CN210608534U - 光伏逆变器系统及pid控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种PID控制电路及光伏逆变器系统，属于光伏发电技术领域，PID控制电路包括可调电源、多个电子开关以及控制器，通过控制器控制多个电子开关的通断，将可调电源的电压输出端与逆变器直流侧的负直流端接通，进而通过控制器控制可调电源的输出电压，实现对P型光伏电池组成的光伏电池板进行修复和防护。通过控制器控制多个电子开关的通断，还可以将可调电源的电压输出端与逆变器直流侧的正直流端接通，进而通过控制器控制可调电源的输出电压，实现对N型光伏电池组成的光伏电池板进行修复和防护。实现了一个PID控制电路兼容P型和N型光伏电池板的修复和防护，提高了PID控制电路的灵活性。

Description

光伏逆变器系统及PID控制电路

技术领域

本实用新型涉及光伏发电技术领域，更具体地说，涉及光伏逆变器系统及PID(potential Induced Degradation，潜在电势诱导衰减)控制电路。

背景技术

光伏电池分为N型光伏电池和P型光伏电池。在P型半导体材料上扩散硼元素，形成N/P型结构的光伏电池为P型光伏电池；在N型半导体材料上注入磷元素，形成P/N型结构的光伏电池为N型光伏电池。

光伏PID是光伏电池板的一种特性，指在高温多湿环境下，高电压流经光伏电池便会导致输出下降的现象。针对光伏PID，现有的光伏逆变器系统设置PID控制电路进行控制。

现有的光伏逆变器系统，针对不同类型的光伏电池板，采用不同的PID控制电路。具体的，若采用P型光伏电池组成光伏电池板，则需要采用P型PID控制电路，如图1所示，P型PID控制电路对逆变器负直流端与大地之间的电压进行调节；光伏逆变器系统若采用N型光伏电池组成光伏电池板，则需要采用N型PID控制电路，如图2所示，N型控制电路对逆变器正直流端与大地之间的电压进行调节。但是，现有的PID控制电路只能修复和防护一种类型的光伏电池板，灵活性差。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出光伏逆变器系统及PID控制电路，欲实现PID控制电路兼容P型和N型光伏电池板，提高PID控制电路的灵活性的目的。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

第一方面，本实用新型提供一种PID控制电路，包括：

可调电源；

连接在所述可调电源的正电压输出端与逆变器直流侧的负直流端之间的第一电子开关；

连接在所述可调电源的正电压输出端与地之间的第二电子开关；

连接在所述可调电源的负电压输出端与逆变器直流侧的正直流端之间的第三电子开关；

连接在所述可调电源的负电压输出端与地之间的第四电子开关；

连接在所述可调电源的负电压输出端与所述第三电子开关以及所述第四电子开关之间的第一电阻；

电压采集端与所述第一电阻的两端连接，信号输出端与控制器的第一信号输入端连接的第一电压采集电路；

电压采集端与所述负直流端以及地连接，信号输出端与所述控制器的第二信号输入端连接的第二电压采集电路；

电压采集端与所述正直流端以及地连接，信号输出端与所述控制器的第三信号输入端连接的第三电压采集电路；以及

信号控制端与所述可调电源的控制端、所述第一电子开关的控制端、所述第二电子开关的控制端、所述第三电子开关的控制端和所述第四电子开关的控制端相连的控制器。

可选的，所述PID控制电路，还包括：

连接在所述第一电子开关和所述负直流端之间的第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极连接，所述第一二极管的正极与所述第一电子开关连接，所述第二二极管的负极与所述负直流端连接；以及，

负极连接所述正直流端，正极连接在所述第一电子开关和所述第一二极管之间的第三二极管。

可选的，所述PID控制电路，还包括：

连接在所述第三电子开关和所述正直流端之间的第四二极管和第五二极管，所述第四二极管的负极与所述第五二极管的正极连接，所述第四二极管的正极与所述正直流端连接，所述第五二极管的负极与所述第三电子开关连接；以及，

正极连接所述负直流端，负极连接在所述第三电子开关和所述第五二极管之间的第六二极管。

可选的，所述PID控制电路，还包括：

连接在所述第二电子开关和地之间的第二电阻。

可选的，所述PID控制电路，还包括：

连接在所述第四电子开关和地之间的第三电阻。

可选的，所述PID控制电路，还包括：

电压采集端与所述第二电阻的两端连接，信号输出端与所述控制器的第四信号输入端连接的第四电压采集电路；和，

电压采集端与所述第三电阻的两端连接，信号输出端与所述控制器的第五信号输入端连接的第五电压采集电路。

可选的，所述第一电子开关、所述第二电子开关、所述第三电子开关和所述第四电子开关，具体为：继电器、断路器、晶闸管、MOS管和IGBT管中的一种或多种组合。

第二方面，本实用新型提供一种光伏逆变器系统，包括N个光伏电池板和M个逆变器，N≥1，1≤M≤N，每个所述逆变器连接至少一个光伏电池板，与同一个所述逆变器连接的每个所述光伏电池板由相同类型光伏电池组成，其特征在于，还包括M个如第一方面中任意一种PID控制电路，每个所述PID控制电路连接一个所述逆变器。

可选的，所述M个逆变器包括：

三相逆变器和/或单相逆变器。

可选的，所述N个光伏电池板包括：

N型光伏电池组成的光伏电池板和/或P型光伏电池组成的光伏电池板。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供的一种PID控制电路，包括可调电源、多个电子开关以及控制器，通过控制器控制多个电子开关的通断，将可调电源的电压输出端与逆变器直流侧的负直流端接通，进而通过控制器控制可调电源的输出电压，实现对逆变器直流侧的负直流端与大地之间的电压进行调节，即对P型光伏电池组成的光伏电池板进行修复和防护。通过控制器控制多个电子开关的通断，还可以将可调电源的电压输出端与逆变器直流侧的正直流端接通，进而通过控制器控制可调电源的输出电压，实现对逆变器直流侧的正直流端与大地之间的电压进行调节，即对N型光伏电池组成的光伏电池板进行修复和防护。实现了一个PID控制电路兼容P型和N型光伏电池板，提高了PID控制电路的灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为P型电池板光伏逆变器系统的结构示意图；

图2为N型电池板光伏逆变器系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种PID控制电路的示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种PID控制电路的示意图；

图5为本实用新型实施例提供的又一种PID控制电路的示意图；

图6为本实用新型实施例提供的又一种PID控制电路的示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种光伏逆变器系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供的PID控制电路，通过多个电子开关组成电路切换单元。当光伏逆变器系统中的光伏电池板由P型光伏电池组成时，通过电路切换单元，控制可调电源的电压输出端与逆变器直流侧的负直流端连接，调节逆变器直流侧的负直流端与大地之间的电压；当光伏逆变器系统中的光伏电池板由N型光伏电池组成时，通过电路切换单元，控制可调电源的输出端与逆变器直流侧的正直流端连接，调节逆变器直流侧的正直流端与大地之间的电压。实现了一个PID控制电路，兼容P型和N型光伏电池板。下面详细介绍本实用新型提供的PID控制电路。

参见图3，为本实施例提供的一种PID控制电路的示意图，该电路包括：可调电源U、第一电子开关K1、第二电子开关K2、第三电子开关K3、第三电子开关K4、第一电阻R1、第一电压采集电路、第二电压采集电路、第三电压采集电路和控制器(未示出)。

可调电源U用于输出直流电压，并且可调电源输出的直流电压的具体值，可通过控制器进行调节。

第一电子开关K1连接在可调电源U的正电压输出端与逆变器直流侧的负直流端BUS-之间。

第二电子开关K2连接在可调电源U的正电压输出端与地PE之间。

第三电子开关K3连接在可调电源U的负电压输出端与逆变器直流侧的正直流端BUS+之间。

第四电子开关K4连接在可调电源U的负电压输出端与地PE之间。

在可调电源U的负电压输出端与第三电子开关K3以及第四电子开关K4之间设置第一电阻R1。通过设置第一电阻R1，可以在正母线对地短路，或者负母线对地短路时，将电流限制在一定值以下，对电路中的电子器件起到保护作用。

第一电压采集电路的电压采集端与第一电阻R1的两端连接，信号输出端与控制器的第一信号输入端连接。第一电压采集电路用于采集第一电阻R1两端的电压并传输至控制器。

第二电压采集电路的电压采集端与逆变器直流侧的负直流端BUS-以及地PE连接，信号输出端与控制器的第二信号输入端连接。第二电压采集电路用于采集逆变器直流侧的负直流端BUS-与地PE之间的电压，并传输至控制器。

第三电压采集电路的电压采集端与逆变器直流侧的正直流端BUS+以及地PE连接，信号输出端与控制器的第三信号输入端。第三电压采集电路用于采集逆变器直流侧的正直流端BUS+与地PE之间的电压，并传输至控制器。

控制器的信号控制端与可调电源U的控制端连接，以控制可调电源U的输出电压；控制器的信号控制端还与第一电子开关K1的控制端、第二电子开关K2的控制端、第三电子开关K3的控制端和第四电子开关K4的控制端相连，用于分别控制第一电子开关K1、第二电子开关K2、第三电子开关K3和

第四电子开关K4的通断。需要说明的是，控制的信号控制端包括多个，可调电源U的控制端以及每个电子开关的控制端分别与控制器的一个信号控制端连接。

本实施例提供的PID控制电路兼容P型和N型光伏电池板，对于P型光伏电池组成的光伏电池板，本实施例提供的PID控制电路，将第一电子开关K1和第四电子开关K4导通，以及将第二电子开关K2和第三电子开关K3断开，这样可调电源U与逆变器直流侧的负直流端BUS-接通，在晚上修复时，将逆变器直流侧的负直流端BUS-与地PE之间的电压调节到目标电压VBUS-_PE，目标电压VBUS-_PE为正值；在白天进行防护时，将逆变器直流侧的负直流端BUS-与地PE之间的电压调节到0V以上。第一电阻R1的电阻值已知，在检测到第一电阻R1两端的电压后，可以计算得到通过第一电阻R1的电流。再结合负直流端BUS-与地PE之间的电压，可以计算得到负直流端BUS-与地PE之间的等效电阻。

对于N型光伏电池组成的光伏电池板，本实施例提供的PID控制电路，将第一电子开关K1和第四电子开关K4断开，以及将第二电子开关K2和第三电子开关K3导通，这样可调电源U与逆变器直流侧的正直流端BUS+接通，在晚上修复时，将逆变器直流侧的正直流端BUS+与地PE之间的电压调节到目标电压VBUS+_PE，目标电压VBUS+_PE为负值；在白天进行防护时，将逆变器的正直流端BUS+与地PE之间的电压调节到0V以下。第一电阻R1的电阻值已知，在检测到第一电阻R1两端的电压后，可以计算得到通过第一电阻R1的电流。再结合正直流端BUS+与地PE之间的电压，可以计算得到正直流端BUS+与地PE之间的等效电阻。

参见图4，为本实施例提供的另一种PID控制电路的示意图，相对于图3示出的PID控制电路，还包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6。

第一二极管D1和第二二极管D2连接在第一电子开关K1和逆变器的负直流端BUS-之间。第一二极管D1的负极与第二二极管D2的正极连接。第一二极管D2的正极与第一电子开关K1连接。第二二极管D2的负极与逆变器的负直流端BUS-连接。

第三二极管D3的负极连接逆变器的正直流端BUS+；第三二极管D3的正极连接在第一电子开关K1和第一二极管D1之间。

第一电子开关K1与逆变器的正直流端BUS+之间串联一个二极管；第一电子开关K1与逆变器的负直流端BUS-之间串联两个二极管。这样在第一电子开关K1和第四电子开关K4导通后，可以使得逆变器的正母线电压高于逆变器的负母线电压，以防止母线电容出现负压。

第四二极管D4和第五二极管D5连接在第三电子开关K3和逆变器的正直流端BUS+之间。第四二极管D4的负极与第五二极管D5的正极连接。第四二极管D4的正极与逆变器的正直流端BUS+连接。第五二极管D5的负极与第三电子开关K3连接。

第六二极管D6的正极连接逆变器的负直流端BUS-；第六二极管D6的负极连接在第三电子开关K3和第五二极管D5之间。

第三电子开关K3与逆变器的正直流端BUS+之间串联两个二极管；第三电子开关K3与逆变器的负直流端BUS-之间串联一个二极管。这样在第二电子开关K2和第三电子开关K3导通后，同样可以使得逆变器的正母线电压高于逆变器的负母线电压，以防止母线电容出现负压。

参见图5，为本实施例提供的又一种PID控制电路的示意图，相对于图5示出的PID控制电路，还包括：第二电阻R2和第三电阻R3。第二电阻R2连接在第二电子开关K2和地PE之间。第三电阻R3连接在第四电子开关K4和地PE之间。

在实现本实用新型时发明人发现，在控制第一电子开关K1和第四电子开关K4导通，且控制第二电子开关K2和第三电子开关K3断开过程中，若出现第二电子开关K2粘死，即无法断开的情况；若不设置第二电阻R2，则由于可调电源U对地PE短路，而机壳又与地PE相连，导致机壳带电，存在安全隐患。通过在第二开电子开关K2与地PE之间设置第二电阻R2，当第二电子开关K2非正常导通时，使得可调电源U导入地PE的电流小于一定值，提高了安全性。同理，在第四电子开关K4与地PE之间设置第三电阻R3，当第四电子开关K4非正常导通时，使得可调电源U导入地PE的电流小于一定值，提高了安全性。

参见图6，为本实施例提供的又一种PID控制电路的示意图，相对于图6示出的PID控制电路，还包括：用于采集第二电阻R的两端电压并传输至控制器的第一电压采集电路；和，用于采集第三电阻R3的两端电压并传输至控制器的第二电压采集电路。

在第一电子开关K1和第四电子开关K4导通，且第二电子开关K2和第三电子开关K3断开后，对P型光伏电池组成的光伏电池板进行修复或防护工作时，若采集到的第二电阻R2的两端电压出现突变或者为零，则控制可调电源U停止输出电压，并控制第一电子开关K1和第二电子开关K4断开。在第一电子开关K1和第四电子开关K4断开，且第二电子开关K2和第三电子开关K3导通后，对N型光伏电池组成的光伏电池板进行修复或防护工作时，若采集到第三电阻R3的两端电压出现突变或者为零，则控制可调电源U停止输出电压，并控制第二电子开关K2和第三电子开关K3断开。

可选的，第一电子开关K1、第二电子开关K2、第三电子开关K3和第四电子开关K4，具体为：继电器、断路器、晶闸管、MOS管和IGBT管中的一种或多种组合。例如，第一电子开关K1、第二电子开关K2、第三电子开关K3和第四电子开关K4均为MOS管；或，第一电子开关K1和第二电子开关K2均为MOS管，第三电子开关K3和第四电子开关均为IGBT管。

对于图5至图7中的各个电阻，仅是实例性的给出一种可选形式，在实际应用中，各个电阻不仅可以是单个电阻，还可以根据实际需求，分别采用多个电阻串联、多个电阻并联或者多个电阻串并组合的方式替换图5至图7所示实施例中的各个电阻，均在本实用新型的保护范围内。

进一步需要说明的是，本实用新型所阐明的实施例中，其控制器一般为可编程的芯片，比如单片机、数字信号处理器等，此处不做限定，视其应用环境而定，均在本实用新型的保护范围内。

参见图7，为本实施例提供的一种光伏逆变器系统的结构示意图，该光伏逆变器系统包括光伏电池板81、逆变器82和以上任意一种实施例示出的PID控制电路83。光伏电池板81既可以是P型光伏电池组成的光伏电池板，也可以是N型光伏电池组成的光伏电池板。需要说明的是，与同一逆变器82连接的光伏电池板81可以为一个也可以为多个光伏电池板81串联。只要与同一逆变器82连接的光伏电池板为相同类型均属于本实用新型保护的范围。每个PID控制电路83连接一个逆变器82。

用户可以通过上位机选择PID控制电路82需要配置的类型。具体的，对于P型光伏电池组成的光伏电池板，用户通过上位机选择P型，上位机向PID控制电路的控制器发送P型配置指令；PID控制电路的控制器接收到P型配置指令后，通过电子开关的控制，将可控电源U的电压输出端与逆变器82的负直流端BUS-接通，控制可调电源的输出电压，实现对逆变器负直流端与大地之间的电压进行调节，即对P型光伏电池组成的光伏电池板进行修复和防护。对于N型光伏电池组成的光伏电池板，用户通过上位机选择N型，上位机向PID控制电路的控制器发送N型配置指令；PID控制电路的控制器接收到N型配置指令后，通过电子开关的控制，将可控电源U的电压输出端与逆变器82的正直流端BUS+接通，控制可调电源的输出电压，实现对逆变器正直流端BUS+与大地之间的电压进行调节，即对N型光伏电池组成的光伏电池板进行修复和防护。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的设备中还存在另外的相同要素。

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。

对实用新型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实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型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。

Claims (10)

1.一种PID控制电路，其特征在于，包括：

可调电源；

连接在所述可调电源的正电压输出端与逆变器直流侧的负直流端之间的第一电子开关；

连接在所述可调电源的正电压输出端与地之间的第二电子开关；

连接在所述可调电源的负电压输出端与逆变器直流侧的正直流端之间的第三电子开关；

连接在所述可调电源的负电压输出端与地之间的第四电子开关；

连接在所述可调电源的负电压输出端与所述第三电子开关以及所述第四电子开关之间的第一电阻；

电压采集端与所述第一电阻的两端连接，信号输出端与控制器的第一信号输入端连接的第一电压采集电路；

电压采集端与所述负直流端以及地连接，信号输出端与所述控制器的第二信号输入端连接的第二电压采集电路；

电压采集端与所述正直流端以及地连接，信号输出端与所述控制器的第三信号输入端连接的第三电压采集电路；以及，

信号控制端与所述可调电源的控制端、所述第一电子开关的控制端、所述第二电子开关的控制端、所述第三电子开关的控制端和所述第四电子开关的控制端相连的控制器。

2.根据权利要求1所述的PID控制电路，其特征在于，还包括：

连接在所述第一电子开关和所述负直流端之间的第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的负极与所述第二二极管的正极连接，所述第一二极管的正极与所述第一电子开关连接，所述第二二极管的负极与所述负直流端连接；以及，

负极连接所述正直流端，正极连接在所述第一电子开关和所述第一二极管之间的第三二极管。

3.根据权利要求1所述的PID控制电路，其特征在于，还包括：

连接在所述第三电子开关和所述正直流端之间的第四二极管和第五二极管，所述第四二极管的负极与所述第五二极管的正极连接，所述第四二极管的正极与所述正直流端连接，所述第五二极管的负极与所述第三电子开关连接；以及，

正极连接所述负直流端，负极连接在所述第三电子开关和所述第五二极管之间的第六二极管。

4.根据权利要求1所述的PID控制电路，其特征在于，还包括：

连接在所述第二电子开关和地之间的第二电阻。

5.根据权利要求4所述的PID控制电路，其特征在于，还包括：

连接在所述第四电子开关和地之间的第三电阻。

6.根据权利要求5所述的PID控制电路，其特征在于，还包括：

电压采集端与所述第二电阻的两端连接，信号输出端与所述控制器的第四信号输入端连接的第四电压采集电路；和，

电压采集端与所述第三电阻的两端连接，信号输出端与所述控制器的第五信号输入端连接的第五电压采集电路。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的PID控制电路，其特征在于，所述第一电子开关、所述第二电子开关、所述第三电子开关和所述第四电子开关，具体为：继电器、断路器、晶闸管、MOS管和IGBT管中的一种或多种组合。

8.一种光伏逆变器系统，包括N个光伏电池板和M个逆变器，N≥1，1≤M≤N，每个所述逆变器连接至少一个光伏电池板，与同一个所述逆变器连接的每个所述光伏电池板由相同类型光伏电池组成，其特征在于，还包括M个如权利要求1～7任意一项所述的PID控制电路，每个所述PID控制电路连接一个所述逆变器。

9.根据权利要求8所述的光伏逆变器系统，其特征在于，所述M个逆变器包括：

三相逆变器和/或单相逆变器。

10.根据权利要求8所述的光伏逆变器系统，其特征在于，所述N个光伏电池板包括：

N型光伏电池组成的光伏电池板和/或P型光伏电池组成的光伏电池板。

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