CN113991612A - 一种组串式光伏逆变器***及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供的一种组串式光伏逆变器***及电子设备，包括：n路并联的电平变换电路和并网功率单元，所述n路电平变换电路的输出并联后输入所述并网功率单元；其中从第一路电平变换电路到第n路电平变换电路的电路结构相同和功能相同，n大于等于1；所述第一路电平变换电路的具体结构包括：第一路混合开关、第一路避雷器组合、第一路共模电感和第一路电平变换器；第一路光伏输入信号为多路子光伏电池板汇流后的总输入，第一路光伏输入信号输入所述第一路电平变换电路，经过所述第一路混合开关后，再输入所述第一路避雷器组合和所述第一路共模电感，然后再输入所述第一路电平变换器，得到变化后的第一路光伏输入信号。

Description

一种组串式光伏逆变器***及电子设备
技术领域
本申请涉及光伏发电领域，特别地涉及一种组串式光伏逆变器***及电子设备。
背景技术
随着光伏电池板的容量越来越大，组串汇流的并联数也越来越多。当某条PV发生短路或反接时，短路电流也越来越大。如图6所示，PV支路在并网功率单元前端发生短路时或者功率单元发生故障时，线路上将会产生大电流，极易引起线缆或部件损坏，长期过热甚至引起火灾。
专利“一种具有防雷设计的两级式功率变换器及***”——该专利了一种具有防雷设计的两级式功率变换器及***。该两级式功率变换器包括多个前级功率变换单元和一个后级功率变换单元，各个前级功率变换单元的输入独立、输出并联接入后级功率变换单元，其中前级功率变换单元具体为带旁路二极管的三电平Boost电路，此外：每个前级功率变换单元上都设置有接在本前级功率变换单元的输入正极、输入负极和大地之间的由防雷器构成的Y型防雷电路。
不足：不具备智能分段能力，而且前级功率变换单元采用带旁路开关的三电平Boost电路，电路较为复杂。
现有技术有两种方案，方案1：在PV汇流输入端增加熔断器；方案2：在PV汇流输入端增加断路器。方案1的熔断器的机理是当电路中电流超过规定值一段时间后，熔断器以自身的热量使熔丝融化，从而断开电路，保护设备。但此方案实时性差，在***中还需要和隔离开关配合使用。方案二通过实时检测PV电流，判断处于过流状态时，断路器脱扣。由于断路器为机械开关，延时较大。而且断路器需具备灭弧功能，体积和重量较大，成本较高。
发明内容
针对上述问题，本申请提供一种组串式光伏逆变器***及电子设备。
本申请提供了一种组串式光伏逆变器***，包括：
n路并联的电平变换电路和并网功率单元，所述n路电平变换电路的输出并联后输入所述并网功率单元；其中从第一路电平变换电路到第n路电平变换电路的电路结构相同和功能相同，n大于等于1；
所述第一路电平变换电路的具体结构包括：第一路混合开关、第一路避雷器组合、第一路共模电感和第一路电平变换器；第一路光伏输入信号为多路子光伏电池板汇流后的总输入，第一路光伏输入信号输入到所述第一路电平变换电路，经过所述第一路混合开关后，再输入所述第一路避雷器组合和所述第一路共模电感，然后再输入所述第一路电平变换器，得到变化后的第一路光伏输入信号，所述变化后第一路光伏输入信号再与其它路变化后光伏输入并联在一起，形成总的直流母线，进入所述并网功率单元。
在一些实施例中，所述第一路混合开关由两组开关组构成，第一开关组设置在第一路光伏输入信号的正极线路上，第二开关组设置在第一路光伏输入信号的负极线路上；
所述第一开关组由两个开关并联构成，分别为第一晶闸管器件和第一开关器件；所述第二开关组由两个开关并联构成，分别为第二晶闸管器件和第二开关器件。
在一些实施例中，所述第一开关组还包括：第一电压检测装置与所述第一晶闸管器件和所述第一开关器件并联；所述第二开关组还包括：第二电压检测装置与所述第二晶闸管器件和所述第二开关器件并联。
在一些实施例中，所述第一路混合开关在所述组串式光伏逆变器的应用方法包括：合闸和分闸；
所述合闸的具体方法包括：
合闸步骤1：当输入直流符合合闸条件时，同时导通所述第一晶闸管器件和所述第二晶闸管器件；
合闸步骤2：通过所述第一电压检测装置和所述第二电压检测装置确认所述第一晶闸管器件和所述第二晶闸管器件导通后，再同时合上所述第一开关器件和所述第二开关器件；
合闸步骤3：通过判断所述第一开关器件和所述第二开关器件的反馈信号，确认所述第一开关器件和所述第二开关器件合上后，关断所述第一晶闸管器件和所述第二晶闸管器件，所述第一开关器件和所述第二开关器件处于导通状态；
所述分闸的具体方法包括：
分闸步骤1：当接收到***分闸命令时，同时导通所述第一晶闸管器件和所述第二晶闸管器件；
分闸步骤2：通过所述第一电压检测装置和所述第二电压检测装置确认所述第一晶闸管器件和所述第二晶闸管器件导通后，再同时分开所述第一开关器件和所述第二开关器件；
分闸步骤3：通过判断所述第一开关器件和所述第二开关器件的反馈信号，确认所述第一开关器件和所述第二开关器件分开后，关断所述第一晶闸管器件和所述第二晶闸管器件。
在一些实施例中，所述第一路混合开关的电源组成包括：
交流取能电源和直流取能电源；
所述交流取能电源在并网功率单元后端的交流侧取电；
所述直流取能电源在并网功率单元前端的直流侧取电。
在一些实施例中，所述第一路混合开关的电源应用方法包括：
当组串式逆变器的直流侧的电压正常或交流侧的电压故障时，采用直流侧的所述直流取能电源供电；
当直流侧的直流取能电源失压或故障时，采用交流侧的所述交流取能电源。
在一些实施例中，每路光伏输入正负极避雷器采用星型接法；所有负极用一个避雷器。
在一些实施例中，所述第一路电平变换器为两电平BOOST变换器。
在一些实施例中，所述两电平BOOST变换器的具体结构包括：
第一支撑电容、升压电感、两电平桥臂和第二支撑电容；
直流输入电压输入所述第一支撑电容，经过所述升压电感，再通过所述两电平桥臂后，输出至所述第二支撑电容，变换成直流输出电压。
本申请提供的一种电子设备，包括上述任一项所述的组串式光伏逆变器***。
本申请提供的一种组串式光伏逆变器***及电子设备，具有如下有益效果：本申请的***能够避免光伏电池板和逆变器故障扩大，提高***安全性，减小体积和重量。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本申请进行更详细的描述。
图1为本申请实施例提供的一种组串式光伏逆变器***示意图；
图2为本申请实施例提供的混合开关示意图；
图3为本申请实施例提供的混合开关电源示意图；
图4为本申请实施例提供的避雷器组合示意图；
图5为本申请实施例提供的BOOST电路图；
图6为背景技术提供的PV短路电流示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本申请的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
如果申请文件中出现“第一\第二\第三”的类似描述则增加以下的说明，在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。
在介绍本申请实施例提供的一种组串式光伏逆变器***之前，对相关技术中存在的问题进行简单介绍：
专利“一种具有防雷设计的两级式功率变换器及***”——该专利了一种具有防雷设计的两级式功率变换器及***。该两级式功率变换器包括多个前级功率变换单元和一个后级功率变换单元，各个前级功率变换单元的输入独立、输出并联接入后级功率变换单元，其中前级功率变换单元具体为带旁路二极管的三电平Boost电路，此外：每个前级功率变换单元上都设置有接在本前级功率变换单元的输入正极、输入负极和大地之间的由防雷器构成的Y型防雷电路。
不足：不具备智能分段能力，而且前级功率变换单元采用带旁路开关的三电平Boost电路，电路较为复杂。
现有技术有两种方案，方案1：在PV汇流输入端增加熔断器；方案2：在PV汇流输入端增加断路器。方案1的熔断器的机理是当电路中电流超过规定值一段时间后，熔断器以自身的热量使熔丝融化，从而断开电路，保护设备。但此方案实时性差，在***中还需要和隔离开关配合使用。方案二通过实时检测PV电流，判断处于过流状态时，断路器脱扣。由于断路器为机械开关，延时较大。而且断路器需具备灭弧功能，体积和重量较大，成本较高。
基于相关技术中存在的问题，本申请实施例提供一种组串式光伏逆变器***，所述***应用于组串式光伏逆变器设备，所述组串式光伏逆变器设备可以为电子设备，例如计算机、移动终端等。本申请实施例提供的组串式光伏逆变器***所实现的功能可以通过电子设备的处理器调用程序代码来实现，其中，程序代码可以保存在计算机存储介质中。
实施例一
本申请实施例提供一种组串式光伏逆变器***，图1为本申请实施例提供的一种组串式光伏逆变器***图，如图1所示，包括：
n路并联的电平变换电路和并网功率单元，所述n路电平变换电路的输出并联后输入所述并网功率单元；其中从第一路电平变换电路到第n路电平变换电路的电路结构相同和功能相同，n大于等于1；
所述第一路电平变换电路的具体结构包括：第一路混合开关Q1、第一路避雷器组合SPD11,SPD12,SPD_N、第一路共模电感T1和第一路电平变换器BOOST1；第一路光伏输入信号为多路子光伏电池板汇流后的总输入，第一路光伏输入信号输入所述第一路电平变换电路，经过所述第一路混合开关Q1后，再输入所述第一路避雷器组合SPD11,SPD12,SPD_N和所述第一路共模电感T1，然后再输入所述第一路电平变换器BOOST1，得到变化后的第一路光伏输入信号，所述变化后第一路光伏输入信号再与其它路变化后光伏输入并联在一起，形成总的直流母线，进入并网功率单元。
在一些实施例中，如图2所示，所述第一路混合开关Q1由两组开关组构成，第一开关组设置在第一路光伏输入信号的正极线路上，第二开关组设置在第一路光伏输入信号的负极线路上；
所述第一开关组由两个开关并联构成，分别为第一晶闸管器件S11和第一开关器件K11；所述第二开关组由两个开关并联构成，分别为第二晶闸管器件S12和第二开关器件K12。
在一些实施例中，所述第一开关组还包括：第一电压检测装置V11与所述第一晶闸管器件S11和所述第一开关器件K11并联；所述第二开关组还包括：第二电压检测装置V12与所述第二晶闸管器件S12和所述第二开关器件K12并联。
在一些实施例中，所述第一路混合开关Q1在组串式光伏逆变器的应用方法包括：合闸和分闸；
所述合闸的具体方法包括：
合闸步骤1：当输入直流符合合闸条件时，同时导通所述第一晶闸管器件S11和所述第二晶闸管器件S12；
合闸步骤2：通过所述第一电压检测装置V11和所述第二电压检测装置V12确认所述第一晶闸管器件S11和所述第二晶闸管器件S12导通后，再同时合上所述第一开关器件K11和所述第二开关器件K12；
合闸步骤3：通过判断所述第一开关器件K11和所述第二开关器件K12的反馈信号，确认所述第一开关器件K11和所述第二开关器件K12合上后，关断所述第一晶闸管器件S11和所述第二晶闸管器件S12，所述第一开关器件K11和所述第二开关器件K12处于导通状态；
所述分闸的具体方法包括：
分闸步骤1：当接收到***分闸命令时，同时导通所述第一晶闸管器件S11和所述第二晶闸管器件S12；
分闸步骤2：通过所述第一电压检测装置V11和所述第二电压检测装置V12确认所述第一晶闸管器件S11和所述第二晶闸管器件S12导通后，再同时分开所述第一开关器件K11和所述第二开关器件K12；
分闸步骤3：通过判断所述第一开关器件K11和所述第二开关器件K12的反馈信号，确认所述第一开关器件K11和所述第二开关器件K12分开后，关断所述第一晶闸管器件S11和所述第二晶闸管器件S12。
在一些实施例中，如图3所示，所述第一路混合开关Q1的电源组成包括：
交流取能电源和直流取能电源；
所述交流取能电源在并网功率单元后端的交流侧取电；
所述直流取能电源在并网功率单元前端的直流侧取电。
在一些实施例中，所述第一路混合开关Q1的电源应用方法包括：
当组串式逆变器的直流侧的电压正常或交流侧的电压故障时，采用直流侧的所述直流取能电源供电；
当直流侧的直流取能电源失压或故障时，采用交流侧的所述交流取能电源。
在一些实施例中，如图4所示，每路光伏输入正负极避雷器采用星型接法；由于所有路光伏输入的负极全部连接在一起，所以负极用一个避雷器。
在一些实施例中，所述第一路电平变换器BOOST1为两电平BOOST变换器。
在一些实施例中，如图5所示，所述两电平BOOST变换器的具体结构包括：
第一支撑电容C11、升压电感L11、两电平桥臂S13，D11，D12和第二支撑电容C12；
直流输入电压U1输入所述第一支撑电容C11，经过所述升压电感L11，再通过所述两电平桥臂S13，D11，D12后，输出至所述第二支撑电容C12，变换成直流输出电压U2。
本申请提供的一种组串式光伏逆变器***，
(1)组串式光伏逆变器在PV直流输入发生故障时，实时分断和隔离逆变器，避免光伏电池板和逆变器故障扩大，提高***安全性；
(2)采用电子开关代替纯机械开关，提供开关速度和分断能力；
(3)采用复合开关代替纯机械开关，机械部分不需要带载分合，也无需灭弧装置，减小体积和重量。
实施例二
基于前述的实施例，本申请实施例提供一种电子设备，包括：包括实施例1所述的组串式光伏逆变器***。
应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
以上所述，仅为本申请的实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种组串式光伏逆变器***，其特征在于，包括：
n路并联的电平变换电路和并网功率单元，所述n路电平变换电路的输出并联后输入所述并网功率单元；其中从第一路电平变换电路到第n路电平变换电路的电路结构相同和功能相同，n大于等于1；
所述第一路电平变换电路的具体结构包括：第一路混合开关、第一路避雷器组合、第一路共模电感和第一路电平变换器；第一路光伏输入信号为多路子光伏电池板汇流后的总输入，第一路光伏输入信号输入到所述第一路电平变换电路，经过所述第一路混合开关后，再输入所述第一路避雷器组合和所述第一路共模电感，然后再输入所述第一路电平变换器，得到变化后的第一路光伏输入信号，所述变化后第一路光伏输入信号再与其它路变化后光伏输入并联在一起，形成总的直流母线，进入所述并网功率单元。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述第一路混合开关由两组开关组构成，第一开关组设置在第一路光伏输入信号的正极线路上，第二开关组设置在第一路光伏输入信号的负极线路上；
所述第一开关组由两个开关并联构成，分别为第一晶闸管器件和第一开关器件；所述第二开关组由两个开关并联构成，分别为第二晶闸管器件和第二开关器件。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述第一开关组还包括：第一电压检测装置与所述第一晶闸管器件和所述第一开关器件并联；所述第二开关组还包括：第二电压检测装置与所述第二晶闸管器件和所述第二开关器件并联。
4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述第一路混合开关在所述组串式光伏逆变器的应用方法包括：合闸和分闸；
所述合闸的具体方法包括：
合闸步骤1：当输入直流符合合闸条件时，同时导通所述第一晶闸管器件和所述第二晶闸管器件；
合闸步骤2：通过所述第一电压检测装置和所述第二电压检测装置确认所述第一晶闸管器件和所述第二晶闸管器件导通后，再同时合上所述第一开关器件和所述第二开关器件；
合闸步骤3：通过判断所述第一开关器件和所述第二开关器件的反馈信号，确认所述第一开关器件和所述第二开关器件合上后，关断所述第一晶闸管器件和所述第二晶闸管器件，所述第一开关器件和所述第二开关器件处于导通状态；
所述分闸的具体方法包括：
分闸步骤1：当接收到***分闸命令时，同时导通所述第一晶闸管器件和所述第二晶闸管器件；
分闸步骤2：通过所述第一电压检测装置和所述第二电压检测装置确认所述第一晶闸管器件和所述第二晶闸管器件导通后，再同时分开所述第一开关器件和所述第二开关器件；
分闸步骤3：通过判断所述第一开关器件和所述第二开关器件的反馈信号，确认所述第一开关器件和所述第二开关器件分开后，关断所述第一晶闸管器件和所述第二晶闸管器件。
5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述第一路混合开关的电源组成包括：
交流取能电源和直流取能电源；
所述交流取能电源在并网功率单元后端的交流侧取电；
所述直流取能电源在并网功率单元前端的直流侧取电。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述第一路混合开关的电源应用方法包括：
当组串式逆变器的直流侧的电压正常或交流侧的电压故障时，采用直流侧的所述直流取能电源供电；
当直流侧的直流取能电源失压或故障时，采用交流侧的所述交流取能电源。
7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，每路光伏输入正负极避雷器采用星型接法；所有负极用一个避雷器。
8.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述第一路电平变换器为两电平BOOST变换器。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述两电平BOOST变换器的具体结构包括：
第一支撑电容、升压电感、两电平桥臂和第二支撑电容；
直流输入电压输入所述第一支撑电容，经过所述升压电感，再通过所述两电平桥臂后，输出至所述第二支撑电容，变换成直流输出电压。
10.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的组串式光伏逆变器***。
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