CN203278261U - 一种光伏发电***以及光伏逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光伏发电***以及逆变器，其中，光伏发电***包括：逆变器，第一电容，第一开关以及第二开关，其中，逆变器至少包括：开关元件、LC滤波电路以及控制器。在并网运行时，第一开关闭合，第二开关断开，形成逆变器的并网运行通道；在切换至独立逆变运行时，闭合第二开关，断开第一开关，形成独立逆变运行通道，在两个通道设置不同的电容以满足并网运行和独立逆变运行两种不同的要求，按照不同的模式更换不同的控制通道，使逆变器兼有独立逆变和并网发电功能，能够在并网运行时具有更高的效率，在独立逆变运行时具有更好的负载投切能力。且两种运行通道相对独立，降低了故障率。

Description

一种光伏发电***以及光伏逆变器

技术领域

本实用新型涉及光伏发电领域，更具体的说是涉及一种光伏发电***以及光伏逆变器。

背景技术

随着光伏产业的快速发展，光伏逆变器的行业竞争也在不断的加剧，拥有新功能的逆变器将取代单一逆变上网的光伏逆变器。其中，逆变器是一种由半导体器件组成的电力调整装置，主要用于将直流电转换为交流电。光伏逆变器是逆变器的一种，将光能转化为电能。

根据光伏逆变器在光伏发电***中的用途，可以分为并网运行的光伏逆变器和独立逆变运行的光伏逆变器。通常，逆变器在并网运行时，在满足电网的谐波指标、逆变器的高效的需求的前提下，需要采用较小的滤波电容。发明人发现，逆变器在独立逆变运行时，由于其开关频率较低，所述较小的滤波电容不能满足负载投切时的动态性能指标要求。

因此，如何提供一种既能实现并网运行，又能实现在独立逆变运行时满足负载投切时的动态性能指标要求的光伏逆变器，是业内亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种光伏逆变器以及光伏发电***，既能实现并网运行，又能实现在独立逆变运行时满足负载投切时的动态性能指标的要求。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种光伏发电***，包括：逆变器，所述逆变器至少包括：开关元件、LC滤波电路以及控制器，还包括：

第一电容；

串联在所述LC滤波电路与外接电网之间的，在所述逆变器并网运行时闭合、在所述逆变器独立逆变运行时断开的第一开关；

串联在所述第一电容与所述LC滤波电路之间的，在所述逆变器并网运行时断开、在所述逆变器独立逆变运行时闭合的第二开关。

优选的，所述第一开关和所述第二开关为互锁开关。

优选的，还包括：

串联在所述开关元件与外接太阳能电池板之间的，在所述逆变器在并网运行以及独立逆变运行时，均闭合的第三开关。

优选的，还包括：串联在所述控制器与外接太阳能电池板之间的，在所述控制器从直流取电时闭合、在所述控制器从交流取电时断开的第四开关；

串联在所述控制器与外接电网之间的，在所述控制器从交流取电时闭合、所述控制器从直流取电时断开的第五开关。

优选的，还包括：

串联在所述第一电容与负载之间的，在所述逆变器并网运行时断开、在所述逆变器独立逆变运行时闭合的第六开关。

优选的，还包括：太阳能电池板。

一种光伏逆变器，包括：开关元件以及LC滤波电路，还包括：

第一电容；

串联在所述LC滤波电路与外接电网之间的，在所述光伏逆变器并网运行时闭合、在所述光伏逆变器独立逆变运行时断开的第一开关；

串联在所述第一电容与所述LC滤波电路之间的，在所述光伏逆变器并网运行时断开、在所述光伏逆变器独立逆变运行时闭合的第二开关。

优选的，所述第一开关和所述第二开关为互锁开关。

优选的，还包括：

串联在所述开关元件与外接太阳能电池板之间的，在所述光伏逆变器在并网运行以及独立逆变运行时，均闭合的第三开关。

优选的，还包括：串联在所述控制器与外接太阳能电池板之间的，在所述控制器从直流取电时闭合、在所述控制器从交流取电时断开的第四开关；

串联在所述控制器与外接电网之间的，在所述控制器从交流取电时闭合、所述控制器从直流取电时断开的第五开关。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型提供了一种光伏发电***，包括：逆变器，第一电容，第一开关以及第二开关，其中，逆变器至少包括：开关元件、LC滤波电路以及控制器。在并网运行时，第一开关闭合，第二开关断开，形成逆变器的并网运行通道；在切换至独立逆变运行时，闭合第二开关，断开第一开关，形成独立逆变运行通道，在两个通道设置不同的电容以满足并网运行和独立逆变运行两种不同的要求，按照不同的模式更换不同的控制通道，使逆变器兼有独立逆变和并网发电功能，能够在并网运行时具有更高的效率，在独立逆变运行时具有更好的负载投切能力。且两种运行通道相对独立，降低了故障率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种光伏发电***的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种光伏逆变器的具体电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

请参阅图1，为本实用新型实施例提供的一种光伏发电***的结构示意图，包括：逆变器200，所述逆变器至少包括：开关元件101、LC滤波电路102以及控制器103，还包括：第一电容C1，第一开关S1以及第二开关S2。

其中，开关元件101通过LC滤波电路102与外接电网202相连接。第一开关S1串联在所述LC滤波电路102与外接电网202之间，在所述逆变器200并网运行时闭合、在所述逆变器200独立逆变运行时断开；第二开关S2串联在所述第一电容C1与所述LC滤波电路102之间，在所述逆变器200并网运行时断开、在所述逆变器200独立逆变运行时闭合。

在并网运行时，第一开关S1闭合，第二开关S2断开，形成逆变器200的并网运行通道；在切换至独立逆变运行时，闭合第二开关S2，断开第一开关S1，形成独立逆变运行通道。由于第二开关S2闭合时接入第一电容C1，即实现在两个通道设置不同的电容以满足并网运行和独立逆变运行两种不同的要求。在实际运行时，按照不同需求，通过切换不同的控制通道实现不同模式的切换，使逆变器兼有独立逆变和并网发电功能，能够在并网运行时具有更高的效率，在独立逆变运行时具有更好的负载投切能力。且两种运行通道相对独立，降低了故障率。

优选的，设置第一开关S1和第二开关S2为互锁开关。保证并网运行时，第一电容C1不接入电路。具体的，第一开关S1和所述第二开关S2可以为单刀双掷开关或继电器的常开和常闭开关，这里并不进行限定。

本实用新型还提供了一种更优的实现方式，具体为，在开关元件101与外接太阳能电池板201之间设置有第三开关S3，该第三开关S3在所述逆变器200在并网运行以及独立逆变运行时均闭合，在不需要逆变器工作时，可将第三开关S3断开，以断开逆变器200与外接太阳能电池板201，更加安全。

除此，发明人考虑到，逆变器在并网运行时，控制器104根据需要可以进行直流取电或交流取电，因此，本实施例还增设有第四开关S4和第五开关S5。其中，第四开关S4串联在控制器103与外接太阳能电池板201之间，第五开关S5串联在控制器103与外接电网202之间。

结合上述连接关系和附图1，不难看出，在控制器103需要直流取电时，闭合第四开关S4、断开第五开关S5；在需要交流取电时，闭合第五开关S5，断开第四开关S4。这里需要说明的是，在独立逆变运行时，控制器103只能进行直流取电，即此时闭合第四开关S4、断开第五开关S5。

现以在并网运行时，控制器103进行交流取电为例，对本实施例提供的光伏发电***的工作原理进行介绍:

在逆变器200工作在并网运行时，闭合第一开关S1、第三开关S3以及第五开关S5，断开第二开关S2以及第四开关S4，形成逆变器的并网运行通道，此时，控制器103从外接电网202取电，采样并网运行时的电网电压以及输出电流，进行并网运行控制。

在切换至独立逆变运行时，闭合第二开关S2、第三开关S3以及第四开关S4，断开第一开关S1、第五开关S5，形成独立逆变运行通道，此时，控制器103从太阳能电池板201取电，采样独立逆变运行状态下的输出电压和输出电流，进行独立逆变控制。

并且，本实施例中的光伏逆变***中的逆变器200在并网运行时，断开第一电容C1，在独立逆变运行时，接入第一电容C1，即实现在两个通道设置不同的电容，以满足并网运行和独立逆变运行两种不同的要求，按照不同的模式更换不同的控制通道，使逆变器兼有独立逆变和并网发电功能，且两种运行通道相对独立，降低了故障率。

除此，本实施例提供的光伏发电***还包括：第六开关S6，其串联在所述第一电容C1与负载之间，在逆变器并网运行时断开、在逆变器独立逆变运行时闭合。实现在独立逆变运行时，满足负载投切时的动态性能指标的要求。

优选的，本实施例提供的光伏发电***还可以包括太阳能电池板201。

实施例二

本实用新型还提供了一种新型光伏逆变器，包括：开关元件以及LC滤波电路，还包括：第一电容、第一开关以及第二开关。

其中，第一开关串联在所述LC滤波电路与外接电网之间，在所述光伏逆变器并网运行时闭合、在所述光伏逆变器独立逆变运行时断开。第二开关串联在所述第一电容与所述LC滤波电路之间，在所述光伏逆变器并网运行时断开、在所述光伏逆变器独立逆变运行时闭合。

其中，所述第一开关和所述第二开关可以为互锁开关。保证并网运行时，第一电容不接入电路。具体的，第一开关和所述第二开关可以为单刀双掷开关或继电器的常开和常闭开关，这里并不进行限定。

除此，本实施例二中的光伏逆变器还包括：串联在所述开关元件与外接太阳能电池板之间的，在所述光伏逆变器在并网运行以及独立逆变运行时，均闭合的第三开关。

优选的，还包括：串联在所述控制器与外接太阳能电池板之间的，在所述控制器从直流取电时闭合、在所述控制器从交流取电时断开的第四开关以及串联在所述控制器与外接电网之间的，在所述控制器从交流取电时闭合、所述控制器从直流取电时断开的第五开关。

这里需要说明的是，其中，第三开关、第四开关以及第五开关的作用和实施例一中的作用相同，再次不再详述。

本实施例还提供了一种光伏逆变器的具体电路图，如图2所示，在并网运行时，断开开关S21、S31（此时，S21对应上述实施例中的第二开关S2，S31对应上述实施例中的第六开关S6），使负载和用于独立逆变运行时接入的电容C1脱离外接电网，断开开关S22、S23、S24、S25，合上S11、S12、S13（S11对应上述第一开关S1），这里需要说明的是，开关的种类可以为实体的开关，也可以为数字处理器的不同控制端，再此并不详述。

此时，控制器采样获取太阳能电池板输出的直流母线电压udc、直流电流idc，并根据最大功率跟踪点算法计算出当前最大功率点时的直流母线电压udcr。当前的直流母线电压udc与udcr做差计算，得到直流母线电压需要的变换量Δudc。将该变换量Δudc经过PI控制器输出有功指令电流指令id*。

当Δudc>0时，说明需要降低当前的母线电压，通过控制器，增大输出有功电流的方法，拉低直流母线电压；反之，当Δudc<0时,说明需要抬升当前的母线电压，通过控制器，减少输出有功电流的方法，相应地使直流母线电压上升。

根据无功调度的需求，设置无功指令电流iq*。采样逆变器输出的三相交流电流信号ia、ib、ic，经Clark、Park坐标变换得到实际电流的有功分量id和无功分量iq分别和有功指令电流id*无功指令电流iq*做差计算，得到有功电流偏差Δid和无功指令电流偏差Δiq，经过PI控制器，得到有功电流控制量ucd和无功控制量ucq。

在光伏逆变器从并网运行切换至独立逆变运行时，为避免冲击先合上S21，连接上第一电容C1，断开S11、S12、S13，合上S22、S23、S24、S25，打开独立逆变运行通道，此时，控制器切换到独立逆变运行模式。

本实施例中，逆变器运行到独立逆变运行模式采用电感电流内环、电容电压外环的双闭环d-q解耦控制策略。且定义有功给定ud*为相电压峰值，无功给定为uq*为0。

采样逆变器输出电容电压信号ua1、ub1、uc1，经过d-q变换，得到有功电压反馈无功电压反馈

分别和它们相应的给定作差，偏差经过PI控制器得到有功参考电流idf*、无功参考电流iqf*。采样逆变器电感输出三相交流电流信号ia、ib、ic，经过d-q变换得到有功电流反馈id、无功电流反馈iq。有功参考电流idf*减去有功电流反馈id的偏差经过PI控制器得控制量ud1*，无功参考电流iqf*减去无功电流反馈iq的偏差经过PI控制器得控制量uq1*。

这里需要说明的是，电流环输出的相关控制量通过SVPWM发生器产生PWM波控制逆变器的开关元件工作，输出交流电。

综上，本实用新型提供了一种光伏逆变器以及光伏发电***，包括：逆变器，第一电容，第一开关以及第二开关，其中，逆变器至少包括：开关元件、LC滤波电路以及控制器。在并网运行时，第一开关闭合，第二开关断开，形成逆变器的并网运行通道；在切换至独立逆变运行时，闭合第二开关，断开第一开关，形成独立逆变运行通道，在两个通道设置不同的电容以满足并网运行和独立逆变运行两种不同的要求，按照不同的模式更换不同的控制通道，使逆变器兼有独立逆变和并网发电功能，能够在并网运行时具有更高的效率，在独立逆变运行时具有更好的负载投切能力。且两种运行通道相对独立，降低了故障率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例提供的装置而言，由于其与实施例提供的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所提供的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所提供的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种光伏发电***，包括：逆变器，所述逆变器至少包括：开关元件、LC滤波电路以及控制器，其特征在于，还包括： 

第一电容； 

串联在所述LC滤波电路与外接电网之间的，在所述逆变器并网运行时闭合、在所述逆变器独立逆变运行时断开的第一开关； 

串联在所述第一电容与所述LC滤波电路之间的，在所述逆变器并网运行时断开、在所述逆变器独立逆变运行时闭合的第二开关。 

2.根据权利要求1所述的光伏发电***，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关为互锁开关。 

3.根据权利要求1所述的光伏发电***，其特征在于，还包括： 

串联在所述开关元件与外接太阳能电池板之间的，在所述逆变器在并网运行以及独立逆变运行时，均闭合的第三开关。 

4.根据权利要求1所述的光伏发电***，其特征在于，还包括：串联在所述控制器与外接太阳能电池板之间的，在所述控制器从直流取电时闭合、在所述控制器从交流取电时断开的第四开关； 

串联在所述控制器与外接电网之间的，在所述控制器从交流取电时闭合、所述控制器从直流取电时断开的第五开关。 

5.根据权利要求1所述的光伏发电***，其特征在于，还包括： 

串联在所述第一电容与负载之间的，在所述逆变器并网运行时断开、在所述逆变器独立逆变运行时闭合的第六开关。 

6.根据权利要求1所述的光伏发电***，其特征在于，还包括：太阳能电池板。 

7.一种光伏逆变器，包括：开关元件以及LC滤波电路，其特征在于，还包括： 

第一电容； 

串联在所述LC滤波电路与外接电网之间的，在所述光伏逆变器并网运行时闭合、在所述光伏逆变器独立逆变运行时断开的第一开关； 

串联在所述第一电容与所述LC滤波电路之间的，在所述光伏逆变器并网运行时断开、在所述光伏逆变器独立逆变运行时闭合的第二开关。 

8.根据权利要求7所述的光伏逆变器，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关为互锁开关。 

9.根据权利要求7所述的光伏逆变器，其特征在于，还包括： 

串联在所述开关元件与外接太阳能电池板之间的，在所述光伏逆变器在并网运行以及独立逆变运行时，均闭合的第三开关。 

10.根据权利要求7所述的光伏逆变器，其特征在于，还包括： 

串联在控制器与外接太阳能电池板之间的，在所述控制器从直流取电时闭合、在所述控制器从交流取电时断开的第四开关； 

串联在所述控制器与外接电网之间的，在所述控制器从交流取电时闭合、所述控制器从直流取电时断开的第五开关。 

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