CN114498746A - 逆变器电路、逆变器、逆变器控制方法及光伏*** - Google Patents

逆变器电路、逆变器、逆变器控制方法及光伏*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种逆变器电路、逆变器、逆变器控制方法及光伏***，包括功率电路和信号电路；所述功率电路为信号电路提供采样信号；所述信号电路根据采样信号输出开关管驱动信号驱动功率电路内的开关管；所述功率电路根据驱动的开关管能够控制待连光伏组件的关断与连通。本发明实现单个组件(或者两个组件串联)直接接入，每个输入接一个关断电路实现安全关断和优化功能。

Description

逆变器电路、逆变器、逆变器控制方法及光伏***
技术领域
本发明涉及光伏发电的技术领域，具体地，涉及一种逆变器电路、逆变器、逆变器控制方法及光伏***。
背景技术
随着人类工业的发展，化石能源的利用不断给环境带来各方面的压力，世界各国加快了对清洁新能源的开发利用，太阳能因具有清洁无害、分布广泛等特点，越来越受到人们的青睐。光伏发电也成为当今分布式新能源发电的热点。逆变器是把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成定频定压或调频调压交流电(一般为220V,50Hz正弦波)的转换器。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。
如图1所示的传统方案，光伏组件串联之后接到逆变器输入，输入经过BOOST升压达到母线需要的电压，之后经过H桥逆变器成交流电。
公开号为CN206850682U的中国实用新型专利文献公开了一种光伏逆变器电路，包括：第一、第二光伏组件PV1、PV2、第一、第二Buck电路、第一、第二反激电路、第三Buck电路和逆变器电路；所述第一Buck电路的输入与所述第一光伏组件PV1相连，所述第二Buck电路的输入与所述第二光伏组件PV2相连，两个Buck电路的输出相连且与所述第一反激电路和所述第二反激电路的输入相连；所述第一、第二反激电路的输出与所述逆变器电路相连；所述第三Buck电路的输入与反激变压器漏感吸收电容C1、C2相连，所述第三Buck电路的输出与所述第一、第二反激电路的输入Vin+相连。
针对上述中的现有技术，发明人认为传统方案在电网断开后，***还存在高压，无法保证人身安全。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种逆变器电路、逆变器、逆变器控制方法及光伏***。
根据本发明提供的一种逆变器电路，包括功率电路和信号电路；
所述功率电路为信号电路提供采样信号；
所述信号电路根据采样信号输出开关管驱动信号驱动功率电路内的开关管；
所述功率电路根据驱动的开关管能够控制待连光伏组件的关断与连通。
优选的，所述信号电路包括辅助电源单元和控制单元；
所述辅助电源单元连接待连电网，为控制单元提供电源；
所述控制单元对采样信号进行处理输出开关管驱动信号控制开关管。
优选的，所述功率电路包括开关电路和逆变电路；
所述开关电路的第一输入端能够连接待连光伏组件的第一输出端；
所述开关电路的第二输入端能够连接待连光伏组件的第二输出端；
首个所述开关电路的第一输出端连接所述逆变电路的第一输入端；
相邻所述开关电路的第一输出端和第二输出端相互连接；
末尾所述开关电路的第二输出端连接所述逆变电路的第二输入端；
所述逆变电路的第一输出端和第二输出端能够连接待连电网。
优选的，所述开关电路包括Buck电路；
所述Buck电路的第一输入端为所述开关电路的第二输入端；
所述Buck电路的第二输入端为所述开关电路的第一输入端；
所述Buck电路的第一输出端为所述开关电路的第二输出端；
所述Buck电路的第二输出端为所述开关电路的第一输出端。
优选的，所述Buck电路包括第四电容C4、第五电容C5、第七开关Q7、第八开关Q8和第三电感L3；
所述第四电容C4的一端为所述Buck电路的第一输入端，且所述第四电容C4的一端连接所述第八开关Q8的一端；
所述第八开关Q8的另一端分别连接所述第七开关Q7的一端和所述第三电感L3的一端；
所述第三电感L3的另一端连接所述第五电容C5的一端；
所述第五电容C5的一端为所述Buck电路的第一输出端；
所述第四电容C4的另一端为所述Buck电路的第二输入端，且所述第四电容C4的另一端连接所述第七开关Q7的另一端和所述第五电容C5的另一端；
所述第五电容C5的另一端为所述Buck电路的第二输出端。
优选的，所述逆变电路包括H桥电路；
所述H桥电路的第一输入端为所述逆变电路的第一输入端；
所述H桥电路的第二输入端为所述逆变电路的第二输入端；
所述H桥电路的第一输出端为所述逆变电路的第一输出端；
所述H桥电路的第一输出端为所述逆变电路的第二输出端。
根据本发明提供的一种逆变器，包括壳体和逆变器电路，所述逆变器电路设置在壳体中。
根据本发明提供的一种逆变器控制方法，包括如下步骤：
信号提供步骤：提供采样信号；
驱动步骤：根据采样信号输出开关管驱动信号驱动开关管；
开关控制步骤：根据驱动的开关管能够控制待连光伏组件的关断与连通。
优选的，所述开关管包括第七开关Q7和第八开关Q8。
根据本发明提供的一种光伏***，包括逆变器、电网和光伏组件；
所述光伏组件均连接逆变器；
所述逆变器连接电网。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明实现单个光伏组件(或者两个组件串联)直接接入，每个输入(光伏组件)接一个关断电路实现安全关断和优化功能；
2、本发明单个光伏组件接入到逆变器电路中，之后都经过一个Buck电路后串联起来接入BOOST电路，之后再经过逆变电路逆变，在电网断开后，保证各个光伏组件是断开的，***不存在高压，保证***的安全，而且由于每个光伏组件集成了一个Buck电路，在光伏组件有遮挡的情况下能实现最大功率跟踪，提高光伏***效率；
3、本发明光伏组件接入到逆变器电路中，之后都经过一个Buck电路后串联起来之后再经过逆变电路逆变，在电网断开后，保证各个光伏组件是断开的，***不存在高压，保证***的安全，而且由于每个组件集成了一个Buck电路，每个输入单元(光伏组件)都独自做最大功率跟踪，实现***的最大效率；
4、本发明通过信号电路对开关管进行驱动，有利于提高对待连光伏组件控制的准确性和便捷性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为传统方案的电路示意图；
图2为本发明实施例一的电路示意图；
图3为本发明实施例一的光伏***的结构图；
图4为本发明实施例二的电路示意图；
图5为本发明实施例三的电路示意图；
图6为本发明实施例四的电路示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明实施例一公开了一种逆变器电路，如图2所示，包括(一个或者多个)开关电路和逆变电路。开关电路和待连光伏组件对应设置，开关电路的第一输入端能够连接待连光伏组件的第一输出端；开关电路的第二输入端能够连接待连光伏组件的第二输出端。首个开关电路的第一输出端连接逆变电路的第一输入端；相邻开关电路的第一输出端和第二输出端相互连接；末尾开关电路的第二输出端连接逆变电路的第二输入端；逆变电路的第一输出端和第二输出端能够连接待连电网。待连光伏组件的第一输出端为输出正，待连光伏组件的第二输出端为输出负。
逆变电路包括第三电容C3、逆变单元和升压电路；第三电容C3的一端为逆变电路的第一输入端，且第三电容C3的一端连接升压电路的第一输入端；第三电容C3的另一端为逆变电路的第二输入端，且第三电容C3的另一端连接升压电路的第二输入端；升压电路的第一输出端连接逆变单元的第一输入端；升压电路的第二输出端连接逆变单元的第二输入端；逆变单元的第一输出端为逆变电路的第一输出端；逆变单元的第二输出端为逆变电路的第二输出端。
逆变单元包括H桥电路。H桥电路包括母线电容CBUS、第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4和第一电感L1。母线电容CBUS的一端为逆变单元的第一输入端，且母线电容CBUS的一端分别连接第一开关Q1的一端和第二开关Q2的一端。第一开关Q1的一端分别连接第一电感L1的一端和第三开关Q3的一端；第一电感L1的另一端为逆变单元的第一输出端。第二开关Q2的另一端为逆变单元的第二输出端，且第二开关Q2的另一端连接第四开关Q4的一端。母线电容CBUS的另一端为逆变单元的第二输入端，且母线电容CBUS的另一端分别连接第三开关Q3的另一端和第四开关Q4的另一端。
开关电路包括关断电路。关断电路包括第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1和第五开关Q5。第一电容C1的一端为开关电路的第一输入端，且第一电容C1的一端分别连接第一二极管D1的负极和第二电容C2的一端；第二电容C2的一端为开关电路的第一输出端；第一电容C1的另一端为开关电路的第二输入端，且第一电容C1的另一端连接第五开关Q5的一端；第五开关Q5的另一端分别连接第一二极管D1的正极和第二电容C2的另一端；第二电容C2的另一端为开关电路的第二输出端。
升压电路包括Boost电路。Boost电路中文名为升压斩波电路，英文名为BoostChopper。Boost电路包括第二电感L2、第二二极管D2和第六开关Q6。第二电感L2的一端为升压电路的第一输入端，第二电感L2的另一端分别连接第六开关Q6的一端和第二二极管D2的正极，第二二极管D2的负极为升压电路的第一输出端。第六开关Q6的另一端为升压电路的第二输入端和升压电路的第二输出端。
如图2所示，单个光伏组件PV接入到以上方案中，之后都经过一个关断电路后串联起来接入Boost电路，之后再经过H桥逆变，其优点在电网断开后，通过控制第五开关Q5使光伏组件断开，保证各个光伏组件是断开的，光伏***不存在高压，保证***的安全。电网断开时，能实现安全关断，保证***不存在高压风险。
第五开关Q5的位置不局限于放置在低端，也可以放置在第一电容C1的一端和第一二极管D1的负极之间，同样第二二极管D2也可以是开关管。后级逆变单元也不仅仅局限于H桥，也可以是H6拓扑、Heric拓扑或者三相拓扑结构。Heric英文全称为Highly EfficientReliable Inverter Concept，中文译文为非隔离光伏逆变器。
本发明实施例一还公开了一种逆变器，如图3所示，包括壳体和逆变器电路，逆变器电路设置在壳体中。壳体包括铝壳。
如图3所示，每个光伏组件单独接入到微型逆变器的输入侧，内部经过DC-DC电路(Boost电路)升压到逆变单元需要的电压，再经过H桥向电网输送功率。DC-DC中文译文为直流-直流转换器。DC英文全称为Direct Current，中文译文为直流电。AC英文全称为Alternating Current，中文译文为交流电。
本发明实施例一还公开了一种光伏***，如图3所示，包括逆变器、电网和(一个或者多个)光伏组件。光伏组件均连接逆变器；逆变器连接电网。
本发明实施例二还公开了一种逆变器电路，如图4所示，与实施例一的不同之处在于，开关电路包括Buck电路。Buck电路的第一输入端为开关电路的第一输入端。Buck电路的第二输入端为开关电路的第二输入端。Buck电路的第一输出端为开关电路的第一输出端。Buck电路的第二输出端为开关电路的第二输出端。
Buck电路包括第四电容C4、第五电容C5、第七开关Q7、第八开关Q8和第三电感L3。第四电容C4的一端为Buck电路的第一输入端，且第四电容C4的一端连接第八开关Q8的一端，第八开关Q8的另一端分别连接第七开关Q7的一端和第三电感L3的一端，第三电感L3的另一端连接第五电容C5的一端，且第五电容C5的一端为Buck电路的第一输出端。第四电容C4的另一端为Buck电路的第二输入端，且第四电容C4的另一端连接第七开关的另一端和第五电容C5的另一端。第五电容C5的另一端为Buck电路的第二输出端。
由于传统逆变器一个组串一个MPPT，无法解决遮挡造成***效率低的问题。如图4所示，单个光伏组件接入到以上方案中，之后都经过一个Buck电路后串联起来接入Boost电路，之后再经过H桥逆变，其优点：1、电网断开后，保证各个光伏组件是断开的，***不存在高压，保证***的安全；即电网断开后，通过断开第五开关管Q5的驱动电源以及CPU的电源实现第五开关管Q5没有驱动电压，实现输入及输出之间断开，实现各个输入之间是断开的。2、由于每个光伏组件集成了一个Buck电路，在组件有遮挡的情况下能实现最大功率跟踪，提高光伏***效率。MPPT英文全称为Maximum Power Point Tracking，中文译文为最大功率点跟踪。
第七开关Q7和第八开关Q8的位置不局限于放置在低端。电网断开时，能实现安全关断，保证***不存在高压风险；遮挡组件或者功率低的组件单独做MPPT，提高***的发电量。
本发明实施例三还公开了一种逆变器电路，如图5所示，与实施例二的不同之处在于，Buck电路的第二输入端为开关电路的第一输入端；Buck电路的第一输入端为开关电路的第二输入端；Buck电路的第二输出端为开关电路的第一输出端；Buck电路的第一输出端为开关电路的第二输出端。逆变电路包括第三电容C3和逆变单元；第三电容C3的一端为逆变电路的第一输入端，且第三电容C3的一端连接逆变单元的第一输入端；第三电容C3的另一端为逆变电路的第二输入端，且第三电容C3的另一端连接逆变单元的第二输入端；逆变单元的第一输出端为逆变电路的第一输出端；逆变单元的第一输出端为逆变电路的第二输出端。逆变单元包括H桥电路。
如图5所示，一个或多个光伏组件串联后接入到以上方案中，之后都经过一个Buck电路后串联起来之后再经过H桥逆变，其优点：1、电网断开后，保证各个光伏组件(输入)是断开的，***不存在高压，保证***的安全。电网断开后，通过断开第七开关管Q7和第八开关管Q8的驱动电源以及CPU的电源实现开关管Q5没有驱动电压，实现输入及输出之间断开，实现各个输入之间是断开的。2、由于每个组件集成了一个Buck电路(Buck电路反置)，每个输入单元都独自做最大功率跟踪，实现***的最大效率。电网断开时，能实现安全关断，保证***不存在高压风险；每个输入都单独做MPPT，***效率高。本发明实现单个组件(或者两个组件串联)直接接入，每个输入接一个关断电路或者Buck电路实现安全关断和优化功能。
本发明实施例四还公开了一种新型微型逆变器电路及其控制方法，如图6所示，与实施例三的不同之处在于，逆变电路包括H桥电路；H桥电路的第一输入端为逆变电路的第一输入端；H桥电路的第二输入端为逆变电路的第二输入端；H桥电路的第一输出端为逆变电路的第一输出端；H桥电路的第一输出端为逆变电路的第二输出端。
该新型微型逆变器电路还包括功率电路(开关电路和逆变电路)和信号电路，功率电路的输入为光伏组件，输出为电网。功率电路为信号电路提供采样信号；信号电路的控制单元通过信号分析和运算输出开关管驱动信号，驱动功率电路的各个开关管(第一开关Q1、第二开关Q2、第三开关Q3、第四开关Q4、第七开关Q7、第八开关Q8)。
逆变器电路包括功率电路和信号电路。功率电路包括1个或者多个开关电路和逆变电路。功率电路为信号电路提供采样信号；信号电路根据采样信号输出开关管驱动信号驱动功率电路内的开关管。功率电路根据驱动的开关管能够控制待连光伏组件的关断与连通。
信号电路包括辅助电源单元和控制单元；辅助电源单元连接待连电网，为控制单元提供电源；控制单元对采样信号进行处理输出开关管驱动信号控制开关管。
功率电路包括：第四电容C4(输入电容)、第八开关Q8(Buck开关管)、第七开关Q7(Buck开关管)、第三电感L3(滤波电感)、第五电容C5(输出电容)、母线电容CBUS(BUS电容)、第一开关管Q1(H桥开关管)、第二开关管Q2(H桥开关管)、第三开关管Q3(H桥开关管)、第四开关管Q4(H桥开关管)和第一电感L1(电网滤波电感)，其中：第四电容C4与光伏组件输入并联；第八开关Q8的一端与第四电容C4的负极相连，第八开关Q8的另一端与第三电感L3的一端相连，第三电感L3的另外一端与第五电容C5的负极相连，第五电容C5另外一端与第四电容C4的正极相连；所有Buck电路的第五电容C5串联之后与母线电容CBUS的两端相连，第一开关管Q1一端与母线电容CBUS正极相连，另外一端与第三开关管Q3的一端相连，第三开关管Q3的另外一端与母线电容CBUS的负极相连，第二开关管Q2一端与母线电容CBUS正极相连，另外一端与第四开关管Q4的一端相连，第四开关管Q4的另外一端与母线电容CBUS的负极相连，第一电感L1一端与第一开关管Q1及第三开关管Q3的交点相连，第一电感L1的另外一端与电网AC_L相连，电网AC_N与第二开关管Q2及第四开关管Q4的交点相连。
信号电路包括：辅助电源单元及控制单元，辅助电源单元输入为电网AC_L和电网AC_N；输出为控制单元提供电源；控制单元输入为AD采样信号，输出为功率电路开关管驱动信号。辅助电源采用反激隔离电路得到；控制单元采用TI DSP 28系列。
功率电路中各个输入(光伏组件)带一个Buck电路，Buck电路控制自身的输出电压，使其串联之后的电压在H桥启动电压以上，电压低于母线电容CBUS的耐压；控制单元检测到母线电容CBUS电压高于启动电压一定时间后，启动H桥逆变桥工作，控制单元控制母线电容CBUS电压在一定值，控制单元通过采集Buck电路的电压电流做最大功率追踪，保证最大功率的输出到母线电容CBUS上，经过H桥输出到电网；当电网断开后Buck电路的驱动及驱动电压都没有了，Buck电路的第八开关Q8、第七开关Q7都不工作，各个输入之间都是断开的，保证***的安全。
一种逆变器控制方法，包括如下步骤：信号提供步骤：提供采样信号；驱动步骤：根据采样信号输出开关管驱动信号驱动开关管；开关控制步骤：根据驱动的开关管能够控制待连光伏组件的关断与连通。开关管包括第七开关Q7和第八开关Q8。
通过采用1个或者多个Buck串联加H桥的结构，解决了电网断开后***高压问题，达到了保护人身安全的作用，同时每个输入都采用Buck结构，每个输入都能单独做最大功率追踪，解决了光伏组件阴影遮挡和功率适配所带来的发电量降低问题。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种逆变器电路，其特征在于，包括功率电路和信号电路；
所述功率电路为信号电路提供采样信号；
所述信号电路根据采样信号输出开关管驱动信号驱动功率电路内的开关管；
所述功率电路根据驱动的开关管能够控制待连光伏组件的关断与连通。
2.根据权利要求1所述的逆变器电路，其特征在于，所述信号电路包括辅助电源单元和控制单元；
所述辅助电源单元连接待连电网，为控制单元提供电源；
所述控制单元对采样信号进行处理输出开关管驱动信号控制开关管。
3.根据权利要求1所述的逆变器电路，其特征在于，所述功率电路包括开关电路和逆变电路；
所述开关电路的第一输入端能够连接待连光伏组件的第一输出端；
所述开关电路的第二输入端能够连接待连光伏组件的第二输出端；
首个所述开关电路的第一输出端连接所述逆变电路的第一输入端；
相邻所述开关电路的第一输出端和第二输出端相互连接；
末尾所述开关电路的第二输出端连接所述逆变电路的第二输入端；
所述逆变电路的第一输出端和第二输出端能够连接待连电网。
4.根据权利要求3所述的逆变器电路，其特征在于，所述开关电路包括Buck电路；
所述Buck电路的第一输入端为所述开关电路的第二输入端；
所述Buck电路的第二输入端为所述开关电路的第一输入端；
所述Buck电路的第一输出端为所述开关电路的第二输出端；
所述Buck电路的第二输出端为所述开关电路的第一输出端。
5.根据权利要求4所述的逆变器电路，其特征在于，所述Buck电路包括第四电容C4、第五电容C5、第七开关Q7、第八开关Q8和第三电感L3；
所述第四电容C4的一端为所述Buck电路的第一输入端，且所述第四电容C4的一端连接所述第八开关Q8的一端；
所述第八开关Q8的另一端分别连接所述第七开关Q7的一端和所述第三电感L3的一端；
所述第三电感L3的另一端连接所述第五电容C5的一端；
所述第五电容C5的一端为所述Buck电路的第一输出端；
所述第四电容C4的另一端为所述Buck电路的第二输入端，且所述第四电容C4的另一端连接所述第七开关Q7的另一端和所述第五电容C5的另一端；
所述第五电容C5的另一端为所述Buck电路的第二输出端。
6.根据权利要求3所述的逆变器电路，其特征在于，所述逆变电路包括H桥电路；
所述H桥电路的第一输入端为所述逆变电路的第一输入端；
所述H桥电路的第二输入端为所述逆变电路的第二输入端；
所述H桥电路的第一输出端为所述逆变电路的第一输出端；
所述H桥电路的第一输出端为所述逆变电路的第二输出端。
7.一种带有权利要求1-6任一所述的逆变器电路的逆变器，其特征在于，包括壳体和逆变器电路，所述逆变器电路设置在壳体中。
8.一种逆变器控制方法，其特征在于，应用权利要求1-6任一所述的逆变器，包括如下步骤：
信号提供步骤：提供采样信号；
驱动步骤：根据采样信号输出开关管驱动信号驱动开关管；
开关控制步骤：根据驱动的开关管能够控制待连光伏组件的关断与连通。
9.根据权利要求8所述的逆变器控制方法，其特征在于，所述开关管包括第七开关Q7和第八开关Q8。
10.一种带有权利要求7所述的逆变器的光伏***，其特征在于，包括逆变器、电网和光伏组件；
所述光伏组件均连接逆变器；
所述逆变器连接电网。
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