一種集成直流配電的模塊化光伏併網逆變器的製作方法
2023-11-07 08:40:57 2
本發明涉及到電力電子設備技術領域，尤其涉及一種集成直流配電的模塊化光伏併網逆變器。
背景技術：
隨著能源危機和環境保護的壓力急劇增加，太陽能作為一種具有分布廣、無汙染特點的新能源得到大力發展。光伏逆變器作為光伏併網發電的核心部件之一，在國內外市場規模均保持快速增長。
市場決定逆變器的需求，政策引導逆變器發展方向。雖然2015 年國內光伏併網逆變器新增裝機容量達到15GW，但是價格持續下滑。這就要求光伏逆變器在擁有高標準性能的同時能夠實現低成本。由於光伏電站所處的環境相對惡劣，光伏電站維護的人力成本較高，這就要求光伏併網逆變器少維護、易維護；從發電量角度考慮，希望光伏併網逆變器出線故障時能夠快速的進行維護；從安裝空間需求角度考慮，越緊湊的光伏併網逆變器所佔用的空間越小。目前，市場上光伏併網逆變器種類繁多，較大功率等級範圍從50kW 到1MW 均有，各個功率等級櫃體結構之間模塊化、通用化設計運用幾乎沒有，產品眾多，設計、生產對技術人員或製造生產人員、運用維護人員都存在較大壓力。
作為光伏發電系統的核心裝置光伏併網逆變器，市面上的產品大多存在如下缺陷：1、光伏併網逆變器設置單獨的直流配電櫃，空間結構浪費，成本高；2、逆變器裝置的功率單元結構標準化與通用性不好，導致設備種類較多，不利於批量化生產；3、逆變器裝置的可擴展性較差；4、逆變器裝置的安裝、維護不方便。
公開號為CN 202713186U，公開日為2013年01月30日的中國專利文獻公開了一種光伏併網逆變器，其特徵在於，包括依次連接的直流斷路器、直流EMC濾波器、三相全橋逆變電路、LC濾波器、三相變壓器、交流接觸器、交流EMC濾波器、交流斷路器和交流防雷器，其中：所述直流斷路器的一端接所述直流EMC濾波器，另一端作為所述光伏併網逆變器的輸入端；所述交流斷路器和交流防雷器的相接端作為所述光伏併網逆變器的輸出端；所述交流防雷器接地。
該專利文獻公開的光伏併網逆變器，由於結構設計不合理，空間結構浪費大，光伏併網逆變器的功率單元結構標準化與通用性較差，不利於批量化生產，且可擴展性較差。
公開號為CN 205248632U，公開日為2016年05月18日的中國專利文獻公開了一種集成直流配電櫃的光伏併網逆變器櫃，其特徵在於：所述的光伏併網逆變器櫃包括交流輸出併網櫃、功率櫃和直流輸入配電櫃；交流輸出併網櫃位於櫃體左側，功率櫃位於交流輸出併網櫃和直流配電櫃之間，直流配電櫃位於櫃體右側；交流輸出併網櫃的三相輸入連接功率櫃的電抗器輸出端和功率櫃的交流側，交流輸出併網櫃的三相輸出連接電網，功率櫃的直流側連接直流輸入配電櫃的直流側；所述的交流輸出併網櫃用於將功率櫃逆變的交流電併入電網；功率櫃用於將直流輸入配電櫃匯入的直流逆變為交流電。
該專利文獻公開的集成直流配電櫃的光伏併網逆變器櫃，需要單獨增設直流輸入配電櫃，造成較大的空間結構浪費，成本高；功率櫃和直流輸入配電櫃各自獨立，不便於擴展容量；其中功率單元的結構布局不合理，不便於易損部件的安裝和維護。
技術實現要素：
本發明為了克服上述現有技術的缺陷，提供一種集成直流配電的模塊化光伏併網逆變器，本發明直接將直流斷路器集成到功率櫃的功率單元中，並模塊化設計功率單元，使得通用性和容量可擴展性增強，並對功率單元的結構進行合理優化布局，使整個光伏併網逆變器的功率單元具有結構緊湊，空間利用率高和易維護的特點。
本發明通過下述技術方案實現：
一種集成直流配電的模塊化光伏併網逆變器，包括交流櫃和功率櫃，功率櫃內設置有一個功率單元，其特徵在於：所述功率單元包括自上而下依次設置的功率組件、直流斷路器、交流接觸器和LC濾波電路，所述直流斷路器與功率組件連接，功率組件與LC濾波電路的輸入端連接，LC濾波電路的輸出端與交流接觸器連接；所述交流櫃包括自上而下依次設置的主控制器、第一配電板、交流斷路器、第二配電板和交流濾波器，所述交流接觸器與交流濾波器連接，交流濾波器與交流斷路器連接；所述功率櫃，用於將光伏電池產生的直流電經直流斷路器後進入功率組件逆變成交流電；所述交流櫃，用於將功率櫃逆變的交流電併入電網。
所述功率組件，用於將直流電逆變成交流電，直流斷路器，用於直流進線保護。
所述LC濾波電路，用於濾除交流諧波，交流接觸器，用於將功率單元接入電網。
所述主控制器，用於接收上位機指令，採集直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流、交流斷路器和直流斷路器的數據，根據採集的數據及上位機給出的指令發出驅動脈衝控制功率單元工作，使直流電逆變成交流電併入電網，交流斷路器，用於交流輸出保護，交流濾波器，用於濾除交流諧波。
還包括不間斷電源，不間斷電源設置在第一配電板和交流斷路器之間，不間斷電源，用於外部AC220V供電故障時為主控制器提供電源。
所述LC濾波電路包括三相交流電抗器和交流濾波電容，三相交流電抗器一端每兩相之間連接所述交流濾波電容。
所述交流濾波器為交流EMC濾波器。
光伏電池的直流輸出端與直流斷路器的輸入端之間連接有直流避雷器。
所述功率櫃為三個，三個功率櫃並排布置。
本發明所述交流EMC濾波器，即電磁兼容性濾波器，具有較高的插入損耗，較低的洩漏電流；適用於抑制電網噪聲和高諧波及開關電源所產生的噪聲和高頻諧波。
本發明的工作原理如下：
工作時，光伏電池產生的直流電經直流斷路器後進入功率組件, 功率組件將直流電逆變成基波為正弦波的交流脈衝信號, 逆變後基波為正弦波的交流脈衝信號經LC濾波電路濾除諧波變成近似正弦的交流電，該近似正弦的交流電再經交流接觸器進入交流櫃的交流濾波器中，交流濾波器再次濾波後進入交流斷路器，最後得到的交流電經過交流斷路器輸出併入電網。
本發明的有益效果主要表現在以下方面：
一、本發明，功率單元包括自上而下依次設置的功率組件、直流斷路器、交流接觸器和LC濾波電路，直流斷路器與功率組件連接，功率組件與LC濾波電路的輸入端連接，LC濾波電路的輸出端與交流接觸器連接；通過將直流斷路器直接集成到功率櫃的功率單元中，較現有技術單獨配置直流輸入配電櫃而言，能夠將功率單元進行模塊化設計，將功率單元集中設置在一個功率櫃裡面，使得整個光伏併網逆變器只需通過增減模塊化的功率櫃就能夠增加功率等級，擴容相當方便，能夠達到50kW-1MW寬範圍的功率配置效果，由於功率單元能夠進行模塊化設計，其結構標準化與通用性好，有利於批量化生產；交流櫃包括自上而下依次設置的主控制器、第一配電板、交流斷路器、第二配電板和交流濾波器，交流接觸器與交流濾波器連接，交流濾波器與交流斷路器連接；功率櫃，用於將光伏電池產生的直流電經直流斷路器後進入功率組件逆變成交流電；交流櫃，用於將功率櫃逆變的交流電併入電網，整個方案作為一個完整的技術方案，通過將功率櫃以及交流櫃裡面的各部件進行合理優化布局，使整個光伏併網逆變器的功率單元具有結構緊湊，空間利用率高的特點，使得絕大部分易損部件能夠從功率櫃的前門實現維護，進而使整個安裝和維護變得更加方便，可實現規模化低成本生產效益，通過將直流斷路器直接集成到功率單元中，不僅縮減了整個光伏併網逆變器的體積和成本，並且使得光伏併網逆變器具有易維護、易維修、通用性強、容量可擴展性強、規模化成本低的特點。
二、本發明，功率組件，用於將直流電逆變成交流電，通過將來自光伏電池的直流電逆變成基波為正弦波的交流電，為後續併網提供交流電；直流斷路器，用於直流進線保護，當直流輸入發生過流時通過直流斷路器斷開直流電就能夠有效保護光伏併網逆變器。
三、本發明，LC濾波電路，用於濾除交流諧波，通過將功率組件逆變出的交流電中的大部分諧波濾除掉，能夠有效降低諧波對電網的影響；交流接觸器，用於將功率單元接入電網，避免造成電網電壓的波動，通過交流接觸器就能夠將運行穩定的交流電併入電網，保證併網後的電網質量。
四、本發明，主控制器，用於接收上位機指令，採集直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流、交流斷路器和直流斷路器的數據，根據採集的數據及上位機給出的指令發出驅動脈衝控制功率單元工作，使直流電逆變成交流電併入電網；交流斷路器，用於交流輸出保護，當交流輸出發生過流時通過交流斷路器斷開交流電就能夠保護光伏併網逆變器；交流濾波器，用於濾除交流諧波，通過濾除功率組件產生的噪聲和高頻諧波，能夠提高併網交流電的電磁兼容性。
五、本發明，還包括不間斷電源，不間斷電源設置在第一配電板和交流斷路器之間，不間斷電源，用於外部AC220V供電故障時為主控制器提供電源，避免突然掉電對主控制器造成損害，從而保障整個光伏併網逆變器的工作穩定性。
六、本發明，LC濾波電路包括三相交流電抗器和交流濾波電容，三相交流電抗器一端每兩相之間連接所述交流濾波電容，能夠對電路中的高次諧波進行有效過濾，避免造成電網電壓的波動，能夠進一步保障併入電網的質量。
七、本發明，交流濾波器為交流EMC濾波器，採用特定的交流EMC濾波器，能夠有效消除電磁幹擾，使整個光伏併網逆變器的運行更加穩定。
八、本發明，光伏電池的直流輸出端與直流斷路器的輸入端之間連接有直流避雷器，能夠防止雷擊，進一步保障光伏併網逆變器的各部件運行安全。
九、本發明，功率櫃為三個，三個功率櫃並排布置，通過增加功率櫃就能夠提高整個光伏併網逆變器的功率等級，擴容方便靈活。
附圖說明
下面將結合說明書附圖和具體實施方式對本發明作進一步的具體說明，其中：
圖1為本發明的結構示意圖；
圖2為本發明的背面結構示意圖；
圖3為本發明的電氣原理示意圖；
圖4為本發明實施例5中電氣原理示意圖；
圖中標記：1、交流櫃，2、功率櫃，3、功率組件，4、直流斷路器，5、交流接觸器，6、LC濾波電路，7、主控制器，8、第一配電板，9、交流斷路器，10、第二配電板，11、交流濾波器，12、光伏電池，13、不間斷電源，14、三相交流電抗器，15、交流濾波電容，16、直流避雷器。
具體實施方式
實施例1
參見圖1-圖3，一種集成直流配電的模塊化光伏併網逆變器，包括交流櫃1和功率櫃2，功率櫃2內設置有一個功率單元，所述功率單元包括自上而下依次設置的功率組件3、直流斷路器4、交流接觸器5和LC濾波電路6，所述直流斷路器4與功率組件3連接，功率組件3與LC濾波電路6的輸入端連接，LC濾波電路6的輸出端與交流接觸器5連接；所述交流櫃1包括自上而下依次設置的主控制器7、第一配電板8、交流斷路器9、第二配電板10和交流濾波器11，所述交流接觸器5與交流濾波器11連接，交流濾波器11與交流斷路器9連接；所述功率櫃2，用於將光伏電池12產生的直流電經直流斷路器4後進入功率組件3逆變成交流電；所述交流櫃1，用於將功率櫃2逆變的交流電併入電網。
本實施例為最基本的實施方式，功率單元包括自上而下依次設置的功率組件、直流斷路器、交流接觸器和LC濾波電路，直流斷路器與功率組件連接，功率組件與LC濾波電路的輸入端連接，LC濾波電路的輸出端與交流接觸器連接；通過將直流斷路器直接集成到功率櫃的功率單元中，較現有技術單獨配置直流輸入配電櫃而言，能夠將功率單元進行模塊化設計，將功率單元集中設置在一個功率櫃裡面，使得整個光伏併網逆變器只需通過增減模塊化的功率櫃就能夠增加功率等級，擴容相當方便，能夠達到50kW-1MW寬範圍的功率配置效果，由於功率單元能夠進行模塊化設計，其結構標準化與通用性好，有利於批量化生產；交流櫃包括自上而下依次設置的主控制器、第一配電板、交流斷路器、第二配電板和交流濾波器，交流接觸器與交流濾波器連接，交流濾波器與交流斷路器連接；功率櫃，用於將光伏電池產生的直流電經直流斷路器後進入功率組件逆變成交流電；交流櫃，用於將功率櫃逆變的交流電併入電網，整個方案作為一個完整的技術方案，通過將功率櫃以及交流櫃裡面的各部件進行合理優化布局，使整個光伏併網逆變器的功率單元具有結構緊湊，空間利用率高的特點，使得絕大部分易損部件能夠從功率櫃的前門實現維護，進而使整個安裝和維護變得更加方便，可實現規模化低成本生產效益，通過將直流斷路器直接集成到功率單元中，不僅縮減了整個光伏併網逆變器的體積和成本，並且使得光伏併網逆變器具有易維護、易維修、通用性強、容量可擴展性強、規模化成本低的特點。
實施例2
參見圖1-圖3，一種集成直流配電的模塊化光伏併網逆變器，包括交流櫃1和功率櫃2，功率櫃2內設置有一個功率單元，所述功率單元包括自上而下依次設置的功率組件3、直流斷路器4、交流接觸器5和LC濾波電路6，所述直流斷路器4與功率組件3連接，功率組件3與LC濾波電路6的輸入端連接，LC濾波電路6的輸出端與交流接觸器5連接；所述交流櫃1包括自上而下依次設置的主控制器7、第一配電板8、交流斷路器9、第二配電板10和交流濾波器11，所述交流接觸器5與交流濾波器11連接，交流濾波器11與交流斷路器9連接；所述功率櫃2，用於將光伏電池12產生的直流電經直流斷路器4後進入功率組件3逆變成交流電；所述交流櫃1，用於將功率櫃2逆變的交流電併入電網。
所述功率組件3，用於將直流電逆變成交流電，直流斷路器4，用於直流進線保護。
所述LC濾波電路6，用於濾除交流諧波，交流接觸器5，用於將功率單元接入電網。
所述主控制器7，用於接收上位機指令，採集直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流、交流斷路器9和直流斷路器4的數據，根據採集的數據及上位機給出的指令發出驅動脈衝控制功率單元工作，使直流電逆變成交流電併入電網，交流斷路器9，用於交流輸出保護，交流濾波器11，用於濾除交流諧波。
本實施例為一較佳實施方式，功率組件，用於將直流電逆變成交流電，通過將來自光伏電池的直流電逆變成基波為正弦波的交流電，為後續併網提供交流電；直流斷路器，用於直流進線保護，當直流輸入發生過流時通過直流斷路器斷開直流電就能夠有效保護光伏併網逆變器。
LC濾波電路，用於濾除交流諧波，通過將功率組件逆變出的交流電中的大部分諧波濾除掉，能夠有效降低諧波對電網的影響；交流接觸器，用於將功率單元接入電網，避免造成電網電壓的波動，通過交流接觸器就能夠將運行穩定的交流電併入電網，保證併網後的電網質量。
主控制器，用於接收上位機指令，採集直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流、交流斷路器和直流斷路器的數據，根據採集的數據及上位機給出的指令發出驅動脈衝控制功率單元工作，使直流電逆變成交流電併入電網；交流斷路器，用於交流輸出保護，當交流輸出發生過流時通過交流斷路器斷開交流電就能夠保護光伏併網逆變器；交流濾波器，用於濾除交流諧波，通過濾除功率組件產生的噪聲和高頻諧波，能夠提高併網交流電的電磁兼容性。
實施例3
參見圖1-圖3，一種集成直流配電的模塊化光伏併網逆變器，包括交流櫃1和功率櫃2，功率櫃2內設置有一個功率單元，所述功率單元包括自上而下依次設置的功率組件3、直流斷路器4、交流接觸器5和LC濾波電路6，所述直流斷路器4與功率組件3連接，功率組件3與LC濾波電路6的輸入端連接，LC濾波電路6的輸出端與交流接觸器5連接；所述交流櫃1包括自上而下依次設置的主控制器7、第一配電板8、交流斷路器9、第二配電板10和交流濾波器11，所述交流接觸器5與交流濾波器11連接，交流濾波器11與交流斷路器9連接；所述功率櫃2，用於將光伏電池12產生的直流電經直流斷路器4後進入功率組件3逆變成交流電；所述交流櫃1，用於將功率櫃2逆變的交流電併入電網。
所述功率組件3，用於將直流電逆變成交流電，直流斷路器4，用於直流進線保護。
所述LC濾波電路6，用於濾除交流諧波，交流接觸器5，用於將功率單元接入電網。
所述主控制器7，用於接收上位機指令，採集直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流、交流斷路器9和直流斷路器4的數據，根據採集的數據及上位機給出的指令發出驅動脈衝控制功率單元工作，使直流電逆變成交流電併入電網，交流斷路器9，用於交流輸出保護，交流濾波器11，用於濾除交流諧波。
還包括不間斷電源13，不間斷電源13設置在第一配電板8和交流斷路器9之間，不間斷電源13，用於外部AC220V供電故障時為主控制器7提供電源。
本實施例為又一較佳實施方式，還包括不間斷電源，不間斷電源設置在第一配電板和交流斷路器之間，不間斷電源，用於外部AC220V供電故障時為主控制器提供電源，避免突然掉電對主控制器造成損害，從而保障整個光伏併網逆變器的工作穩定性。
實施例4
參見圖1-圖3，一種集成直流配電的模塊化光伏併網逆變器，包括交流櫃1和功率櫃2，功率櫃2內設置有一個功率單元，所述功率單元包括自上而下依次設置的功率組件3、直流斷路器4、交流接觸器5和LC濾波電路6，所述直流斷路器4與功率組件3連接，功率組件3與LC濾波電路6的輸入端連接，LC濾波電路6的輸出端與交流接觸器5連接；所述交流櫃1包括自上而下依次設置的主控制器7、第一配電板8、交流斷路器9、第二配電板10和交流濾波器11，所述交流接觸器5與交流濾波器11連接，交流濾波器11與交流斷路器9連接；所述功率櫃2，用於將光伏電池12產生的直流電經直流斷路器4後進入功率組件3逆變成交流電；所述交流櫃1，用於將功率櫃2逆變的交流電併入電網。
所述功率組件3，用於將直流電逆變成交流電，直流斷路器4，用於直流進線保護。
所述LC濾波電路6，用於濾除交流諧波，交流接觸器5，用於將功率單元接入電網。
所述主控制器7，用於接收上位機指令，採集直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流、交流斷路器9和直流斷路器4的數據，根據採集的數據及上位機給出的指令發出驅動脈衝控制功率單元工作，使直流電逆變成交流電併入電網，交流斷路器9，用於交流輸出保護，交流濾波器11，用於濾除交流諧波。
還包括不間斷電源13，不間斷電源13設置在第一配電板8和交流斷路器9之間，不間斷電源13，用於外部AC220V供電故障時為主控制器7提供電源。
所述LC濾波電路6包括三相交流電抗器14和交流濾波電容15，三相交流電抗器14一端每兩相之間連接所述交流濾波電容15。
所述交流濾波器11為交流EMC濾波器。
本實施例為又一較佳實施方式，LC濾波電路包括三相交流電抗器和交流濾波電容，三相交流電抗器一端每兩相之間連接所述交流濾波電容，能夠對電路中的高次諧波進行有效過濾，避免造成電網電壓的波動，能夠進一步保障併入電網的質量。
交流濾波器為交流EMC濾波器，採用特定的交流EMC濾波器，能夠有效消除電磁幹擾，使整個光伏併網逆變器的運行更加穩定。
實施例5
參見圖1、圖2和圖4，一種集成直流配電的模塊化光伏併網逆變器，包括交流櫃1和功率櫃2，功率櫃2內設置有一個功率單元，所述功率單元包括自上而下依次設置的功率組件3、直流斷路器4、交流接觸器5和LC濾波電路6，所述直流斷路器4與功率組件3連接，功率組件3與LC濾波電路6的輸入端連接，LC濾波電路6的輸出端與交流接觸器5連接；所述交流櫃1包括自上而下依次設置的主控制器7、第一配電板8、交流斷路器9、第二配電板10和交流濾波器11，所述交流接觸器5與交流濾波器11連接，交流濾波器11與交流斷路器9連接；所述功率櫃2，用於將光伏電池12產生的直流電經直流斷路器4後進入功率組件3逆變成交流電；所述交流櫃1，用於將功率櫃2逆變的交流電併入電網。
所述功率組件3，用於將直流電逆變成交流電，直流斷路器4，用於直流進線保護。
所述LC濾波電路6，用於濾除交流諧波，交流接觸器5，用於將功率單元接入電網。
所述主控制器7，用於接收上位機指令，採集直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流、交流斷路器9和直流斷路器4的數據，根據採集的數據及上位機給出的指令發出驅動脈衝控制功率單元工作，使直流電逆變成交流電併入電網，交流斷路器9，用於交流輸出保護，交流濾波器11，用於濾除交流諧波。
還包括不間斷電源13，不間斷電源13設置在第一配電板8和交流斷路器9之間，不間斷電源13，用於外部AC220V供電故障時為主控制器7提供電源。
所述LC濾波電路6包括三相交流電抗器14和交流濾波電容15，三相交流電抗器14一端每兩相之間連接所述交流濾波電容15。
所述交流濾波器11為交流EMC濾波器。
光伏電池12的直流輸出端與直流斷路器4的輸入端之間連接有直流避雷器16。
所述功率櫃2為三個，三個功率櫃2並排布置。
本實施例為最佳實施方式，工作時，光伏電池產生的直流電經直流斷路器後進入功率組件, 功率組件將直流電逆變成基波為正弦波的交流脈衝信號, 逆變後基波為正弦波的交流脈衝信號經LC濾波電路濾除諧波變成近似正弦的交流電，該近似正弦的交流電再經交流接觸器進入交流櫃的交流濾波器中，交流濾波器再次濾波後進入交流斷路器，最後得到的交流電經過交流斷路器輸出併入電網。光伏電池的直流輸出端與直流斷路器的輸入端之間連接有直流避雷器，能夠防止雷擊，進一步保障光伏併網逆變器的各部件運行安全。功率櫃為三個，三個功率櫃並排布置，通過增加功率櫃就能夠提高整個光伏併網逆變器的功率等級，擴容方便靈活。