直流到交流的電力轉換裝置的製作方法

2023-06-22 11:39:31 1

專利名稱：直流到交流的電力轉換裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及直流到交流的電力轉換技術領域，具體來說，本發明涉及一種直流到交流的電力轉換裝置。
背景技術：
很多可再生能源產生直流電，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，或者離網的使用。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。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。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。現有技術是將逆變器的直流電源(太陽能板)的電壓通過直流-直流轉換模塊升壓到高壓(400 600V)，並將解耦電容接在該高壓直流母線與地線之間，如圖I所示。由於電壓高，同時因為和直流電源是隔離的，可以允許大的紋波電壓，所以該解耦電容可以採用小的電容值，從而免除使用電解電容。但是，由於常用的直流電源(如太陽能板)的電壓低，通常<50V，從該電壓升壓到需要的高壓，升壓比例很高，造成直流-直流轉換模塊轉換效率低。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種直流到交流的電力轉換裝置，能夠降低直流-直流轉換模塊的升壓比例，提高整個裝置的直流到交流的電力轉換效率。為解決上述技術問題，本發明提供一種直流到交流的電力轉換裝置，包括多個直流-直流轉換模塊，其輸入端分別與多個獨立的直流電源對應連接，其輸出端依次串聯，形成高壓直流母線；多個所述直流-直流轉換模塊分別將多個所述直流電源提供的直流電壓升壓，所述直流-直流轉換模塊內有變壓器隔離所述直流電源與所述高壓直流母線；解耦電容，連接於所述高壓直流母線與地線之間，所述解耦電容為非電解電容；
直流-交流轉換模塊，其輸入端與所述高壓直流母線相連接，其輸出端輸出所需的交流電。可選地，所述解耦電容為薄膜電容或者陶瓷電容。可選地，所述電力轉換裝置為逆變器，所述直流電源為太陽能板；所述直流-直流轉換模塊以2個或4個為一組，獨立連接於2個或4個以陣列形式排列的太陽能板，所述逆變器處於所述太陽能板的陣列中間。可選地，所述直流-直流轉換模塊是隔離升壓電路，其為正激電路、反激電路、推挽電路或者橋式電路。 可選地，所述直流-直流轉換模塊包括直流檢測模塊、直流升壓模塊和最大功率點跟蹤|旲塊。可選地，所述直流-交流轉換模塊為一級或者兩級逆變電路。可選地，所述直流-交流轉換模塊為高頻全橋電路。可選地，所述直流-交流轉換模塊為BUCK電路加上工頻全橋電路。可選地，所述直流-交流轉換模塊輸出的交流電連接到市電電網。與現有技術相比，本發明具有以下優點本發明的電力轉換裝置可實現微型逆變器的功能每個直流電源的輸出直接與裝置的輸入連接，其輸出為交流市電，而多個電力轉換裝置的輸出可以並聯連接市電電網。本發明將多個直流-直流轉換模塊納入一套電力裝換裝置中，其每個直流-直流轉換模塊具有獨立的直流檢測、直流升壓、最大功率點跟蹤等功能。整個電力轉換裝置系統中沒有用來串聯直流電源的高壓直流電纜，而是採用多直流電源輸入、直流-直流轉換後串聯的方式，大幅減小需要的解耦電容的電容值，因此不必採用電解電容(可使用非電解電容作為解耦電容)。同時還能夠降低直流-直流轉換模塊的升壓比例，提高整個裝置的直流到交流的電力轉換效率。


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I為現有技術的一種逆變器的內部模塊結構圖；圖2為本發明一個實施例的直流到交流的電力轉換裝置的內部模塊結構圖；圖3為本發明一個實施例的電力轉換裝置的直流-直流轉換模塊的內部模塊結構圖；圖4為本發明一個實施例的直流到交流的電力裝換裝置在太陽能板陣列中的安裝位置示意圖。
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，在以下的描述中闡述了更多的細節以便於充分理解本發明，但是本發明顯然能夠以多種不同於此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下根據實際應用情況作類似推廣、演繹，因此不應以此具體實施例的內容限制本發明的保護範圍。
圖2為本發明一個實施例的直流到交流的電力轉換裝置的內部模塊結構圖。需要注意的是，這些以及後續其他的附圖均僅作為示例，其並非是按照等比例的條件繪製的，並且不應該以此作為對本發明實際要求的保護範圍構成限制。如圖2所示，該直流到交流的電力轉換裝置200可以為逆變器(以下全部以逆變器為例進行說明)，該逆變器200主要包括多個直流-直流轉換模塊201、解耦電容213、直流-交流轉換模塊211。其中，多個直流-直流轉換模塊201的輸入端分別與多個獨立的直流電源301對應連接(該直流電源301可以為太陽能板，以下全部以太陽能板為例進行說明)，其輸出端依次串聯，形成高壓直流母線212。多個直流-直流轉換模塊201分別將多個太陽能板301提供的直流電壓升壓。直流-直流轉換模塊201內有變壓器202隔離太陽能板301 (輸入)和高 壓直流母線212(輸出)。解耦電容213連接於高壓直流母線212與地線之間，解耦電容213為非電解電容，電壓高、容值小，通常為薄膜電容或者陶瓷電容。直流-交流轉換模塊211的輸入端與高壓直流母線212相連接，其輸出端輸出所需的交流電連接到市電電網(未示出)。在本實施例中，該直流-直流轉換模塊201可以包括直流檢測模塊2011、直流升壓模塊2012和最大功率點跟蹤模塊2013，如圖3所示，以分別實現直流檢測、直流升壓和最大功率點跟蹤(MPPT)等功能。該直流-直流轉換模塊201屬於隔離升壓電路，具體可以為正激電路、反激電路、推挽電路或者橋式電路等。在本實施例中，該直流-交流轉換模塊211則可以為一級或者兩級逆變電路。當直流-交流轉換模塊211採用一級逆變電路時可以為高頻全橋電路，而當直流-交流轉換模塊211採用二級逆變電路時可以為BUCK電路(降壓式變換電路)加上工頻全橋電路。圖4為本發明一個實施例的直流到交流的電力裝換裝置在太陽能板陣列中的安裝位置示意圖。如圖4所示，若太陽能板301以2個或4個為一組(圖4中以4個為一組作為示例，形成兩個2X2的陣列)排列布置的話，則與此對應的各逆變器200中的直流-直流轉換模塊201也以2個或4個為一組，獨立連接於2個或4個相鄰的以陣列形式排列的太陽能板301，而整個逆變器200處於太陽能板301的陣列中間。本發明的電力轉換裝置可實現微型逆變器的功能每個直流電源的輸出直接與裝置的輸入連接，其輸出為交流市電，而多個電力轉換裝置的輸出可以並聯連接市電電網。本發明將多個直流-直流轉換模塊納入一套電力裝換裝置中，其每個直流-直流轉換模塊具有獨立的直流檢測、直流升壓、最大功率點跟蹤等功能。整個電力轉換裝置系統中沒有用來串聯直流電源的高壓直流電纜，而是採用多直流電源輸入、直流-直流轉換後串聯的方式，大幅減小需要的解耦電容的電容值，因此不必採用電解電容(可使用非電解電容作為解耦電容)。同時還能夠降低直流-直流轉換模塊的升壓比例，提高整個裝置的直流到交流的電力轉換效率。本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以做出可能的變動和修改。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本發明權利要求所界定的保護範圍之內。
權利要求
1.一種直流到交流的電力轉換裝置(200)，包括 多個直流-直流轉換模塊(201)，其輸入端分別與多個獨立的直流電源(301)對應連接，其輸出端依次串聯，形成高壓直流母線(212);多個所述直流-直流轉換模塊(201)分別將多個所述直流電源(301)提供的直流電壓升壓，所述直流-直流轉換模塊(201)內有變壓器(202)隔離所述直流電源(301)與所述高壓直流母線(212)； 解耦電容(213)，連接於所述高壓直流母線(212)與地線之間，所述解耦電容(213)為非電解電容； 直流-交流轉換模塊(211)，其輸入端與所述高壓直流母線(212)相連接，其輸出端輸出所需的交流電。
2.根據權利要求I所述的電力轉換裝置(200)，其特徵在於，所述解耦電容(213)為薄膜電容或者陶瓷電容。
3.根據權利要求I所述的電力轉換裝置(200)，其特徵在於，所述電力轉換裝置(200)為逆變器，所述直流電源(301)為太陽能板；所述直流_直流轉換模塊(201)以2個或4個為一組，獨立連接於2個或4個以陣列形式排列的太陽能板，所述逆變器處於所述太陽能板的陣列中間。
4.根據權利要求3所述的電力轉換裝置(200)，其特徵在於，所述直流-直流轉換模塊(201)是隔離升壓電路，其為正激電路、反激電路、推挽電路或者橋式電路。
5.根據權利要求4所述的電力轉換裝置(200)，其特徵在於，所述直流-直流轉換模塊(201)包括直流檢測模塊(2011)、直流升壓模塊(2012)和最大功率點跟蹤模塊(2013)。
6.根據權利要求I至5中任一項所述的電力轉換裝置(200)，其特徵在於，所述直流-交流轉換模塊(211)為一級或者兩級逆變電路。
7.根據權利要求6所述的電力轉換裝置(200)，其特徵在於，所述直流-交流轉換模塊(211)為聞頻全橋電路。
8.根據權利要求6所述的電力轉換裝置(200)，其特徵在於，所述直流-交流轉換模塊(211)為BUCK電路加上工頻全橋電路。
9.根據權利要求I所述的電力轉換裝置(200)，其特徵在於，所述直流-交流轉換模塊(211)輸出的交流電連接到市電電網。
全文摘要
本發明提供一種直流到交流的電力轉換裝置，包括多個直流-直流轉換模塊，其輸入端分別與多個獨立的直流電源對應連接，其輸出端依次串聯，形成高壓直流母線；多個直流-直流轉換模塊分別將多個直流電源提供的直流電壓升壓，直流-直流轉換模塊內有變壓器隔離直流電源與高壓直流母線；解耦電容，連接於高壓直流母線與地線之間，解耦電容為非電解電容；直流-交流轉換模塊，其輸入端與高壓直流母線相連接，其輸出端輸出所需的交流電。本發明大幅減小解耦電容的電容值，可以不採用電解電容，同時能夠降低直流-直流轉換模塊的升壓比例，提高整個裝置的直流到交流的電力轉換效率。
文檔編號H02M7/48GK102969919SQ20121053320
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月7日 優先權日2012年12月7日
發明者羅宇浩 申請人:浙江昱能光伏科技集成有限公司