太陽能光伏三相微逆變器以及太陽能光伏發電系統的製作方法
2023-06-04 22:51:46
專利名稱：太陽能光伏三相微逆變器以及太陽能光伏發電系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電源變換器消除紋波功率的技術領域，具體來說，本發明涉及一種太陽能光伏三相微逆變器以及一種太陽能光伏發電系統。
背景技術：
很多可再生能源產生直流電，例如太陽能光伏和化學電池。直流電通過逆變器轉換為固定頻率的正弦交流電，傳輸給電網或者離網使用。太陽能光伏發電系統的逆變器最近趨向於採用分布式的微型逆變器(微逆變器)。微型逆變器對每個直流光伏組件提供最大功率點控制，從而使每個直流光伏組件產生最大的能量，提高整個太陽能光伏發電系統的性能。另外，微型逆變器還能產生交流低壓輸出，而不是中心式逆變器系統的高直流電壓輸出，提高了系統的安全性和工作效率。圖2為現有技術中的一個單相逆變器的結構示意圖。如圖所示，該單相逆變器200 可以包括直流-直流轉換電路201和直流-交流轉換電路202。其直流輸入端設置有存儲電容203，用以減小紋波電壓。圖3為現有技術中的一個反激全橋拓撲的單相逆變器的電路結構示意圖。如圖所示，該單相逆變器300可以包括直流-直流轉換電路401和直流-交流轉換電路302。其中，直流-直流轉換電路301用於進行MPPT (最大功率點跟蹤)控制和正弦波產生，輸出半正弦波。該直流-直流轉換電路301可以包括存儲電容303，電流檢測元件304，電壓檢測元件305和反激電路306。反激電路306又可以包括變壓器T，開關管Q和二極體D。變壓器 T的主邊線圈與開關管Q串聯，副邊線圈與二極體D串聯到輸出。這裡以單路反激為例，兩路或多路地交錯反激也可以使用。而直流-交流轉換電路302為工作在工頻的H全橋，用於將半周期正弦波反相，形成完整的正弦波，其可以採用低頻低功耗元件，例如晶閘管等。單相逆變器的一個基本特性是電源和負載間的能量傳輸包括平均能量和雙倍頻率的紋波。逆變器希望從直流電源獲取沒有紋波的直流電，然後將平均能量和紋波能量傳給輸出負載，這樣就要求逆變器裡有能量存儲單元來處理紋波能量。圖1為現有技術中的一個單相逆變器的直流端紋波功率的波形示意圖。如圖所示，逆變器產生和交流電網能量同相的輸出功率，所以輸出能量在零和峰值輸出功率之間震蕩。在逆變器的輸出功率為零時，光伏組件的電流不流過逆變器，所以給存儲電容充電；在逆變器的輸出功率為峰值時， 存儲電容放電補充光伏組件的功率，使峰值達到平均值的兩倍。所以，存儲電容的充放電形成了光伏組件提供的直流電之上附加的交流成分，叫做紋波功率。為管理雙倍頻率的紋波功率，能量需要被在兩倍的頻率存儲和釋放。為避免能量交換造成大的電壓紋波，需要使用大的電容。通常逆變器採用在直流主線的大容量電解電容作為被動濾波器，但電解電容有多種失效模式，特別是紋波電流造成電容內部自熱，減少壽命。主動濾波電路被廣泛研究來替代被動方法，通過分開的能量變換電路來提供另一個紋波，該紋波抵消掉雙頻率紋波功率，但該方法需要複雜的電路和控制方法。所以，需要能簡單地消除光伏併網逆變器中直流側紋波功率。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種太陽能光伏三相微逆變器以及一種太陽能光伏發電系統，能夠簡單地消除三相微逆變器直流側輸入端的紋波功率。為解決上述技術問題，本發明提供一種太陽能光伏三相微逆變器，包括直流端子，與三個直流光伏組件相連接，用於接收所述直流光伏組件產生的直流電；三個單相逆變電路，其直流輸入端分別通過所述直流端子與所述三個直流光伏組件相連接，用於分別將所述直流光伏組件產生的直流電轉換為交流電；交流端子，分別與所述三個單相逆變電路的交流輸出端和三相交流電網相連接， 用於將所述三個單相逆變電路產生的交流電併網輸出；其中，每個單相逆變電路的直流輸入端彼此並聯，並且其交流輸出端通過所述交流端子分別與所述三相交流電網三相中的一相以及零線相連接。可選地，所述三相微逆變器還包括電流檢測元件，與所述三個直流光伏組件相串聯，用於測量所述直流光伏組件提供的輸入電流；電壓檢測元件，跨接於所述三個單相逆變電路中任一個的直流輸入端與接地端之間，用於測量所述直流光伏組件的輸入電壓。可選地，所述三個直流光伏組件之間彼此互相獨立。可選地，所述三個直流光伏組件先彼此互相串聯，然後與所述直流端子相連接。可選地，所述單相逆變電路包括直流-直流轉換電路，與所述直流端子相連接，用於進行最大功率點跟蹤控制；直流-交流轉換電路，分別與所述直流-直流轉換電路和交流端子相連接，用於進行正弦波的產生和併網。可選地，所述單相逆變電路還包括直流檢測電路、交流檢測電路、控制電路、通信電路、電源電路和併網電路。可選地，所述三個單相逆變電路共用一套交流檢測電路、控制電路、通信電路和電源電路。本發明還提供一種太陽能光伏三相微逆變器，包括直流端子，與三個直流光伏組件相連接，用於接收所述直流光伏組件產生的直流電；三個單相逆變電路，其直流輸入端分別通過所述直流端子與所述三個直流光伏組件相連接，用於分別將所述直流光伏組件產生的直流電轉換為交流電；交流端子，分別與所述三個單相逆變電路的交流輸出端和三相交流電網相連接， 用於將所述三個單相逆變電路產生的交流電併網輸出；其中，每個單相逆變電路包括直流-直流轉換電路，用於進行最大功率點跟蹤控制，所述直流-直流轉換電路的輸出端彼此並聯，所述三個單相逆變電路的交流輸出端通過所述交流端子分別與所述三相交流電網三相中的一相以及零線相連接。可選地，所述每個單相逆變電路還包括直流-交流轉換電路，分別與所述直流-直
6流轉換電路和交流端子相連接，用於進行正弦波的產生和併網。可選地，所述三相微逆變器還包括電流檢測元件，分別與所述三個直流光伏組件相串聯，用於測量所述直流光伏組件提供的輸入電流；電壓檢測元件，分別跨接於所述三個單相逆變電路的直流輸入端與接地端之間， 用於測量所述直流光伏組件的輸入電壓。可選地，所述三個直流光伏組件之間彼此互相獨立。可選地，所述單相逆變電路還包括直流檢測電路、交流檢測電路、控制電路、通信電路、電源電路和併網電路。可選地，所述三個單相逆變電路共用一套交流檢測電路、控制電路、通信電路和電源電路。相應地，本發明提供一種太陽能光伏發電系統，包括多個太陽能光伏三相微逆變器，所述多個三相微逆變器的交流端子分別與三相交流電網中的各相和零線相連接，其中， 每個三相微逆變器包括直流端子，與三個直流光伏組件相連接，用於接收所述直流光伏組件產生的直流電；三個單相逆變電路，其直流輸入端分別通過所述直流端子與所述三個直流光伏組件相連接，用於分別將所述直流光伏組件產生的直流電轉換為交流電；交流端子，分別與所述三個單相逆變電路的交流輸出端和三相交流電網相連接， 用於將所述三個單相逆變電路產生的交流電併網輸出；其中，每個單相逆變電路的直流輸入端彼此並聯，並且其交流輸出端通過所述交流端子分別與所述三相交流電網三相中的一相以及零線相連接。可選地，所述多個三相微逆變器的交流端子先彼此相連接，形成三相微逆變器串， 再與所述三相交流電網相連接。可選地，所述多個三相微逆變器之間彼此獨立，其各自的交流端子分別與所述三相交流電網中的各相和零線相連接。可選地，所述三相微逆變器還包括電流檢測元件，與所述三個直流光伏組件相串聯，用於測量所述直流光伏組件提供的輸入電流；電壓檢測元件，跨接於所述三個單相逆變電路中任一個的直流輸入端與接地端之間，用於測量所述直流光伏組件的輸入電壓。可選地，所述三個直流光伏組件之間彼此互相獨立。可選地，所述三個直流光伏組件先彼此互相串聯，然後與所述直流端子相連接。可選地，所述單相逆變電路包括直流-直流轉換電路，與所述直流端子相連接，用於進行最大功率點跟蹤控制；
直流-交流轉換電路，分別與所述直流-直流轉換電路和交流端子相連接，用於進行正弦波的產生和併網。 可選地，所述單相逆變電路還包括直流檢測電路、交流檢測電路、控制電路、通信電路、電源電路和併網電路。
可選地，所述三個單相逆變電路共用一套交流檢測電路、控制電路、通信電路和電源電路。本發明還提供一種太陽能光伏發電系統，包括多個太陽能光伏三相微逆變器，所述多個三相微逆變器的交流端子分別與三相交流電網中的各相和零線相連接，其中，每個三相微逆變器包括直流端子，與三個直流光伏組件相連接，用於接收所述直流光伏組件產生的直流電；三個單相逆變電路，其直流輸入端分別通過所述直流端子與所述三個直流光伏組件相連接，用於分別將所述直流光伏組件產生的直流電轉換為交流電；交流端子，分別與所述三個單相逆變電路的交流輸出端和三相交流電網相連接， 用於將所述三個單相逆變電路產生的交流電併網輸出；其中，每個單相逆變電路包括直流-直流轉換電路，用於進行最大功率點跟蹤控制，所述直流-直流轉換電路的輸出端彼此並聯，所述三個單相逆變電路的交流輸出端通過所述交流端子分別與所述三相交流電網三相中的一相以及零線相連接。可選地，所述每個單相逆變電路還包括直流-交流轉換電路，分別與所述直流-直流轉換電路和交流端子相連接，用於進行正弦波的產生和併網。可選地，所述多個三相微逆變器的交流端子先彼此相連接，形成三相微逆變器串， 再與所述三相交流電網相連接。可選地，所述多個三相微逆變器之間彼此獨立，其各自的交流端子分別與所述三相交流電網中的各相和零線相連接。可選地，所述三相微逆變器還包括電流檢測元件，分別與所述三個直流光伏組件相串聯，用於測量所述直流光伏組件提供的輸入電流；電壓檢測元件，分別跨接於所述三個單相逆變電路的直流輸入端與接地端之間， 用於測量所述直流光伏組件的輸入電壓。可選地，所述三個直流光伏組件之間彼此互相獨立。可選地，所述單相逆變電路還包括直流檢測電路、交流檢測電路、控制電路、通信電路、電源電路和併網電路。可選地，所述三個單相逆變電路共用一套交流檢測電路、控制電路、通信電路和電源電路。與現有技術相比，本發明具有以下優點本發明將三個單相逆變電路的直流側並聯在一起，交流端子連接三相交流電纜後併入三相交流電網。由於三相交流電的各相為相差120°的正弦波，它們在各個單相逆變電路的直流輸入端的紋波功率也是相差120°。於是，三個紋波功率相加後為零，即三個單相逆變電路的直流輸入端的紋波功率為零。這樣，單相逆變電路直流側的存儲能量的存儲電容就可以被消除。在原理上相當於當相Ll給存儲電容充電時，相L2和L3給存儲電容放電，所以本發明的三相微逆變器能夠簡單地消除了直流側輸入端的紋波功率。
本發明的上述的以及其他的特徵、性質和優勢將通過下面結合附圖和實施例的描述而變得更加明顯，其中圖1為現有技術中的一個單相逆變器的直流端紋波功率的波形示意圖；圖2為現有技術中的一個單相逆變器的結構示意圖；圖3為現有技術中的一個反激全橋拓撲的單相逆變器的電路結構示意圖；圖4為本發明一個實施例的無存儲電容的太陽能光伏三相微逆變器的結構示意圖；圖5為本發明一個實施例的無存儲電容的太陽能光伏三相微逆變器的三個單相逆變電路的直流輸入端的紋波功率及其總和的曲線示意圖；圖6為本發明一個實施例的無存儲電容的太陽能光伏三相微逆變器的電路示意圖；圖7為本發明另一個實施例的無存儲電容的太陽能光伏三相微逆變器的結構示意圖；圖8為本發明一個實施例的太陽能光伏三相微逆變器與三相交流電網相連接的結構示意圖；圖9為本發明一個實施例的太陽能光伏三相微逆變器的一個單相逆變電路的具體結構示意圖；圖10為本發明另一個實施例的太陽能光伏三相微逆變器的三個單相逆變電路共用一些電路的示意圖；圖11為本發明另一個實施例的無存儲電容的太陽能光伏三相微逆變器的結構示意圖；圖12為本發明一個實施例的包括多個上述三項微逆變器的太陽能光伏發電系統的結構示意圖；圖13為本發明另一個實施例的包括多個上述三項微逆變器的太陽能光伏發電系統的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例和附圖對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護範圍。圖4為本發明一個實施例的無存儲電容的太陽能光伏三相微逆變器的結構示意圖。如圖所示，該太陽能光伏三相微逆變器400可以包括直流端子401，與三個直流光伏組件DC1、DC2、DC3相連接，用於接收直流光伏組件 DC1、DC2、DC3產生的直流電；三個單相逆變電路402，例如三個單相反激逆變電路，其直流輸入端分別通過直流端子401與三個直流光伏組件DC 1、DC2、DC3相連接，用於分別將直流光伏組件DC1、DC2、 DC3產生的直流電轉換為交流電；交流端子403，分別與三個單相逆變電路402的交流輸出端和三相交流電網405相連接，用於將三個單相逆變電路402產生的交流電併網輸出；其中，每個單相逆變電路402的直流輸入端彼此並聯，並且其交流輸出端通過交
9流端子403分別與三相交流電網402三相中的一相Li、L2或L3以及零線N相連接。由於三相的總功率為常數，在直流輸入端產生的紋波功率為零，所以存儲電容被消除了。圖5為本發明一個實施例的無存儲電容的太陽能光伏三相微逆變器的三個單相逆變電路的直流輸入端的紋波功率及其總和的曲線示意圖。詳細來說，三相L1、L2和L3的紋波功率A(Ll)、PJL2)、!^ (L3)的計算公式為
權利要求
1.一種太陽能光伏三相微逆變器，包括直流端子，與三個直流光伏組件相連接，用於接收所述直流光伏組件產生的直流電； 三個單相逆變電路，其直流輸入端分別通過所述直流端子與所述三個直流光伏組件相連接，用於分別將所述直流光伏組件產生的直流電轉換為交流電；交流端子，分別與所述三個單相逆變電路的交流輸出端和三相交流電網相連接，用於將所述三個單相逆變電路產生的交流電併網輸出；其中，每個單相逆變電路的直流輸入端彼此並聯，並且其交流輸出端通過所述交流端子分別與所述三相交流電網三相中的一相以及零線相連接。
2.根據權利要求1所述的三相微逆變器，其特徵在於，還包括電流檢測元件，與所述三個直流光伏組件相串聯，用於測量所述直流光伏組件提供的輸入電流；電壓檢測元件，跨接於所述三個單相逆變電路中任一個的直流輸入端與接地端之間， 用於測量所述直流光伏組件的輸入電壓。
3.根據權利要求2所述的三相微逆變器，其特徵在於，所述三個直流光伏組件之間彼此互相獨立。
4.根據權利要求2所述的三相微逆變器，其特徵在於，所述三個直流光伏組件先彼此互相串聯，然後與所述直流端子相連接。
5.根據權利要求3或4所述的三相微逆變器，其特徵在於，所述單相逆變電路包括 直流-直流轉換電路，與所述直流端子相連接，用於進行最大功率點跟蹤控制；直流-交流轉換電路，分別與所述直流-直流轉換電路和交流端子相連接，用於進行正弦波的產生和併網。
6.根據權利要求5所述的三相微逆變器，其特徵在於，所述單相逆變電路還包括直流檢測電路、交流檢測電路、控制電路、通信電路、電源電路和併網電路。
7.根據權利要求6所述的三相微逆變器，其特徵在於，所述三個單相逆變電路共用一套交流檢測電路、控制電路、通信電路和電源電路。
8.一種太陽能光伏三相微逆變器，包括直流端子，與三個直流光伏組件相連接，用於接收所述直流光伏組件產生的直流電； 三個單相逆變電路，其直流輸入端分別通過所述直流端子與所述三個直流光伏組件相連接，用於分別將所述直流光伏組件產生的直流電轉換為交流電；交流端子，分別與所述三個單相逆變電路的交流輸出端和三相交流電網相連接，用於將所述三個單相逆變電路產生的交流電併網輸出；其中，每個單相逆變電路包括直流-直流轉換電路，用於進行最大功率點跟蹤控制，所述直流-直流轉換電路的輸出端彼此並聯，所述三個單相逆變電路的交流輸出端通過所述交流端子分別與所述三相交流電網三相中的一相以及零線相連接。
9.根據權利要求8所述的三相微逆變器，其特徵在於，所述每個單相逆變電路還包括直流-交流轉換電路，分別與所述直流-直流轉換電路和交流端子相連接，用於進行正弦波的產生和併網。
10.根據權利要求9所述的三相微逆變器，其特徵在於，還包括電流檢測元件，分別與所述三個直流光伏組件相串聯，用於測量所述直流光伏組件提供的輸入電流；電壓檢測元件，分別跨接於所述三個單相逆變電路的直流輸入端與接地端之間，用於測量所述直流光伏組件的輸入電壓。
11.根據權利要求10所述的三相微逆變器，其特徵在於，所述三個直流光伏組件之間彼此互相獨立。
12.根據權利要求11所述的三相微逆變器，其特徵在於，所述單相逆變電路還包括直流檢測電路、交流檢測電路、控制電路、通信電路、電源電路和併網電路。
13.根據權利要求12所述的三相微逆變器，其特徵在於，所述三個單相逆變電路共用一套交流檢測電路、控制電路、通信電路和電源電路。
14.一種太陽能光伏發電系統，包括多個太陽能光伏三相微逆變器，所述多個三相微逆變器的交流端子分別與三相交流電網中的各相和零線相連接，其中，每個三相微逆變器包括直流端子，與三個直流光伏組件相連接，用於接收所述直流光伏組件產生的直流電；三個單相逆變電路，其直流輸入端分別通過所述直流端子與所述三個直流光伏組件相連接，用於分別將所述直流光伏組件產生的直流電轉換為交流電；交流端子，分別與所述三個單相逆變電路的交流輸出端和三相交流電網相連接，用於將所述三個單相逆變電路產生的交流電併網輸出；其中，每個單相逆變電路的直流輸入端彼此並聯，並且其交流輸出端通過所述交流端子分別與所述三相交流電網三相中的一相以及零線相連接。
15.根據權利要求14所述的太陽能光伏發電系統，其特徵在於，所述多個三相微逆變器的交流端子先彼此相連接，形成三相微逆變器串，再與所述三相交流電網相連接。
16.根據權利要求14所述的太陽能光伏發電系統，其特徵在於，所述多個三相微逆變器之間彼此獨立，其各自的交流端子分別與所述三相交流電網中的各相和零線相連接。
17.根據權利要求15或16所述的太陽能光伏發電系統，其特徵在於，所述三相微逆變器還包括電流檢測元件，與所述三個直流光伏組件相串聯，用於測量所述直流光伏組件提供的輸入電流；電壓檢測元件，跨接於所述三個單相逆變電路中任一個的直流輸入端與接地端之間， 用於測量所述直流光伏組件的輸入電壓。
18.根據權利要求17所述的太陽能光伏發電系統，其特徵在於，所述三個直流光伏組件之間彼此互相獨立。
19.根據權利要求17所述的太陽能光伏發電系統，其特徵在於，所述三個直流光伏組件先彼此互相串聯，然後與所述直流端子相連接。
20.根據權利要求18或19所述的太陽能光伏發電系統，其特徵在於，所述單相逆變電路包括直流-直流轉換電路，與所述直流端子相連接，用於進行最大功率點跟蹤控制；直流-交流轉換電路，分別與所述直流-直流轉換電路和交流端子相連接，用於進行正弦波的產生和併網。
21.根據權利要求20所述的太陽能光伏發電系統，其特徵在於，所述單相逆變電路還包括直流檢測電路、交流檢測電路、控制電路、通信電路、電源電路和併網電路。
22.根據權利要求21所述的太陽能光伏發電系統，其特徵在於，所述三個單相逆變電路共用一套交流檢測電路、控制電路、通信電路和電源電路。
23.—種太陽能光伏發電系統，包括多個太陽能光伏三相微逆變器，所述多個三相微逆變器的交流端子分別與三相交流電網中的各相和零線相連接，其中，每個三相微逆變器包括直流端子，與三個直流光伏組件相連接，用於接收所述直流光伏組件產生的直流電；三個單相逆變電路，其直流輸入端分別通過所述直流端子與所述三個直流光伏組件相連接，用於分別將所述直流光伏組件產生的直流電轉換為交流電；交流端子，分別與所述三個單相逆變電路的交流輸出端和三相交流電網相連接，用於將所述三個單相逆變電路產生的交流電併網輸出；其中，每個單相逆變電路包括直流-直流轉換電路，用於進行最大功率點跟蹤控制，所述直流-直流轉換電路的輸出端彼此並聯，所述三個單相逆變電路的交流輸出端通過所述交流端子分別與所述三相交流電網三相中的一相以及零線相連接。
24.根據權利要求23所述的太陽能光伏發電系統，其特徵在於，所述每個單相逆變電路還包括直流-交流轉換電路，分別與所述直流-直流轉換電路和交流端子相連接，用於進行正弦波的產生和併網。
25.根據權利要求M所述的太陽能光伏發電系統，其特徵在於，所述多個三相微逆變器的交流端子先彼此相連接，形成三相微逆變器串，再與所述三相交流電網相連接。
26.根據權利要求M所述的太陽能光伏發電系統，其特徵在於，所述多個三相微逆變器之間彼此獨立，其各自的交流端子分別與所述三相交流電網中的各相和零線相連接。
27.根據權利要求25或沈所述的太陽能光伏發電系統，其特徵在於，所述三相微逆變器還包括電流檢測元件，分別與所述三個直流光伏組件相串聯，用於測量所述直流光伏組件提供的輸入電流；電壓檢測元件，分別跨接於所述三個單相逆變電路的直流輸入端與接地端之間，用於測量所述直流光伏組件的輸入電壓。
28.根據權利要求27所述的太陽能光伏發電系統，其特徵在於，所述三個直流光伏組件之間彼此互相獨立。
29.根據權利要求觀所述的太陽能光伏發電系統，其特徵在於，所述單相逆變電路還包括直流檢測電路、交流檢測電路、控制電路、通信電路、電源電路和併網電路。
30.根據權利要求四所述的太陽能光伏發電系統，其特徵在於，所述三個單相逆變電路共用一套交流檢測電路、控制電路、通信電路和電源電路。
全文摘要
本發明提供一種太陽能光伏三相微逆變器，包括直流端子，與三個直流光伏組件相連接，用於接收直流光伏組件產生的直流電；三個單相逆變電路，其直流輸入端分別通過直流端子與三個直流光伏組件相連接，用於分別將直流光伏組件產生的直流電轉換為交流電；交流端子，分別與三個單相逆變電路的交流輸出端和三相交流電網相連接，用於將三個單相逆變電路產生的交流電併網輸出；其中，每個單相逆變電路的直流輸入端彼此並聯，並且其交流輸出端通過交流端子分別與三相交流電網三相中的一相以及零線相連接。相應地，本發明還提供一種太陽能光伏發電系統。本發明將三個單相逆變電路的直流側並聯在一起，能夠簡單地消除三相微逆變器直流側輸入端的紋波功率。
文檔編號H02N6/00GK102185507SQ20111012249
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月11日 優先權日2011年5月11日
發明者羅宇浩 申請人:浙江昱能光伏科技集成有限公司