单元；所述开关单元包括直流开关或熔断器。
优选地，每一所述功率模块的交流侧还串接有滤波器、交流接触器、磁环、交流熔断器及交流断路器中的至少一种；所述直流输入模块的输出侧连接有防雷器；所述逆变单元的交流侧的输出侧连接有防雷器。
优选地，所述滤波器为LC滤波器或LCL滤波器；所述逆变单元的功率模块的交流侧还并联有用于为所述LC滤波器或LCL滤波器中电容充电的预充电电路。
优选地，所述LC滤波器连接所述功率模块的交流侧，且与所述交流接触器、所述预充电电路及所述交流断路器依次连接，各所述交流断路器的输出端彼此连接；或者/并且，所述功率模块为IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)模块。
优选地，所述并网逆变器为用于光伏发电的并网逆变器或用于风力发电的并网逆变器。
根据本实用新型的第二方面，本实用新型的实施例还提供了一种可再生能源发电系统，设置有前述的用于可再生能源发电的并网逆变器。
本实用新型实施例提供的用于可再生能源发电的并网逆变器，通过在逆变器中设置二个或二个以上的逆变单元，且各逆变单元的直流输出模块并联及交流侧并联，在任一逆变单元的功率模块发生损坏时，直流母线开关模块直接将该损坏的逆变单元切断，保护其他逆变单元正常工作，从而实现单个逆变单元故障，可自行切出，其余逆变单元可靠运行，同时，由于各逆变单元的直流侧并联，从故障逆变单元的直流输入模块输入的直流可以通过其他逆变单元的功率模块转换为交流实现并网，提高各直流输入的利用率，相比传统一路直流输入的拓扑结构，可大大减少发电量的损失，提高发电效率。
附图说明
图1为实施例一的用于可再生能源发电的并网逆变器的结构示意图；
图2为实施例二的用于可再生能源发电的并网逆变器的结构示意图；
图3为实施例三的用于可再生能源发电的并网逆变器的结构示意图；
图4为实施例四的用于可再生能源发电的并网逆变器的结构示意图；
图5为实施例五的用于可再生能源发电的并网逆变器的结构示意图。
附图标号说明：
10、直流输入模块；11、直流母线开关模块；12、功率模块；13、直流正母线；14、直流负母线；15、防雷器；101、熔断器；111、直流开关；112、熔断器；310、直流输入模块；311、直流母线开关；41、逆变单元；411、直流母线开关；51、逆变单元；510、直流输入模块；511、直流母线开关。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型实施方式的用于可再生能源发电的并网逆变器进行详细描述。
本实用新型中的用于可再生能源发电的并网逆变器根据直流输入侧连接对象的不一样可以适用于不同类型的可再生能源发电的情形，如连接光伏组件或光伏组串时，为用于光伏发电的并网逆变器；再如连接风力发电机交流转换为直流的情景时，为用于风力发电的并网逆变器。本实用新型对具体应用的可再生能源不做限定，为方便描述，以下各实施例中均以用于光伏发电的并网逆变器为例进行解释说明。
实施例一
图1是实施例一的用于可再生能源发电的并网逆变器的结构示意图。
本实用新型实施例一的用于可再生能源发电的并网逆变器包括：N个逆变单元，N取值为二个或二个以上，具体数量可以根据实际需要的功率大小调整，以实现不同功率等级的并网逆变器；每一逆变单元包括依次连接的直流输入模块10、直流母线开关模块11及功率模块12。各逆变单元的直流输入模块10并联，各逆变单元的交流侧并联后通过变压器连接电网，由此整个并网逆变器形成单路MPPT(最大功率点跟踪，Maximum Power Point Tracking)的并网逆变器。
具体地，逆变单元1的直流输入模块10包括三组直流输入支路，每组直流输入支路包括一个设置有熔断器101的正极输入支路及一个负极输入支路，即第一组的正极输入支路1DC1+及负极输入支路1DC1-，第二组的正极输入支路1DC2+及负极输入支路1DC2-，第三组的正极输入支路1DC3+及负极输入支路1DC3-；同组的正极输入支路及负极输入支路的一端分别对应连接一路光伏组件/组串(即一路光伏组件或一路光伏组串)的正极及负极；直流输入模块10的各正极输入支路1DC1+、1DC2+及1DC3+汇流后连接直流正母线13；直流输入模块10的各负极输入支路1DC1-、1DC2-及1DC3-汇流后连接直流负母线14；直流正母线13及直流负母线14上设置有所属逆变单元1的直流母线开关模块11。直流输入模块10与直流负母线14及直流正母线13可以通过直流母排(如铜排)连接，也可以通过线缆连接，各逆变单元的直流母排或汇流线缆连接以实现各逆变单元直流侧并联的目的。
逆变单元1的直流母线开关模块11可以包括依次串联的直流开关111与熔断器112，具体地，直流正母线13及直流负母线14中均设置有依次串联的直流开关111与熔断器112。功率模块12可以包括由直流支撑电容C及IGBT构成的三相全桥逆变电路。
其他逆变单元的结构与上述逆变单元的结构类似，在此不再赘述。为实现防雷目的，具体操作时，还可以在各直流输入模块10的输出汇流侧，即直流正母线13及直流负母线14上设置防雷器15。防雷器15的具体结构不做限定，如图1所示，防雷器15包括三个电阻，其中两个电阻的一端分别连接直流正母线13及直流负母线14，两个电阻的另一端通过另一电阻接地。
具体工作时：各光伏组件/组串经过各逆变单元的直流输入模块输入后，经功率模块转换为交流电，若逆变单元1中的功率模块12发生损坏，其余逆变单元的能量反馈到该逆变单元1，导致直流正母线13及直流负母线14中的熔断器112熔断，从而将该逆变单元1切出，其余的逆变器单元正常工作。同时由于各逆变单元的直流侧并联在一起，当功率模块12失效后，此逆变单元1的直流输入模块10(即其连接的光伏电池板)还可被利用，即通过其他逆变单元的功率模块变换为交流以实现并网，提高组件/组串的利用率。同理适用于其它逆变单元的功率模块发生损坏的情况。
需要说明的是：本实施例中逆变单元1的直流输入模块10包括三组直流输入支路为示例性说明，各直流输入模块10中直流输入支路的组数根据实际需要可以适应性调整；各正极输入支路设置有熔断器101，是为了保护正极输入支路，在故障时能快速熔断切除相应正极输入支路，该熔断器101可以换成其他的器件，如直流开关或隔离开关；此外，各负极输入支路上也可以设置类似的开关器件，以实现在故障时能快速熔断切除相应负极输入支路。直流母线开关模块11中的直流开关111与直流输入模块10连接，熔断器112与功率模块12连接为示例性说明，直流开关111及熔断器112的位置可以互换，同样能实现本实用新型的发明目的。根据实际需要在逆变器交流侧的输出侧连接有防雷器。
本实用新型实施例提供的用于可再生能源发电的并网逆变器，通过在逆变器中设置二个或二个以上的逆变单元，且各逆变单元的直流输出模块并联及交流侧并联，在任一逆变单元的功率模块发生损坏时，直流母线开关模块直接将该损坏的逆变单元切断，保护其他逆变单元正常工作，从而实现单个逆变单元故障，可自行切出，其余逆变单元可靠运行，同时，由于各逆变单元的直流侧并联，从故障逆变单元的直流输入模块输入的直流可以通过其他逆变单元的功率模块转换为交流实现并网，提高组件/组串的利用率，相比传统一路直流输入的拓扑结构，可大大减少发电量的损失。此外，改变逆变单元的数量，可以形成不同功率的机型；逆变器任意一个模块失效，其他模块可以继续实现满发；后期维护方便，更换器件迅速，可以有效的减少故障停机时间。
实施例二
图2是实施例二的用于可再生能源发电的并网逆变器的结构示意图。实施例二中与实施例一中相同的部分请参见实施例一中的相关描述，实施例一的扩展性说明也适用于本实施例，仅对实施例二与实施例一中不同的部分进行说明。
如图2所示，本实施例中，逆变单元21的功率模块的交流侧还依次串接有LC滤波器、交流接触器1K1及交流断路器1F4，各逆变单元的交流断路器1F4的输出端连接。该LC滤波器包括分别位于功率模块三路输出上的三个电感1L及三个电容1C1。同时，在交流接触器1K1与交流断路器1F4之间还连接有预充电电路。预充电电路包括由三个开关1K2，三个开关1K2分别连接功率模块三路输出与三个电容1C1，以实现在启机前，对三个电容1C1进行预充电，避免三个电容1C1的电压过低情况下突然启机导致并网逆变器交流过压，实现对并网逆变器的保护。本实施例中，各逆变器的功率模块输出交流电，经过LC滤波器滤波、交流接触器1K1以及交流断路器1F4后，作为逆变器的交流输出。其他逆变单元的结构与逆变单元21的结构类似，不再赘述。
需要说明的是，本实施例中LC滤波器、交流接触器1K1及交流断路器1F4的功能独立，根据需要可以单独设置。预充电电路为LC滤波器中的电容提供充电服务，可以视为采用LC滤波器时的优选方式。可以理解的是，滤波器的类型可以根据实际需要更换，比如采用LCL滤波器，在滤波器包含电容时可以对应采用预充电电路。还可以根据需要在功率模块的交流侧加入磁环(图未示)，以达到EMC(电磁兼容性ElectroMagnetic Compatibility)的要求。当然也可以在功率模块的交流侧加入交流熔断器(图未示)实现对支路的快速切断。
本实施例在第一实施例的基础上在功率模块交流侧设置了LC滤波器，能对交流侧的电流进行有效滤波，降低噪声；同时，通过设置交流接触器1K1及交流断路器1F4可以实现该逆变单元在故障时快速切断；此外，通过设置预充电电路，避免并网逆变器交流过压，实现对并网逆变器的保护。
实施例三
图3是实施例3的用于可再生能源发电的并网逆变器的结构示意图。实施例三中与实施例二中相同的部分请参见实施例二中的相关描述，实施例二的扩展性说明也适用于本实施例，仅对实施例三与实施例二中不同的部分进行说明。
如图3所示，本实施例中，各逆变单元的直流输入模块310中包含四组直流输入支路，与实施例二的区别在于组数不同，相应连接光伏组串/组件数量不同，其连接关系及工作原理一致，同时每组直流输入支路的正极输入支路及负极输入支路上都设置有直流开关；此外，逆变单元的直流母线开关311包括分别设置在直流正母线及直流负母线上的两个熔断器。各逆变单元的结构一致，且本实施例的功能与实施例二的功能一致，在此不再赘述。
可以理解的是，直流母线开关311包括分别设置在直流正母线及直流负母线上的两个熔断器以实现对直流正母线及直流负母线的保护，具体操作时也可以仅在直流正母线设置熔断器以实现对直流正母线的保护。
实施例四
图4是实施例四的用于可再生能源发电的并网逆变器的结构示意图。实施例四中与实施例三中相同的部分请参见实施例三中的相关描述，实施例三的扩展性说明也适用于本实施例，仅对实施例四与实施例三中不同的部分进行说明。
如图4所示，本实施例中，逆变单元41包括直流输入模块410及直流母线开关411，直流母线开关411包括设置在直流正母线上的二极管。当逆变单元41的二极管模块后端(如功率模块)发生短路时，其余逆变单元的能量不能反馈到该逆变单元41，从而其他逆变单元不会损坏，其他逆变单元可正常工作。其他逆变单元的结构与逆变单元41的结构一致，且本实施例的功能与实施例三的功能一致，在此不再赘述。
可以理解的是，直流母线开关411包括设置在直流正母线上的二极管以实现对直流正母线的保护，具体操作时也可以仅在直流正母线及直流负母线上均设置二极管以实现对直流正负母线的保护。
实施例五
图5是实施例五的用于可再生能源发电的并网逆变器的结构示意图。实施例五中与实施例四中相同的部分请参见实施例四中的相关描述，实施例四的扩展性说明也适用于本实施例，仅对实施例五与实施例四中不同的部分进行说明。
如图5所示，本实施例中，本实施例中，逆变单元51的直流输入模块510中包含三组直流输入支路，与实施例四的区别在于组数不同，相应连接光伏组串/组件数量不同，其连接关系及工作原理一致，同时每组直流输入支路的正极输入支路及负极输入支路上都设置有熔断器；此外，逆变单元51的直流母线开关511包括设置在直流正母线上的串接的直流开关器及二极管，以及设置在直流负母线上的直流开关。其他逆变单元的结构与逆变单元51的结构一致，且本实施例的功能与实施例四的功能一致，在此不再赘述。
需要说明的是，本实施例直流母线开关511包括设置在直流正母线上的串接的直流开关及二极管，以及设置在直流负母线上的直流开关，具体操作时，可以在直流正负母线上均设置有串接的直流开关及二极管；当然，直流开关与二极管的位置也可以变换，同样能实现冗余安全运行的目的。
实施例六
本实用新型还提供一种可再生能源发电系统，其设置上述任一种用于可再生能源发电的并网逆变器。由于该可再生能源发电系统具有相应并网逆变器的结构，也具有相应并网逆变器的技术效果，在此不再赘述。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于可再生能源发电的并网逆变器，其特征在于，包括二个或二个以上的逆变单元；每一所述逆变单元包括依次连接的直流输入模块、直流母线开关模块及功率模块；各所述逆变单元的直流输入模块并联，且各所述逆变单元的交流侧并联。
2.根据权利要求1所述的并网逆变器，其特征在于，所述直流母线开关模块包括二极管、熔断器、直流开关、串联的直流开关与二极管、或者串联的直流开关与熔断器。
3.根据权利要求2所述的并网逆变器，其特征在于，每一所述直流输入模块包括二组或二组以上的直流输入支路；每组所述直流输入支路包括一个正极输入支路及一个负极输入支路；同组的所述正极输入支路及负极输入支路的一端分别对应连接一路直流输入的正极及负极；每一所述直流输入模块的各正极输入支路的另一端汇流后连接直流正母线；每一所述直流输入模块的各负极输入支路的另一端汇流后连接直流负母线；所述直流正母线及所述直流负母线上设置有所属所述逆变单元的直流母线开关模块。
4.根据权利要求3所述的并网逆变器，其特征在于，每一所述直流正母线中设置有所述直流母线开关模块；或者，每一所述直流正母线及每一所述直流负母线中均设置有所述直流母线开关模块。
5.根据权利要求4所述的并网逆变器，其特征在于，每一所述正极输入支路中设置有开关单元；或者，每一所述正极输入支路及每一所述负极输入支路中均设置有开关单元；
所述开关单元包括直流开关或熔断器。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的并网逆变器，其特征在于，每一所述功率模块的交流侧还串接有滤波器、交流接触器、磁环、交流熔断器及交流断路器中的至少一种；
所述直流输入模块的输出侧连接有防雷器；
所述逆变单元的交流侧的输出侧连接有防雷器。
7.根据权利要求6所述的并网逆变器，其特征在于，所述滤波器为LC滤波器或LCL滤波器；
所述逆变单元的功率模块的交流侧还并联有用于为所述LC滤波器或LCL滤波器中电容充电的预充电电路。
8.根据权利要求7所述的并网逆变器，其特征在于，所述LC滤波器连接所述功率模块的交流侧，且与所述交流接触器、所述预充电电路及所述交流断路器依次连接，各所述交流断路器的输出端彼此连接；或者/并且，所述功率模块为IGBT模块。
9.根据权利要求8所述的并网逆变器，其特征在于，所述并网逆变器为用于光伏发电的并网逆变器或用于风力发电的并网逆变器。
10.一种可再生能源发电系统，其特征在于，设置有具有如权利要求1-9中任一项所述的用于可再生能源发电的并网逆变器。
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