一種逆變器及一種併網發電系統的製作方法

2024-02-08 20:24:15

專利名稱：一種逆變器及一種併網發電系統的製作方法
技術領域：
—種逆變器及一種併網發電系統技術領域[0001]本實用新型涉及光伏併網發電技術領域，尤其涉及一種基於無變壓器型單相全橋併網逆變器和一種併網發電系統。
背景技術：
[0002]光伏併網發電技術是可再生能源技術發展的重要組成部分，光伏併網發電系統主要由太陽能電池板、光伏逆變器等組成，該系統利用太陽能電池板將太陽能轉換成為電能，以直流電的形式輸出，然後再通過光伏併網逆變器將直流電轉換成交流電。[0003]早期的光伏併網發電系統中的逆變器一般都帶有隔離變壓器，實現電氣升壓和電氣隔離；然而，工頻隔離變壓器體積大，成本高，損耗大，影響系統整體效率。因此在中小型併網逆變的應用場合，尤其是單相全橋輸出的併網逆變電源，為了追求最大效率和降低成本，目前大多採用無隔離變壓器設計。[0004]無隔離變壓器隔離設計一般採用直流升壓電路+直流變交流逆變電路，前端直流升壓電路完成最大功率點跟蹤和直流側的太陽能電池陣列電壓的升壓的功能，從直流逆變器的效率角度來看，直流升壓電路效率是最高的，直流升壓電路是用於併網系統中最大功率跟蹤的理想選擇，它使直流側電池組件的電壓配置更加靈活，光伏陣列可以工作在更加廣泛的範圍內，這給用戶選擇不同電池陣列電壓配置帶來了方便。後級直流變交流逆變電路部分一般採用經典的全橋逆變電路完成系統的併網逆變器功能。[0005]現有技術中逆變器系統的拓撲結構如圖1所示，圖1為雙極型單相全橋逆變器原理圖。從圖1中可以看出，所述逆變器包括直流升壓電路1、直流變交流逆變電路2、電容C、第一電感LI和第二電感L2。[0006]所述直流升壓電路I中，第三電感L3—端連接直流升壓電路I正極輸入端h另一端連接二極體D2正極；二極體D2正極連接第三電感L3，負極連接直流升壓電路I正極輸出端丨第一開關管Ql集電極連接在第三電感L3和二極體之間，發射極連接直流升壓電路I負極輸出端G，基極連接第一控制電路。正極輸入端匕 +和負極輸入端匕―之間為直流電源UI。[0007]所述直流變交流逆變電路2中，第二開關管Q2集電極連接直流變交流逆變電路2的正極輸入端發射極為輸出端F』，與第一電感LI連接；第三開關管Q3集電極連接第二開關管Q2的發射極，發射極連接直流變交流逆變電路2負極輸入端匕―；第四開關管Q4集電極連接直流變交流逆變電路2的正極輸入`端 發射極為輸出端,與第二電感L2連接；第五開關管Q5集電極連接第四開關管Q4發射極，發射極連接直流變交流逆變電路2負極輸入端匕―。Q2和Q5的基極連接第二控制電路，Q3和Q4的基極連接第三控制電路。[0008]所述變壓器中，直流升壓電路I通過第一開關管Ql的導通和關斷達到升壓的效果，當第一開關管Ql導通時，電流經第三電感L3、第一開關管Ql流通，第三電感L3上升，第三電感L3儲能，後端直流變交流逆變電路2由電容C提供電流，二極體D2的作用是阻斷電容C經第一開關管Ol放電的迴路。當第一開關管01關斷時，二極體D2導通，電容C在直流電源和第三電感L3反向電動勢的共同作用下充電，第三電感L3釋放能量。[0009]在第一開關管01關斷期間，電容C在直流電源Ul和第三電感L3反電動勢的共同作用下充電，因此直流升壓電路I的輸出電壓大於它的直流輸入電壓，直流升壓電路達到升壓的作用，並且直流升壓電路I的輸出電壓的大小與第三電感L3的電感值和第一開關管01的導通時間相關。[0010]現有技術方案中，當直流電源Ul大於直流變交流逆變電路2正常工作所需電壓時，直流升壓電路I仍然處於工作狀態，造成不必要的電能損耗，降低了逆變器的工作效率，同時縮短了逆變器的使用期限。實用新型內容[0011]本實用新型實施例提供了一種逆變器及一種併網發電系統，用以解決現有技術中逆變器電能損耗大，轉化效率低的問題，並能延長逆變器的使用壽命。[0012]本實用新型實施例提供了一種逆變器，所述逆變器包括直流電源、直流升壓電路、電容、直流變交流逆變電路和旁路電路；其中，所述直流升壓電路、電容、直流變交流逆變電路並接在所述直流電源的正極和負極之間；且所述直流升壓電路的正極輸出端連接所述電容的一端和所述直流變交流逆變電路的正極輸入端，所述直流升壓電路的負極輸出端連接所述電容的另一端和所述直流變交流逆變電路的負極輸入端；所述旁路電路輸入端連接在直流升壓電路的正極輸入端，輸出端連接在直流升壓電路的正極輸出端；當直流電源的電壓值高於直流變交流逆變電路所需電壓值時，所述旁路電路接通；當直流電源的電壓值低於直流變交流逆變電路所需電壓值時，所述旁路電路斷開。[0013]本實用新型實施例提供了一種併網發電系統，所述併網發電系統包含所述的逆變器。[0014]本實用新型提供了一種逆變器，所述逆變器中包含一個旁路電路；當直流輸入電壓小於直流變交流逆變電路所需要的電壓時，該旁路電路不起作用，直流升壓電路進行正常升壓。當直流輸入電壓大於後端直流變交流逆變電路所需要的電壓時，旁路線路起作用，直流升壓電路不工作。所述逆變器能夠有效地減少直流升壓電路所產生的電能損耗，提高逆變器的轉化效率，同時也有效地提高整體光伏系統的效率。


[0015]圖1為典型的雙極逆變器拓撲結構圖；[0016]圖2為本實用新型實施例提供的逆變器拓撲結構圖。
具體實施方式
[0017]本實用新型實施例提供了一種逆變器及一種併網發電系統，用以解決現有技術中電能損耗大，轉化效率低的問題，並能延長逆變器的使用壽命。[0018]本實用新型實施例提供的逆變器，其拓撲結構如圖2所示，圖2為在正極加旁路電路的雙極型單相全橋逆變器拓撲結構圖。從圖2中可以看出，所述逆變器除包括直流升壓電路1、直流變交流逆變電路2、電容C、第一電感LI和第二電感L2外，該逆變器還包括，一個旁路電路3。[0019]所述直流升壓電路I正極輸出端G與所述電容的一端連接，負極輸出端&與電容C的另一端連接；所述直流變交流逆變電路2的正極輸入端匕+與直流升壓電路I正極輸出端F0J連接，直流變交流逆變電路2的負極輸入端『與直流升壓電路I負極輸出端Fol連接；第一電感LI 一端連接直流變交流逆變電路2的一個正極輸出端，第一電感LI另一端連接外電路；第二電感L2—端連接直流變交流逆變電路2的負極輸出端 ，第二電感L2另一端連接外電路。所述旁路電路3 —端連接在直流升壓電路I的正極輸入端丨另一端連接在直流升壓電路I的正極輸出端U。[0020]本實用新型實施例提供的逆變器，其中所述直流升壓電路I包括第三電感L3、二極體D2、第一開關管Ql ;其中，第三電感L3—端連接直流升壓電路I正極輸入端匕+，另一端連接二極體D2正極；二極體D2正極連接第三電感L3，負極連接直流升壓電路I正極輸出端第一開關管Ql集電極連接在第三電感L3和二極體之間，發射極連接直流升壓電路I負極輸入端P01，基極連接第一控制電路。[0021]所述直流升壓電路I中，當第一開關管Ql導通時，電流經第三電感L3、第一開關管Ql流通，第三電感L3的電流增大，第三電感L3儲能，後端直流變交流逆變電路2由電容C提供電流，此時，二極體D2阻斷電容C經第一開關管Ql放電的迴路。當第一開關管Ql關斷，二極體D2導通，電容C在直流輸入電壓和第三電感L3反向電動勢的共同作用下充電，第三電感L3釋放能量。[0022]本實用新型實施例提供的逆變器，其中所述直流變交流逆變電路2電壓型全橋逆變電路，該逆變電路可看成由兩個半橋電路組合而成，共4個橋臂，兩個不相鄰的橋臂組成一對，4個橋臂共分為兩對，成對橋臂同時導通，兩對橋臂交替導通。[0023]所述該逆變電路中，四個橋臂的通斷分別由第二開關管Q2、第三開關管Q3、第四開關管Q4和第五開關管Q5控制；其中，第二開關管Q2集電極連接直流變交流逆變電路2的正極輸入端 發射極為輸出端，與第一電感LI連接；第三開關管Q3集電極連接第二開關管Q2的輸出端F』，發射極連接直流變交流逆變電路2負極輸入端G;第四開關管Q4集電極連接直流變交流逆變電路2的正極輸入端匕+，發射極為輸出端Ρ；2，與第二電感L2連接；第五開關管Q5集電極連接第四開關管Q4發射極輸出端，發射極連接直流變交流逆變電路2負極輸入端匕 — 。所述Q2和Q5的基極連接第二控制電路，Q3和Q4的基極連接第三控制電路。[0024]當所述第二開關管Q2和第五開關管Q5同時導通時，電流經第二開關管Q2、第一電感L1、第二電感L2、第五開關管Q5和外電路共同形成迴路；當所述第三開關管Q3和第四開關管Q4同時導通時，電流經第三開關管Q3、第一電感L1、第二電感L2、第四開關管Q4和外電路共同形成迴路。[0025]本實用新型實施例提供的逆變器，所述旁路電路包括開關電路和旁路控制電路；其中，開關電路中包括第六開關管，旁路控制電路中包括單元控制板。單元控制板的A端連接直流電源，B端連接第六開關管的基極，且能夠通過電壓、電流採集器採集到相應的電壓、電流信號。當直流電源的電壓值高於直流變交流逆變電路所需電壓值時，單元控制板向第六開關管基極輸出高電平信號，第六開關管導通；當直流電源的電壓值低於直流變交流逆變電路所需電壓值時，單元控制板向第六開關管基極輸出低電平信號，第六開關管斷開。[0026]第六開關管Q6，其基極連接旁路控制電路，所述控制電路用於控制第六開關管導通或關閉。當直流輸入電壓高於直流變交流逆變電路2所需電壓時，單元控制板向第六開關管基極輸出高電平信號，第六開關管Q6導通；當直流輸入電壓低於直流變交流逆變電路2所需電壓時，單元控制板向第六開關管基極輸出低電平信號，第六開關管Q6斷開。其中，所述所需電壓為直流變交流逆變電路正常工作所需的最低電壓，本實用新型施例提供的逆變器中設定電壓為700V，通常情況下設定電壓的大小根據設備的不同而不同。[0027]當所述第六開關管Q6斷開時，直流升壓電路I起作用，逆變器中有兩級能量轉換，其中，兩級能量轉換指直流到直流的轉換和直流到交流的轉換；當所述第六開關管Q6導通時，直流升壓電路I不起作用，輸入的直流電直接經直流變交流逆變電路2轉換為交流電，逆變器為單級能量轉換，其中，單級能量轉換指直流到交流的轉換。[0028]實用新型實施例提供的一種併網發電系統，包含所述的逆變器。[0029]綜上所述，本實用新型實施例提供的一種逆變器及一種併網發電系統，所述逆變器中包含一個旁路電路。當逆變器輸入直流電壓小於直流變交流逆變電路所需要的電壓時，該旁路電路不起作用，直流升壓電路進行正常升壓；當光伏系統輸出的直流電壓大於直流變交流逆變電路所需要的電壓時，旁路線路起作用，直流升壓電路不工作。所述逆變器能夠有效地減少直流升壓電路所廣生的電能損耗，有效地提聞光伏系統的效率。[0030]顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和範圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬於本實用新型權利要求及其等同技術的範圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求1.一種逆變器，其特徵在於，包括直流電源、直流升壓電路、電容、直流變交流逆變電路和旁路電路；其中 所述直流升壓電路、電容、直流變交流逆變電路並接在所述直流電源的正極和負極之間；且所述直流升壓電路的正極輸出端連接所述電容的一端和所述直流變交流逆變電路的正極輸入端，所述直流升壓電路的負極輸出端連接所述電容的另一端和所述直流變交流逆變電路的負極輸入端； 所述旁路電路輸入端連接在直流升壓電路的正極輸入端，輸出端連接在直流升壓電路的正極輸出端；當直流電源的電壓值高於直流變交流逆變電路所需電壓值時，所述旁路電路接通；當直流電源的電壓值低於直流變交流逆變電路所需電壓值時，所述旁路電路斷開。
2.如權利要求1所述逆變器，其特徵在於，還包括第一電感和第二電感； 第一電感一端連接直流變交流逆變電路的正極輸出端，第一電感另一端連接外電路； 第二電感一端連接直流變交流逆變電路的負極輸出端，第二電感另一端連接外電路。
3.如權利要求2所述逆變器，其特徵在於，所述直流升壓電路包括第三電感、二極體、第一開關管；其中， 第三電感一端連接直流升壓電路正極輸入端，另一端連接二極體； 二極體正極連接第三電感，負極連接直流升壓電路正極輸出端； 第一開關管集電極連接在第三電感和二極體之間，發射極連接直流升壓電路負極輸入端。
4.如權利要求3所述逆變器，其特徵在於，所述直流變交流逆變電路為電壓型全橋逆變電路。
5.如權利要求4所述逆變器，其特徵在於，所述直流變交流逆變電路包括第二開關管、第三開關管、第四開關管和第五開關管，其中， 第二開關管集電極連接直流變交流逆變電路的正極輸入端，發射極輸出； 第三開關管集電極連接第二開關管發射極，發射極連接直流變交流逆變電路負極輸入端; 第四開關管集電極連接直流變交流逆變電路的正極輸入端，發射極輸出； 第五開關管集電極連接第四開關管輸出端，發射極連接直流變交流逆變電路負極輸入端。
6.如權利要求5所述逆變器，其特徵在於，所述旁路電路包括開關電路和旁路控制電路； 直流輸入電壓高於直流變交流逆變電路所需電壓時，開關電路導通； 直流輸入電壓低於直流變交流逆變電路所需電壓時，開關電路斷開。
7.如權利要求6所述逆變器，其特徵在於，所述開關電路包括第六開關管；旁路控制電路包括單元控制板，用於控制第六開關管通斷； 所述單元控制板的第一端連接直流電源，第二端連接第六開關管的基極； 當直流電源的電壓值高於直流變交流逆變電路所需電壓值時，單元控制板向第六開關管基極輸出高電平信號，第六開關管導通；當直流電源的電壓值低於直流變交流逆變電路所需電壓值時，單元控制板向第六開關管基極輸出低電平信號，第六開關管斷開。
8.如權利要求6所述逆變器，其特徵在於，所述直流變交流逆變電路所需電壓為700V。
9.一種併網發電系統， 其特徵在於，所述併網發電系統包含權利要求1-8任一所述的逆變器。
專利摘要本實用新型提供了一種逆變器及併網發電系統，用以解決逆變器電能損耗大，轉化效率低的問題。該逆變器包括直流電源、直流升壓電路、電容、直流變交流逆變電路和旁路電路；該直流升壓電路、電容、直流變交流逆變電路並接在直流電源的正極和負極之間；且直流升壓電路的正極輸出端連接電容的一端和直流變交流逆變電路的正極輸入端，直流升壓電路的負極輸出端連接電容的另一端和直流變交流逆變電路的負極輸入端；旁路電路輸入端連接在直流升壓電路的正極輸入端，輸出端連接在直流升壓電路的正極輸出端；當直流電源的電壓值高於直流變交流逆變電路所需電壓值時，旁路電路接通；當直流電源的電壓值低於直流變交流逆變電路所需電壓值時，旁路電路斷開。
文檔編號H02M7/48GK202978746SQ20122071747
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者汪旭洋, 宋行賓, 韓曉豔, 崔明 申請人:京東方科技集團股份有限公司, 北京京東方能源科技有限公司