CN104124884A - 光伏逆变器和光伏空调*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏逆变器和光伏空调***，其中光伏逆变器包括逆变电路，逆变电路包括IPM模块，IPM模块为三相桥式电路；三相桥式电路包括具有反并联二极管的功率开关器件；功率开关器件构成上臂和下臂，上臂和下臂为一相桥臂；三相桥臂并联形成三相桥式电路；三相桥式电路能够连接三相电源或者单相电源；当三相桥式电路连接三相电源时，三相电源接入三相桥式电路的各相桥臂的上臂和下臂的连接处；当三相桥式电路连接单相电源时，单相电源接入三相桥式电路的三相桥臂中任意两相桥臂的上臂和下臂的连接处。其通过三相桥臂形成三相桥式电路，有效解决了现有的光伏空调***影响其对国家电网的适用性的问题。

Description

光伏逆变器和光伏空调***

技术领域

本发明涉及家用电器领域，特别是涉及一种光伏逆变器和光伏空调***。

背景技术

现有光伏空调机组，通常采用太阳能电池和国家电网混合供电***，包括太阳能电池阵列、BOOST1升压电路、整流桥和双向变流电路。太阳能电池阵列输出的直流电经BOOST1升压电路升压后，由直流母线输入空调机组的逆变器中，空调机组的逆变器将直流电转换为交流电后，驱动空调机组运行。同时，国家电网输出的交流电经整流桥和双向变流电路后输入空调机组的逆变器中，经逆变器后驱动空调机组运行。

采用上述混合供电***的光伏空调机组，当太阳能电池阵列的输出功率小于空调机组的运行功率时，可通过国家电网同时对空调机组供电以保证空调机组的稳定运行。当太阳能电池阵列的输出功率大于空调机组的运行功率时，由于太阳能电池阵列输出的多余功率没有其他途径释放，将会导致空调机组中的逆变器的直流母线电容越来越高，最终导致逆变器损坏，影响空调机组的正常运行。而通过控制太阳能电池阵列的输出功率等于空调机组的运行功率，虽然能够保证空调机组正常运行，但是会影响太阳能电池阵列的输出功率不能为最大输出功率，使得太阳能电池阵列利用率达不到最优。

因此，在上述混合供电***上，可添加蓄电池。当太阳能电池阵列的输出功率大于空调机组的运行功率时，通过控制太阳能电池阵列输出的多余功率输入至蓄电池中。当太阳能电池阵列的输出功率不足以驱动空调机组正常运行时，可通过蓄电池对空调机组进行供电。

但是，上述两种光伏空调***中，采用的交流电(即国家电网输出的电)均为单相电，当电源为三相电源时，现有的光伏空调***则不适用，从而影响了光伏空调***对国家电网的适用性。

发明内容

基于此，有必要针对现有的光伏空调***影响其对国家电网的适用性的问题，提供一种光伏逆变器和光伏空调***。

为实现本发明目的提供的一种光伏逆变器，包括逆变电路，所述逆变电路包括IPM模块，所述IPM模块为三相桥式电路；

所述三相桥式电路包括具有反并联二极管的功率开关器件；

所述功率开关器件构成上臂和下臂，所述上臂和所述下臂为一相桥臂；

三相桥臂并联形成所述三相桥式电路；

所述三相桥式电路能够连接三相电源或者单相电源；

当所述三相桥式电路连接所述三相电源时，所述三相电源接入所述三相桥式电路的各相桥臂的所述上臂和所述下臂的连接处；

当所述三相桥式电路连接所述单相电源时，所述单相电源接入所述三相桥式电路的三相桥臂中任意两相桥臂的所述上臂和所述下臂的连接处。

在其中一个实施例中，所述三相桥式电路中与所述单相电源连接的所述两相桥臂的所述上臂均为无桥结构。

在其中一个实施例中，所述逆变电路还包括相电流采样电路、线电压采样电路、母线电压采样电路和DSP控制器；

所述相电流采样电路的输出端，所述线电压采样电路的输出端、和所述母线电压采样电路的输出端均与所述DSP控制器的输入端连接，用于将所述相电流采样电路采集的所述交流电源输出的相电流，所述线电压采样电路采集的所述交流电源输出的相电压和所述母线电压采样电路采集的太阳能电池阵列输出的直流母线电压输入至所述DSP控制器；

所述DSP控制器，根据所述交流电源输出的所述相电流，所述交流电源输出的所述相电压和所述太阳能电池阵列输出的所述直流母线电压，向所述IPM模块输入脉冲宽度调制信号，控制所述功率开关器件导通或断开。

在其中一个实施例中，所述逆变电路还包括第一电抗器、第二电抗器和第三电抗器；

所述三相电源的第一相经第一电抗器接入所述三相桥式电路的第一相桥臂的上臂和下臂的连接处；

所述三相电源的第二相经第二电抗器接入所述三相桥式电路的第二相桥臂的上臂和下臂的连接处；

所述三相电源的第三相经第三电抗器接入所述三相桥式电路的第三相桥臂的上臂和下臂的连接处。

在其中一个实施例中，所述逆变电路还包括电容组和均压电阻，所述电容组与所述均压电阻并联；

所述电容组与所述均压电阻并联后的一端接入所述三相桥式电路中所述三相桥臂的所述上臂的连接处，另一端接入所述三相桥式电路中所述三相桥臂的所述下臂的连接处。

在其中一个实施例中，还包括升压电路，所述升压电路的输入端与所述太阳能电池阵列的输出端电连接；

所述升压电路的输出端通过直流母线，与所述逆变电路的输出端电连接。

在其中一个实施例中，所述升压电路包括第一控制单元电路、第一功率开关器件、第一电感、第一二极管和第三电容；

所述第一控制单元电路的输出端与所述第一功率开关器件的输入端连接，用于向所述第一功率开关器件输入第一脉冲宽度调制信号，控制所述第一功率开关器件的导通与断开；

所述第一功率开关器件的第一输出端与所述太阳能电池阵列的输出端电连接，所述第一功率开关器件的第二输出端与所述第一电感的一端电连接；

所述第一二极管的一端与所述第一电感的一端电连接，所述第一二极管的另一端与所述第三电容的一端连接；

所述第三电容的另一端与所述第一电感的另一端电连接。

在其中一个实施例中，所述升压电路包括第二控制单元、第二功率开关器件、第二电感、第二二极管和第四电容；

所述第二控制单元的输出端与所述第二功率开关器件的输入端连接，用于向所述第二功率开关器件输入第二脉冲宽度调制信号，控制所述第二功率开关器件的导通与断开；

所述第二功率开关器件的第一输出端与所述第二电感的一端电连接；

所述第二功率开关器件的第二输出端，通过所述太阳能电池阵列与所述第二电感的另一端连接；

所述第二二极管的一端与所述第二功率开关器件的第二输出端电连接，所述第二二极管的另一端与所述第四电容的一端电连接；

所述第四电容的另一端与所述第二功率开关器件的第二输出端电连接。

在其中一个实施例中，所述升压电路包括第三控制单元、第三功率开关器件、第四功率开关器件、第三电感、第四电感、第三二极管、第四二极管和第五电容；

所述第三控制单元的第一输出端、第二输出端分别与所述第三功率开关器件的输入端和所述第四功率开关器件的输入端连接；

所述第三功率开关器件的第一输出端与所述第三电感的一端电连接，所述第三功率开关器件的第二输出端，通过所述太阳能电池阵列与所述第三电感的另一端电连接；

所述第四功率开关器件的第一输出端与所述第四电感的一端电连接，所述第四功率开关器件的第二输出端，通过所述太阳能电池阵列与所述第四电感的另一端电连接；

所述第三二极管的一端与所述第三电感的一端电连接，所述第三二极管的另一端与所述第五电容的一端电连接；

所述第四二极管的一端与所述第四电感的一端电连接，所述第四二极管的另一端与所述第五电容的一端电连接；

所述第五电容的另一端与所述第四功率开关器件的第二输出端电连接。

相应的，本发明还提供了一种光伏空调***，包括上述任一种光伏逆变器。

上述光伏逆变器和光伏空调***的有益效果：其通过在光伏空调***中设置具有逆变电路的光伏逆变器，该逆变电路包括三相桥式电路的IPM模块。其三相桥式电路由具有反并联二极管的功率开关器件组成。具有反并联二极管的功率开关器件构成三相桥式电路的上臂和下臂，并且上臂和下臂为一相桥臂。通过三相上述桥臂形成三相桥式电路，从而使得三相电源的三相分别对应接入三相桥式电路的三相桥臂的上臂和下臂的连接处，实现三相电源与光伏逆变器的连接。使得光伏空调***适用于三相电源。

并且，当光伏空调***需要使用单相电源时，只需控制三相桥式电路的三相桥臂中任意两相桥臂的上臂和下臂的连接处与单相电源连接，即可实现单相电源与光伏逆变器的连接，进而实现光伏空调***与单相电源的连接。其通过控制光伏逆变器中的逆变电路的IPM模块的连接方式，即可使得光伏空调***同时适用于三相电源和单相电源，提高了光伏空调***的适应性。有效解决了现有的光伏空调***影响其对国家电网的适用性的问题。

附图说明

图1为光伏逆变器中逆变电路连接三相电源时一具体实施例拓扑图；

图2为光伏逆变器中逆变电路连接单相电源时一具体实施例拓扑图；

图3为光伏逆变器中逆变电路连接单相电源时另一具体实施例拓扑图；

图4为光伏逆变器中逆变电路连接三相电源时整流逆变双向电路图；

图5为光伏逆变器中逆变电路连接三相电源，工作于全控整流模式时R相进行双闭环控制软件框图；

图6为光伏逆变器中逆变电路连接三相电源，工作于全控整流模式时三相独立进行双闭环控制软件框图；

图7为光伏逆变器中逆变电路连接三相电源，工作于并网逆变模式时R相进行双闭环控制软件框图；

图8为光伏逆变器中逆变电路连接单相电源进行双闭环控制软件框图；

图9为采用光伏逆变器的光伏空调***的一具体实施例结构示意图；

图10为光伏逆变器中升压电路一具体实施例电路图；

图11为光伏逆变器中升压电路另一具体实施例电路图；

图12为光伏逆变器中升压电路又一具体实施例电路图。

具体实施方式

为使本发明技术方案更加清楚，以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

需要说明的是，以下实施例中涉及到三相电源的第一相、第二相和第三相时，均以第一相为R相，第二相为S相，第三相为T相为例进行说明。

作为一具体实施例的光伏逆变器，包括逆变电路，逆变电路包括IPM模块，IPM模块为三相桥式电路。三相桥式电路包括具有反并联二极管的功率开关器件。功率开关器件构成上臂和下臂，上臂和下臂为一相桥臂。三相桥臂并联形成三相桥式电路。

三相桥式电路能够连接三相电源或者单相电源。当三相桥式电路连接三相电源时，三相电源接入三相桥式电路的各相桥臂的上臂和下臂的连接处。

当三相桥式电路连接单相电源时，单相电源接入三相桥式电路的三相桥臂中任意两相桥臂的上臂和下臂的连接处。

其通过在光伏空调***中设置具有逆变电路的光伏逆变器，该逆变电路包括三相桥式电路的IPM模块。其三相桥式电路由具有反并联二极管的功率开关器件组成。具有反并联二极管的功率开关器件构成三相桥式电路的上臂和下臂，并且上臂和下臂为一相桥臂。通过三相上述桥臂形成三相桥式电路，从而使得三相电源的三相分别接入三相桥式电路的三相桥臂的上臂和下臂的连接处，实现三相电源与光伏逆变器的连接。使得光伏空调***适用于三相电源。

并且，当光伏空调***需要使用单相电源时，只需控制三相桥式电路的三相桥臂中任意两相桥臂的上臂和下臂的连接处与单相电源连接，即可实现单相电源与光伏逆变器的连接，进而实现光伏空调***与单相电源的连接。其通过控制光伏逆变器中的逆变电路的IPM模块的连接方式，即可使得光伏空调***同时适用于三相电源和单相电源，提高了光伏空调***的适应性。有效解决了现有的光伏空调***影响其对国家电网的适用性的问题。

其中，功率开关器件可为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，其由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。

具体的，当交流电源为三相电源时，参见图1，功率开关器件Q1与反并联二极管D1构成三相桥式电路的第一上臂。功率开关器件Q2与反并联二极管D2构成三相桥式电路的第一下臂。第一上臂和第一下臂串联连接构成三相桥式电路的第一相桥臂。

功率开关器件Q3与反并联二极管D3构成三相桥式电路的第二上臂。功率开关器件Q4与反并联二极管D4构成三相桥式电路的第二下臂。第二上臂和第二下臂串联连接构成三相桥式电路的第二相桥臂。

功率开关器件Q5与反并联二极管D5构成三相桥式电路的第三上臂。功率开关器件Q6与反并联二极管D6构成三相桥式电路的第三下臂。第三上臂和第三下臂串联连接构成三相桥式电路的第三相桥臂。

上述三相桥臂(第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂)并联形成三相桥式电路。

当交流电源为三相电源时，三相电源的第一相R相可通过第一电抗器L_R接入第一上臂和第一下臂的连接处Ua。三相电源的第二相S相可通过第二电抗器L_S接入第二上臂和第二下臂的连接处Ub。三相电源的第三相T相可通过第三电抗器L_T接入第三上臂和第三下臂的连接处Uc。从而实现光伏逆变器与三相电源的连接。

同时，三相桥式电路的直流侧并联有电容组C，该电容组C用于滤波。

当光伏逆变器工作于逆变并网模式时，该电容组C对太阳能电池阵列输出的直流电进行滤波。

当光伏逆变器工作于全控整流模式时，该电容组C对经光伏逆变器逆变后的直流电进行滤波。

并且，三相桥式电路的直流侧同时并联有均压电阻，该均压电阻可由串联连接的两个电阻组成，参见图1，该均压电阻可为串联连接的R13和R14。

其具体的连接方式为：电容组C与均压电阻并联后的一端接入三相桥式电路中三相桥臂(第一相桥臂、第二相桥臂和第三相桥臂)的上臂的连接处，另一端接入三相桥式电路中三相桥臂的下臂的连接处。其中，电容组C与均压电阻同样为并联连接。

同时，逆变电路还包括相电流采样电路、线电压采样电路、母线电压采样电路和DSP控制器。

相电流采样电路的输出端，线电压采样电路的输出端、和母线电压采样电路的输出端均与DSP控制器的输入端连接，用于将相电流采样电路采集的交流电源输出的相电流，线电压采样电路采集的交流电源输出的相电压和母线电压采样电路采集的太阳能电池阵列输出的直流母线电压输入至DSP控制器。

DSP控制器，根据交流电源输出的相电流，交流电源输出的相电压和太阳能电池阵列输出的直流母线电压，向IPM模块输入脉冲宽度调制信号，控制功率开关器件导通或断开。

具体的，参见图1，相电流采样电路包括由第一电流传感器、第九电阻R9、第十电阻R10和运算放大器OP3组成的第一相(R相)相电流(I_R)采样电路，以及由第二电流传感器、第十一电阻R11、第十二电阻R12和运算放大器OP4组成的第二相(S相)相电流(I_S)采样电路。

线电压采样电路包括由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8，以及运算放大器OP1、运算放大器OP2和参考电压V_REF组成的线电压V_RS和线电压V_TR采样电路。

母线电压采样电路则可由均压电阻R13和R14组成。

经相电流采样电路采集的交流电源输出的第一相相电流I_R和第二相相电流I_S的模拟量，线电压采样电路采集的交流电源输出的第一相与第二相之间的相电压V_RS和第三相与第一相之间的相电压V_TR的模拟量，以及母线电压采样电路采集的太阳能电池阵列输出的直流母线电压(即光伏逆变器的直流侧的直流母线电压V_DC)的模拟量均通过DSP控制器的输入端输入至DSP控制器。

DSP控制器根据上述模拟量进行三相PFC控制方法运算处理，按照SPWM规律输出脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号PWM1—PWM6。脉冲宽度调制信号PWM1—PWM6分别控制功率开关器件Q1、功率开关器件Q2、功率开关器件Q3、功率开关器件Q4、功率开关器件Q5和功率开关器件Q6的导通或断开，使得三相电源输出的R相、S相、T相的相电流按照一定的规律经过第一电抗器L_R、第二电抗器L_S、第三电抗器L_T、以及Q1—Q6内导通的功率开关器件及续流二极管(D1—D6)和电容组C。在第一电抗器L_R、第二电抗器L_S、以及第三电抗器L_T内储存能量和释放能量，从而使R相、S相、和T相三相的电流相位实时跟随相应的电压相位，以达到提高功率因数的目的。同时还提高并稳定了直流母线电压V_DC在指定的数值。

值得说明的是，DSP控制器经过三相PFC的控制方法运算处理，最后按SPWM规律输出的PWM1-PWM6的占空比分别为X＝R、S、T)。

当交流电源为单相电源时，则可通过适当的软件控制，选择三相桥臂中任意两相桥臂作为单相的主拓扑电路，即可实现单相电源的光伏逆变器主电路。即通过改变三相桥式电路中各功率开关器件与交流电源的连接方式，将单相电源接入三相桥式电路的三相桥臂中任意两相桥臂的上臂和下臂的连接处，即可实现单相电源与光伏逆变器的连接。

其控制过程如下：选择Q1和Q2，Q3和Q4，Q5和Q6三组中任意两组作为单相的主拓扑电路。如：选择Q1和Q2，Q3和Q4两组，同时相电压采样电路、相电流采样电路、第一电抗器、第二电抗器和第三电抗器也对应选择两路，只需脉宽调制信号PWM1—PWM4工作即可。具体的：

参见图2，以选择Q1和Q2，Q3和Q4两组为例。其中，功率开关器件Q1与反并联二极管D1构成三相桥式电路的第一上臂。功率开关器件Q2与反并联二极管D2构成三相桥式电路的第一下臂。第一上臂和第一下臂串联连接构成三相桥式电路的第一相桥臂。

功率开关器件Q3与反并联二极管D3构成三相桥式电路的第二上臂。功率开关器件Q4与反并联二极管D4构成三相桥式电路的第二下臂。第二上臂和第二下臂串联连接构成三相桥式电路的第二相桥臂。

第一相桥臂的上臂和下臂的连接处经第一电抗器L_R与单相电源连接。第二相桥臂的上臂和下臂的连接处经第二电抗器L_S与单相电源连接。

同时，并联在三相桥式电路直流侧的电容组C可由第一电容C1和第二电容C2串联组成。

相应的，相电流采样电路、线电压采样电路和母线电压采样电路可根据选择的功率开关器件选择相应的两路，使得DSP控制器根据相电流采样电路、线电压采样电路和母线电压采样电路分别采集的模拟量进行三相PFC控制方法运算处理，按照SPWM规律输出脉冲宽度调制信号PWM1—PWM4。脉冲宽度调制信号PWM1—PWM4分别控制功率开关器件Q1、功率开关器件Q2、功率开关器件Q3、功率开关器件Q4的导通或断开。

同理，也可以选择Q1和Q2，Q5和Q6两组，或者是Q3和Q4，Q5和Q6两组。

参见图3，为了进一步优化光伏逆变器的散热效果，在实现单相整流PFC功能时，逆变电路也可以采用无桥结构。即三相桥式电路中与单相电源连接的两相桥臂的上臂均为无桥结构。

由于与单相电源连接的两相桥臂的上臂均为无桥结构，从而减少了上臂的两个功率开关器件的工作，使得消耗的能量更小，产生的热量更少。并且提高了光伏逆变器的效率。

根据太阳能电池阵列的输出功率，光伏逆变器的软件工作可分为整流和并网两种状态。光伏逆变器中的整流逆变并网模块(即逆变电路)为能量可双向流动的变流单元。主要实现对电网(交流电源)的控制，即在太阳能电池阵列的输出功率不足时实现全控整流，从电网取电补足空调机组消耗能量所需。在太阳能电池阵列的输出功率充足时，把多余能量逆变回电网，实现并网的目的。

参见图4，以三相电源接入光伏逆变器为例，当光伏逆变器工作于全控整流模式时，逆变电路同样工作于全控整流模式。此时，能量由电网(此时，电网输出的为三相电)流入光伏逆变器。其电路结构为三路的升压电路，工作原理是：以R相为例，当功率开关器件Q2导通时，电流从R相经第一电抗器L_R，流入功率开关器件Q2，流经二极管D4或者二极管D6，到达S相或T相和第二电抗器L_S或第三电抗器L_T。在功率开关器件Q2导通期间，第一电抗器L_R的电流上升，储存能量；当功率开关器件Q2关断时，储存在第一电抗器L_R的能量经二极管D1流入到逆变器直流母线上的电容组(即C1和C2)，从而实现能量由电网流入光伏逆变器。

在全控整流模式下，必须实时调节三相相电流Ix(x＝R、S、T)的波形相位跟随相电压Vx(x＝R、S、T)的波形相位，从而提高功率因数，减少谐波成分和含量。当光伏逆变器与三相电源连接时，可实现独立的电压外环，电流内环的双闭环PID调节。即分别对R相、S相和T相进行独立控制，其不仅解决了输入电压不平衡时，光伏逆变器对电网的适用性问题。同时，还适用于光伏逆变器与单相电源连接时的软件功能，提高了软件和硬件的通用性，也大大提高了光伏逆变器的可靠性，增强光伏逆变器对硬件的容错能力。

参见图5，其控制方法采用双闭环(电压外环，电流内环)控制。以R相为例进行说明。外环是电压环，主要控制逆变器直流母线电压为固定值V_{DC_REF}。内环是电流环，R相的电流参考值I_{R_REF}由电压外环经PID控制输出的功率参考值Pm及实际相电压Vx(x＝R、S、T)经过乘法器M后得到。电流参考值I_{R_REF}和实际检测值I_R的差值进行PID控制，其输出结果与实际相电压Vx(x＝R、S、T)相加后经过变换后得到各相相电压的参考值V_{PWM_X}(x＝R、S、T),然后采用SPWM调制方法，将V_{PWM_X}(x＝R、S、T)与三角载波作比较，产生控制功率开关器件导通或断开的PWM信号。

参见图6，对R相进行双闭环控制时，产生的控制功率开关器件导通或断开的PWM信号分别为：控制功率开关器件Q1的PWM1信号和控制功率开关器件Q2的PWM2信号。

对S相进行双闭环控制时，产生的控制功率开关器件导通或断开的PWM信号为：控制功率开关器件Q3的PWM3信号和控制功率开关器件Q4的PWM4信号。

对T相进行双闭环控制时，产生的控制功率开关器件导通或断开的PWM信号为：控制功率开关器件Q5的PWM5信号和控制功率开关器件Q6的PWM6信号。

需要说明的是，对于每一相而言，控制上臂功率开关器件的PWM信号和控制下臂功率开关器件的PWM信号是互补的。即上臂功率开关器件和下臂功率开关器件不能同时导通。

也就是说控制功率开关器件Q1的PWM1信号和控制功率开关器件Q2的PWM2信号为互补信号，功率开关器件Q1和功率开关器件Q2不能同时导通。控制功率开关器件Q3的PWM3信号和控制功率开关器件Q4的PWM4信号同样为互补信号，功率开关器件Q3和功率开关器件Q4不能同时导通。控制功率开关器件Q5的PWM5信号和控制功率开关器件Q6的PWM6信号同样为互补信号，功率开关器件Q5和功率开关器件Q6不能同时导通。

当光伏逆变器工作于逆变并网模式时，逆变电路同样工作于逆变并网模式。此时，能量由光伏逆变器流入电网。其工作原理是：由于光伏逆变器与电网电压相连，因此，光伏逆变器的输出电压由电网电压决定，因此可通过控制输入电网的电流，来达到往电网输入功率的目的。同时，输入电网的电流谐波含量必须符合国标要求，因此必须同时检测电网电压的相位，以确保输入电网的电流达到与电网电压同频同相的要求。

参见图7，在逆变并网模式下同样采用双闭环控制。外环是电压环，主要控制逆变器直流母线电压为固定值V_{DC_REF}且需高于电网电压。内环是电流环，其参考值I_{R_REF}由电压外环和电压锁相环(Phase Locked Loop，PLL)给定。通过对电流内环参考值I_{R_REF}和实际检测值I_R的差值进行PI控制，得到光伏逆变器每相输出电压Ux(x＝a、b、c)的参考值，采用SPWM调制方法，将Ux(x＝a、b、c)与三角载波作比较，由SVPWM信号发生器产生控制功率开关器件的PWM信号。其中，a、b、c分别对应R、S、T。

同理，对于每一相而言，控制上臂功率开关器件的PWM信号和控制下臂功率开关器件的PWM信号也是互补的，即上臂功率开关器件和下臂功率开关器件不能同时导通。PLL锁相环主要用于检测每一相电压相位，以达到控制输入电网的电流达到与电网电压同频同相。

参见图8，为光伏逆变器连接单相电源时进行双闭环控制的软件控制图。当光伏逆变器连接单相电源时，同样根据太阳能电池阵列的输出功率，光伏逆变器的软件工作可分为整流和并网两种状态。

当光伏逆变器工作于全控整流模式时，采用双闭环(电压外环，电流内环)控制。外环是电压环，主要控制逆变器直流母线电压为固定值V_{DC_REF}。内环是电流环，R相的电流参考值I_{R_REF}由电压外环经PIDⅠ控制输出的功率参考值Pm及实际相电压Vx(x＝R、S、T)经过乘法器M后得到。电流参考值I_{R_REF}和实际检测值I_R的差值进行PIDⅡ控制，其输出结果与实际相电压Vx(x＝R、S、T)相加后经过变换后得到各相相电压的参考值V_{PWM_X}(x＝R、S、T),然后采用SPWM调制方法，将V_{PWM_X}(x＝R、S、T)与三角载波作比较，产生控制功率开关器件的PWM信号。

参见图9，当上述光伏逆变器应用于光伏空调***时，该***的直流母线上连接开关电源，直流电压用户接口，三相(单相)空调***等。三相和单相电源的逆变部分(即光伏逆变器)不同，但其工作模式相同。其均为根据太阳能电池阵列的输出功率控制光伏逆变器的工作模式。具体的：

通过DSP控制器检测太阳能电池阵列的输出电压Vpv和输出电流Ipv，计算太阳能电池阵列输出的最大功率Ppv。将计算得到的太阳能电池阵列输出的最大功率Ppv与空调机组消耗功率P_空调相减，得出整流逆变并网模块(逆变电路)的功率，从而决定整流逆变并网模块(逆变电路)的工作模式。

令ΔP为整流逆变并网模块(逆变电路)的功率，则ΔP＝Ppv－P_空调。

当ΔP＝0时，太阳能电池阵列输出的最大功率Ppv全部用于空调机组消耗功率P_空调，整流逆变并网模块处于待机状态。

当ΔP>0时，太阳能电池阵列输出的最大功率Ppv大于空调机组消耗功率P_空调，整流逆变并网模块工作于逆变并网状态。

当ΔP<0时，太阳能电池阵列输出的最大功率Ppv小于空调机组消耗功率P_空调，整流逆变并网模块工作于全控整流状态。

当Ppv>0且P_空调＝0时，空调机组待机，整流逆变并网模块工作于逆变并网状态。

当Ppv＝0且P_空调>0时，空调消耗功率全部取自电网，整流逆变并网模块工作于全控整流状态。

采用上述光伏逆变器的光伏空调控制***同时适用于三相电源和单相电源，不仅可最大限度地利用太阳能电池阵列发电，且在太阳能电池阵列的输出功率小于空调机组消耗功率时，从电网(三相电源或单相电源)补足缺少的能量，即运行于混网PFC功能。当太阳能电池阵列的输出功率大于空调机组消耗功率时，可把多余的能量逆变回馈电网以供其它设备使用，即运行于并网或离网功能，不仅实现太阳能电池阵列发电的最优利用，而且可创造可观的经济收益。同时，还可应用于不同功率等级电源(三相电源或单相电源)的家用和商用空调机组。

参见图9，需要说明的是，光伏逆变器还包括升压电路。升压电路的输入端与太阳能电池阵列的输出端电连接。

升压电路的输出端通过直流母线，与逆变电路的输出端电连接。

光伏逆变器中的升压电路，即DC-DC电压变换电路主要是通过对太阳能电池阵列的输出电压进行控制，实现太阳能电池阵列的最大功率点追踪(MPPT)。从而实时保证太阳能电池阵列的输出功率为最大输出功率，有效地提高太阳能电池阵列的利用率。

作为一具体实施例的升压电路，参见图10，为升降压电路，即BOOST/BUCK电路。其包括第一控制单元(图中未示出)、第一功率开关器件Q7、第一电感L1、第一二极管D7和第三电容C3。

第一控制单元的输出端与第一功率开关器件Q7的输入端连接，用于向第一功率开关器件Q7输入第一脉冲宽度调制信号，控制第一功率开关器件Q7的导通与断开。

第一功率开关器件Q7的第一输出端与太阳能电池阵列的输出端电连接，第一功率开关器件Q7的第二输出端与第一电感L1的一端电连接。

第一二极管D7的一端与第一电感L1的一端电连接，第一二极管D7的另一端与第三电容C3的一端连接。第三电容C3的另一端与第一电感L1的另一端电连接。

其工作原理为：当第一功率开关器件Q7导通时，太阳能电池阵列经Q7向第一电感L1供电使其贮存能量。此时电流为i1，方向如图10所示。同时，第三电容C3维持输出电压基本恒定。

当控制第一功率开关器件Q7断开时，第一电感L1中贮存的能量向负载R_负载释放，电流为i2，方向如图10所示。则升压电路的输出电压为：

$U_0=\frac{t_{\mathrm{on}}}{T-t_{\mathrm{on}}}{V}_{\mathrm{PV}}=\frac{\mathrm{\&alpha;}}{1-\mathrm{\&alpha;}}{V}_{\mathrm{PV}}$

其中，t_on表征导通时间，T表征开关周期。

若改变导通比α，则升压电路的输出电压既可比太阳能电池阵列的输出电压V_PV高，也可比太阳能电池阵列的输出电压V_PV低。当0<α<0.5时，升压电路的输出电压小于太阳能电池阵列的输出电压V_PV，为降压。当0.5<α<1时，升压电路的输出电压大于太阳能电池阵列的输出电压V_PV，为升压。

通过改变导通比α，从而把太阳能电池阵列的输出能量转到直流母线上。其中第一功率开关器件Q7的控制信号PWM7由第一控制单元产生。

其中，第一控制单元通过根据流经上述升压电路的太阳能电池阵列输出的直流电，进行电压外环，电流内环的双闭环调节，输出可变的控制信号PWM7，从而调节太阳能电池阵列时刻运行在最大功率点MPPT。

作为一具体实施例的升压电路，拓宽了太阳能电池阵列的输出电压范围280V—1000V。当光照强度大时，太阳能电池阵列的输出电压大于指定的直流母线电压时，实现BUCK降压功能。当光照强度小时，太阳能电池阵列的输出电压小于指定的直流母线电压时，实现BOOST升压功能。

作为另一具体实施例的升压电路，参见图11，包括第二控制单元、第二功率开关器件Q8、第二电感L2、第二二极管D8和第四电容C4。

第二控制单元的输出端与第二功率开关器件Q8的输入端连接，用于向第二功率开关器件Q8输入第二脉冲宽度调制信号，控制第二功率开关器件Q8的导通与断开。

第二功率开关器件Q8的第一输出端与第二电感L2的一端电连接。

第二功率开关器件Q8的第二输出端，通过太阳能电池阵列与第二电感L2的另一端连接。

第二二极管D8的一端与第二功率开关器件Q8的第二输出端电连接，第二二极管D8的另一端与第四电容C4的一端电连接。

第四电容C4的另一端与第二功率开关器件Q8的第二输出端电连接。

作为另一具体实施例的升压电路为单路的升压电路。其工作原理为：当第二功率开关器件Q8导通时，流经第二电感L2的电流增大。由于电感具有电流不能突变的特性，在第二功率开关器件Q8断开期间，在第二电感L2上产生的电压加上太阳能电池阵列的输出电压，经过第二二极管D8，往第四电容C4上充电，从而把太阳能电池阵列输出的能量转到逆变器直流母线上。其中第二功率开关器件Q8的控制信号PWM8由第二控制单元产生。

同理，第二控制单元通过根据流经上述单路的升压电路的太阳能电池阵列输出的直流电，进行电压外环，电流内环的双闭环调节，输出可变的控制信号PWM8，从而调节太阳能电池阵列时刻运行在最大功率点MPPT。

作为又一具体实施例的升压电路，参见图12，包括第三控制单元、第三功率开关器件Q9、第四功率开关器件Q10、第三电感L3、第四电感L4、第三二极管D9、第四二极管D10和第五电容C5。

第三控制单元的第一输出端、第二输出端分别与第三功率开关器件Q9的输入端和第四功率开关器件Q10的输入端连接。

第三功率开关器件Q9的第一输出端与第三电感L3的一端电连接，第三功率开关器件Q9的第二输出端，通过太阳能电池阵列与第三电感L3的另一端电连接。

第四功率开关器件Q10的第一输出端与第四电感L4的一端电连接，第四功率开关器件Q10的第二输出端，通过太阳能电池阵列与第四电感L4的另一端电连接。

第三二极管D9的一端与第三电感L3的一端电连接，第三二极管D9的另一端与第五电容C5的一端电连接。

第四二极管D10的一端与第四电感L4的一端电连接，第四二极管D10的另一端与第五电容C5的一端电连接。

第五电容C5的另一端与第四功率开关器件Q10的第二输出端电连接。

作为又一具体实施例的升压电路为双路交错升压电路，两路升压电路的工作原理同上述单路的升压电路的工作原理相同，因此重复之处不再赘述。

需要说明的是，控制第三功率开关器件Q9和第四功率开关器件Q10的脉冲宽度调制信号PWM9和PWM10由第三控制单元产生。PWM9和PWM10的相差为180°。由于是双路交错控制，因此，电路中的关键器件如第三电感、第四电感、第三二极管、第四二极管、第三功率开关器件Q9和第四功率开关器件Q10等的额定容量只需为单路的升压电路中相应的器件的额定容量的一半。

同理，第三控制单元和第四控制单元电路分别通过根据流经上述双路交错升压电路的太阳能电池阵列输出的直流电，进行电压外环，电流内环的双闭环调节，输出可变的脉冲宽度调制信号PWM9和PWM10，从而调节太阳能电池阵列时刻运行在最大功率点MPPT。

采用上述任一种光伏逆变器的光伏空调***，通过设置光伏逆变器中的逆变电路为三相桥式电路，实现了三相电源和单相电源共用的光伏空调***的目的。有效地解决了现有的光伏空调***不适用于三相电源问题。

同时，通过验证，采用上述任一种光伏逆变器的光伏空调***，相对于传统变频空调的能量利用率提升97％。并且可以并网发电，从而提高电网质量，功率因数为0.98，THDi(Total Harmonic Distortion of current on input，输入线的电流谐波畸变总数)<5％。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光伏逆变器，其特征在于，包括逆变电路；所述逆变电路包括IPM模块，所述IPM模块为三相桥式电路；

所述三相桥式电路包括具有反并联二极管的功率开关器件；

所述功率开关器件构成上臂和下臂，所述上臂和所述下臂为一相桥臂；

三相桥臂并联形成所述三相桥式电路；

所述三相桥式电路能够连接三相电源或者单相电源；

当所述三相桥式电路连接所述三相电源时，所述三相电源接入所述三相桥式电路的各相桥臂的所述上臂和所述下臂的连接处；

当所述三相桥式电路连接所述单相电源时，所述单相电源接入所述三相桥式电路的三相桥臂中任意两相桥臂的所述上臂和所述下臂的连接处。

2.根据权利要求1所述的光伏逆变器，其特征在于，所述三相桥式电路中与所述单相电源连接的所述两相桥臂的所述上臂均为无桥结构。

3.根据权利要求1所述的光伏逆变器，其特征在于，所述逆变电路还包括相电流采样电路、线电压采样电路、母线电压采样电路和DSP控制器；

所述相电流采样电路的输出端，所述线电压采样电路的输出端、和所述母线电压采样电路的输出端均与所述DSP控制器的输入端连接，用于将所述相电流采样电路采集的所述交流电源输出的相电流，所述线电压采样电路采集的所述交流电源输出的相电压和所述母线电压采样电路采集的太阳能电池阵列输出的直流母线电压输入至所述DSP控制器；

所述DSP控制器，根据所述交流电源输出的所述相电流，所述交流电源输出的所述相电压和所述太阳能电池阵列输出的所述直流母线电压，向所述IPM模块输入脉冲宽度调制信号，控制所述功率开关器件导通或断开。

4.根据权利要求1所述的光伏逆变器，其特征在于，所述逆变电路还包括第一电抗器、第二电抗器和第三电抗器；

所述三相电源的第一相经第一电抗器接入所述三相桥式电路的第一相桥臂的上臂和下臂的连接处；

所述三相电源的第二相经第二电抗器接入所述三相桥式电路的第二相桥臂的上臂和下臂的连接处；

所述三相电源的第三相经第三电抗器接入所述三相桥式电路的第三相桥臂的上臂和下臂的连接处。

5.根据权利要求1所述的光伏逆变器，其特征在于，所述逆变电路还包括电容组和均压电阻，所述电容组与所述均压电阻并联；

所述电容组与所述均压电阻并联后的一端接入所述三相桥式电路中所述三相桥臂的所述上臂的连接处，另一端接入所述三相桥式电路中所述三相桥臂的所述下臂的连接处。

6.根据权利要求1至5任一项所述的光伏逆变器，其特征在于，还包括升压电路，所述升压电路的输入端与太阳能电池阵列的输出端电连接；

所述升压电路的输出端通过直流母线，与所述逆变电路的输出端电连接。

7.根据权利要求6所述的光伏逆变器，其特征在于，所述升压电路包括第一控制单元电路、第一功率开关器件、第一电感、第一二极管和第三电容；

所述第一控制单元电路的输出端与所述第一功率开关器件的输入端连接，用于向所述第一功率开关器件输入第一脉冲宽度调制信号，控制所述第一功率开关器件的导通与断开；

所述第一功率开关器件的第一输出端与所述太阳能电池阵列的输出端电连接，所述第一功率开关器件的第二输出端与所述第一电感的一端电连接；

所述第一二极管的一端与所述第一电感的一端电连接，所述第一二极管的另一端与所述第三电容的一端连接；

所述第三电容的另一端与所述第一电感的另一端电连接。

8.根据权利要求6所述的光伏逆变器，其特征在于，所述升压电路包括第二控制单元、第二功率开关器件、第二电感、第二二极管和第四电容；

所述第二控制单元的输出端与所述第二功率开关器件的输入端连接，用于向所述第二功率开关器件输入第二脉冲宽度调制信号，控制所述第二功率开关器件的导通与断开；

所述第二功率开关器件的第一输出端与所述第二电感的一端电连接；

所述第二功率开关器件的第二输出端，通过所述太阳能电池阵列与所述第二电感的另一端连接；

所述第二二极管的一端与所述第二功率开关器件的第二输出端电连接，所述第二二极管的另一端与所述第四电容的一端电连接；

所述第四电容的另一端与所述第二功率开关器件的第二输出端电连接。

9.根据权利要求6所述的光伏逆变器，其特征在于，所述升压电路包括第三控制单元、第三功率开关器件、第四功率开关器件、第三电感、第四电感、第三二极管、第四二极管和第五电容；

所述第三控制单元的第一输出端、第二输出端分别与所述第三功率开关器件的输入端和所述第四功率开关器件的输入端连接；

所述第三功率开关器件的第一输出端与所述第三电感的一端电连接，所述第三功率开关器件的第二输出端，通过所述太阳能电池阵列与所述第三电感的另一端电连接；

所述第四功率开关器件的第一输出端与所述第四电感的一端电连接，所述第四功率开关器件的第二输出端，通过所述太阳能电池阵列与所述第四电感的另一端电连接；

所述第三二极管的一端与所述第三电感的一端电连接，所述第三二极管的另一端与所述第五电容的一端电连接；

所述第四二极管的一端与所述第四电感的一端电连接，所述第四二极管的另一端与所述第五电容的一端电连接；

所述第五电容的另一端与所述第四功率开关器件的第二输出端电连接。

10.一种光伏空调***，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的光伏逆变器。