CN210609056U - 光伏逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种光伏逆变器。该光伏逆变器包括：直流输入端、直流滤波电路、第一开关、直流变换电路、逆变电路、控制器和交流输出端；直流输入端和逆变电路之间依次连接有直流滤波电路和直流变换电路，逆变电路连接交流输出端；每个直流变换电路与对应的直流输入端连接的支路上均串联有一个第一开关；控制器与第一开关、直流变换电路和逆变电路电连接，控制器用于控制直流变换电路和逆变电路工作，并控制第一开关闭合或关断以连接或断开直流输入端和直流变换电路。本实用新型实施例的技术方案，实现了自动检测并控制光伏逆变器的工作状态，在光伏逆变器发生故障时，及时断开直流输入端的光伏电池板与直流变换电路的连接。

Description

光伏逆变器

技术领域

本实用新型实施例涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏逆变器。

背景技术

光伏逆变器广泛应用于光伏发电，可以将光伏电池板输出的直流电转换为交流电并输出至电网或进行存储。

现有的光伏逆变器当检测到线路出现问题，例如直流侧存在拉弧故障或过流故障时，会立即封锁脉冲宽度调制(Pulse width modulation，PWM)波，以关断直流电路中的开关管，同时断开直流侧与交流侧的连接，从而实现保护。然而光伏逆变器的直流侧电路仍然与光伏电池板连接，存在安全隐患，会造成光伏逆变器短路，损坏光伏电池板和线缆等。

现有技术中还通过在光伏逆变器的每路直流变换电路的正极输入端和负极输入端上分别串联手动机械开关来控制直流侧电路与光伏电池板连接，当光伏逆变器包括多路直流变换电路时，线路中的开关过多，且均需要人工控制，难以在线路出现故障时及时保护电路，增加了光伏逆变器设计复杂程度的同时又浪费了人力成本。

实用新型内容

本实用新型提供一种光伏逆变器，以自动检测并控制光伏逆变器的工作状态，在光伏逆变器发生故障时，及时断开直流输入端的光伏电池板与直流变换电路的连接，简化光伏逆变器的电路设计。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种光伏逆变器，包括：直流输入端、直流滤波电路、第一开关、直流变换电路、逆变电路、控制器和交流输出端；

所述直流输入端和所述逆变电路之间依次连接有所述直流滤波电路和所述直流变换电路，所述逆变电路连接所述交流输出端；

所述直流输入端和所述直流变换电路的个数均为多个，每个所述直流变换电路与对应的所述直流输入端连接的支路上均串联有一个所述第一开关；

所述控制器与所述第一开关、所述直流变换电路和所述逆变电路电连接，所述控制器用于控制所述直流变换电路和所述逆变电路工作，并控制所述第一开关闭合或关断以连接或断开所述直流输入端和所述直流变换电路。

可选地，所述第一开关为继电器或接触器。

可选地，所述直流变换电路为直流升压电路、直流降压电路或直流升降压电路。

可选地，所述直流变换电路包括一个直流变换子电路，或至少两个并联的直流变换子电路。

可选地，所述直流输入端包括正极输入端和负极输入端，所述直流变换电路包括一个直流变换子电路时，所述第一开关串联在所述正极输入端和所述直流变换子电路之间，或所述第一开关串联在所述负极输入端和所述直流变换子电路之间。

可选地，至少两个所述直流变换子电路共正极或共负极并联，所述第一开关串联在所述直流输入端和所述共正极之间，或所述第一开关串联在所述直流输入端和所述共负极之间。

可选地，所述直流变换子电路包括：第一电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第一电容；

所述第一电感的第一端与所述第一开关管的第一端电连接，所述第一电感的第二端与所述第二开关管的第一端、所述第三开关管的第一端电连接，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第二端、所述逆变电路电连接，所述第三开关管的第二端与所述逆变电路电连接，所述第三开关管的控制端与所述控制器电连接，所述第一电容的第一端与所述第二开关管的第二端电连接，所述第一电容的第二端与所述第三开关管的第二端电连接，所述第一电容与所述逆变电路电连接，所述第一电感的第一端或所述第三开关管的第二端与所述第一开关电连接。

可选地，所述直流变换子电路还包括第二电容，所述第二电容的第一端与所述第二开关管的第二端和所述第一电容的第一端电连接，所述第二电容的第二端与所述第三开关管的第二端和所述第一电容的第二端电连接。

可选地，所述直流输入端和所述直流变换电路之间，或所述直流变换电路与交流输出端之间设置有软启动电路。

可选地，所述软启动电路包括第一电阻，所述第一电阻串联与所述第一开关串联在所述直流输入端和所述直流变换电路连接的支路上。

本实用新型实施例提供了一种光伏逆变器，包括直流输入端、直流滤波电路、第一开关、直流变换电路、逆变电路、控制器和交流输出端，通过控制器控制直流变换电路和逆变电路的工作状态，通过控制器控制第一开关闭合以连接直流输入端和直流变换电路，或控制第一开关关断以断开直流输入端和直流变换电路，缓解了现有光伏逆变器故障运行时直流侧电路仍然与光伏电池板连接存在安全隐患，造成光伏逆变器损坏的技术问题，实现了自动检测并控制光伏逆变器的工作状态，在光伏逆变器发生故障时，及时断开直流输入端的光伏电池板与直流变换电路的连接。并且本实施例的技术方案结构简单，不仅能够实现自动控制，节约了人力成本，而且降低了制造成本。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种光伏逆变器的模块结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种光伏逆变器的模块结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种光伏逆变器的电路结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的另一种光伏逆变器的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1是本实用新型实施例提供的一种光伏逆变器的模块结构示意图。如图1所示，该光伏逆变器6包括：直流输入端A1、直流滤波电路1、第一开关2、直流变换电路3、逆变电路4、控制器5和交流输出端A2；

直流输入端A1和逆变电路4之间依次连接有直流滤波电路1和直流变换电路3，逆变电路4连接交流输出端A2；

直流输入端A1和直流变换电路3的个数均为多个，每个直流变换电路3与对应的直流输入端A1连接的支路上均串联有一个第一开关2；

控制器5与第一开关2、直流变换电路3和逆变电路4电连接，控制器5用于控制直流变换电路3和逆变电路4工作，并控制第一开关2闭合或关断以连接或断开直流输入端A1和直流变换电路3。

具体地，直流输入端A1可接入光伏电池板，为该光伏逆变器6提供直流电源，直流滤波电路1可以滤除光伏电池板输出电压中的纹波，保留光伏电池板输出的直流电并输出至直流变换电路3，直流变换电路3可以将光伏电池板输出的直流电转换成满足光伏逆变器6的输出电能需求的直流电并输出至逆变电路4，逆变电路4可将直流变换电路3输出的直流电转换为满足输出需求的交流电，通过交流输出端A2输出至电网或进行存储。

控制器5可用于控制直流变换电路3和逆变电路4的工作模式，例如，可控制直流变换电路3和逆变电路4输出电压的周期和频率等，控制器5还可以控制第一开关2闭合，以使直流输入端A1和直流变换电路3保持连接，或控制第一开关2关断，以使直流输入端A1和直流变换电路3断开连接。

该光伏逆变器6可应用于光伏发电，将光伏电池板输出的直流电转换为满足需求的交流电，并且能够保护光伏发电***，示例性地，该光伏逆变器6的工作原理为：光伏逆变器6通过直流输入端A1接入光伏电池板后，控制器5可以不断对光伏逆变器6中各支路上的电压和电流进行采样，以实时监测光伏逆变器6的工作状态，若控制器5检测到直流输入端A1至直流变换电路3之间的电路出现例如拉弧、过流或短路等故障情况，可以立即控制第一开关2关断，以断开直流侧的直流变换电路3与光伏电池板的连接，以防上述故障引起光伏电池板与光伏逆变器6内部电路和线缆损坏，产生安全隐患；若控制器5检测到光伏逆变器6电路运行正常，则保持第一开关2处于闭合状态，以确保光伏逆变器6正常工作。

图1仅示出了该光伏逆变器6包括两个直流变换电路3的情况，如图1所示，直流变换电路3的个数为两个时，每个直流变换电路3与直流输入端A1连接的支路上均串联有第一开关2。实际应用时，可以结合具体情况对直流变换电路3的个数进行选择，并设置相应的直流输入端A1、直流滤波电路1和第一开关2，本实用新型实施例对此不进行限制。

示例性地，当该光伏逆变器6接入多组光伏电池板时，光伏逆变器6可以对应设置多个直流输入端A1，每个直流输入端A1的一侧接入对应的光伏电池板，另一侧依次连接直流滤波电路1、第一开关2和直流变换电路3，每个直流变换电路3的输出端均与逆变电路4电连接，这样能够在光伏电池板数目较多时，通过多路直流变换电路3分别进行直流电的转换，并且在每个直流变换电路3与对应的直流输入端A1之间均设置第一开关2，当故障发生时，能够通过控制器5分别控制每个第一开关2关断，使故障支路的直流变换电路3与对应的直流输入端A1断开连接，避免引起的安全隐患。

本实用新型实施例提供的光伏逆变器，包括直流输入端、直流滤波电路、第一开关、直流变换电路、逆变电路、控制器和交流输出端，通过控制器控制直流变换电路和逆变电路的工作状态，通过控制器控制第一开关闭合以连接直流输入端和直流变换电路，或控制第一开关关断以断开直流输入端和直流变换电路，缓解了现有光伏逆变器故障运行时直流侧电路仍然与光伏电池板连接存在安全隐患，造成光伏逆变器损坏的技术问题，实现了自动检测并控制光伏逆变器的工作状态，在光伏逆变器发生故障时，及时断开直流输入端的光伏电池板与直流变换电路的连接。并且本实施例的技术方案结构简单，不仅能够实现自动控制，节约了人力成本，而且降低了制造成本。

参考图1，可选地，在上述技术方案的基础上，可以设置第一开关2为继电器或接触器。示例性地，当第一开关2为继电器或接触器时，控制器5可以控制该继电器或接触器当检测到继电器或接触器所在支路电流大于预设值存在过流故障隐患时，控制继电器或接触器的触点断开，以断开直流输入端A1与直流变换电路3的连接。

如图1所示，可选地，在上述技术方案的基础上，可以设置直流变换电路3为直流升压电路、直流降压电路或直流升降压电路。具体地，可以结合该光伏逆变器6的直流输入端A1接入的光伏电池板的输出电压以及交流输出端A2的输出电压的具体数值，确定直流变换电路3用于升压或降压，进而设置直流变换电路3为直流升压电路、直流降压电路或直流升降压电路。

示例性地，直流升压电路可以是开关直流升压电路，例如boost升压电路，直流降压电路可以是buck降压电路，直流升降压电路可以是buck-boost电路，可以通过控制器5控制直流升压电路中的开关管导通或关断来控制电感或电容储存或释放能量，从而使直流变换电路3的输出电压比输入电压低或高。

图2是本实用新型实施例提供的另一种光伏逆变器的模块结构示意图；图3是本实用新型实施例提供的一种光伏逆变器的电路结构示意图；图4是本实用新型实施例提供的另一种光伏逆变器的电路结构示意图。参考图2-4，可选地，在上述技术方案的基础上，可以设置直流变换电路3包括一个直流变换子电路31，或至少两个并联的直流变换子电路31。示例性地，可以结合光伏逆变器6的输入电源的大小，以及直流变换电路3的内部结构及其输出电压的大小，设置直流变换电路3包括一个直流变换子电路31(参见图2)或多个互相并联的直流变换子电路31(参见图3-4)，其中，直流变换子电路31可以是boost升压电路、buck降压电路或buck-boost电路。

可选地，参考图2，在上述技术方案的基础上，可以设置直流输入端A1包括正极输入端A11和负极输入端A12，直流变换电路3包括一个直流变换子电路31时，第一开关2串联在正极输入端A11和直流变换子电路31之间，或第一开关2串联在负极输入端A12和直流变换子电路31之间。

图2示出了第一开关2串联在负极输入端A12和直流变换子电路31之间的情况，示例性地，正极输入端A11和负极输入端A12分别连接光伏电池板7的电源正极和电源负极，可以仅通过设置一个第一开关2即可实现在电路发生故障时自动断开光伏电池板7与直流变换电路3的连接。

如图3-4所示，光伏逆变器6可接入多个光伏电池板7，相应地，光伏逆变器6可包括多个正极输入端A11和负极输入端A12，分别用于接入对应的光伏电池板7的电源正极和电源负极，直流滤波电路1可包括滤波电容C1，光伏电池板7输出的直流电，通过直流接口电路8，经滤波电容C1滤除纹波成分后输入直流变换电路3进行直流转换，然后通过逆变电路4转换为电网或储能所需的交流电，通过交流输出电路9输出，图3-4以光伏逆变器6输出三相交流电为例，相应设置了交流输出端A21、A22和A23用于输出电能至电网或储能等应用场合。

可选地，参考图3-4，在上述技术方案的基础上，还可以设置直流变换电路3包括至少两个并联的直流变换子电路31，至少两个直流变换子电路31共正极或共负极并联，第一开关2串联在直流输入端A1和共正极之间，或第一开关2串联在直流输入端A1和共负极之间。

图3示出了直流变换电路3包括两个共负极并联的直流变换子电路31的情况，示例性地，如图3所示，以第一开关2是继电器K1为例，继电器K1可以设置在直流输入端A1和两个直流变换子电路31的共负极之间，这样能够仅通过一个继电器K1同时控制多路直流变换子电路31与直流输入端A1连接或断开，结构简单，便于控制，降低了成本。

示例性地，图4示出了直流变换电路3包括两个共正极并联的直流变换子电路31的情况，如图4所示，继电器K1可以设置在直流输入端A1和两个直流变换子电路31的共正极之间，这样能够仅通过一个继电器K1同时控制多路直流变换子电路31与直流输入端A1连接或断开。

需要说明的是，图3-4仅示出了直流变换电路3包括两个并联的直流变换子电路31的情况，实际应用时，直流变换电路3可以包括多个共正极或共负极并联的直流变换子电路31，保证第一开关2设置在直流输入端A1于多个直流变换子电路31的共正极或共负极之间即可。

可选地，参考图3，在上述技术方案的基础上，可以设置直流变换子电路31包括：第一电感L1、第一开关管D1、第二开关管D2、第三开关管Q1和第一电容C2；

第一电感L1的第一端h1与第一开关管D1的第一端e1电连接，第一电感L1的第二端h2与第二开关管D2的第一端f1、第三开关管Q1的第一端g1电连接，第一开关管D1的第二端e2与第二开关管D2的第二端f2、逆变电路4电连接，第三开关管Q1的第二端g2与逆变电路4电连接，第三开关管Q1的控制端g3与控制器5电连接，第一电容C2的第一端i1与第二开关管的第二端f2电连接，第一电容C2的第二端i2与第三开关管的第二端g2电连接，第一电容C2与逆变电路4电连接，第一电感L1的第一端h1或第三开关管Q1的第二端g2与第一开关2电连接。

示例性地，该直流变换子电路31的工作原理为：控制器5控制第三开关管Q1周期性地闭合或关断，第三开关管Q1闭合时，光伏电池板7输入的直流电压能够为第一电感L1充电，使第一电感L1上的电流以一定的比率线性的增加，该比率与第一电感L1的参数相关，随着第一电感L1的电流增加，第一电感L1储存了电能，同时为逆变电路4提供直流电源；第三开关管Q1关断时，由于第一电感L1的电流不能突变，第一电感L1通过第二开关管D2缓慢释放电能，存储在第一电容C2中，第一电容C2两端电压升高，并高于直流变换子电路31的输入电压，同时继续为逆变电路4提供直流电源，这样通过控制器5控制第三开关管Q1周期性地闭合或关断，以使直流变换子电路31能够持续输出电能，且直流变换子电路31的输出电压大于输入电压。

其中，第一开关管D1和第二开关管D2可用于保持直流变换子电路31中相应支路的电流正向导通，防止直流变换子电路31与直流输入端A1断开连接时，第一电容C2通过直流变换子电路31反向导通放电，第三开关管D3可用于保护第三开关管Q1。

如图3所示，直流变换子电路31共负极并联时，第三开关管Q1的第二端g2可以是两个直流变换子电路31的共负极，则可设置第一开关2与直流输入端A1和第三开关管Q1的第二端g2电连接，通过控制器5控制继电器K1闭合或关断，即可连接或断开两个直流变换子电路31与直流输入端A1。若直流变换子电路31共正极并联，第一电感L1的第一端h1可以是两个直流变换子电路31的共正极，则可设置第一开关2与直流输入端A1和第一电感L1的第一端h1电连接。

可选地，参考图3，在上述技术方案的基础上，还可以设置直流变换子电路31包括第二电容C3，第二电容C3的第一端j1与第二开关管D2的第二端f2和第一电容C2的第一端i1电连接，第二电容C3的第二端j2与第三开关管Q1的第二端g2和第一电容C2的第二端i2电连接。示例性地，如图3所示，直流变换子电路31中的直流电，可经过第二电容C3进行滤波处理后再输入第一电容C2进行存储，以滤除直流变换子电路31中电压的纹波成分。

如图3-4所示，可选地，在上述技术方案的基础上，可以设置继电器K1的默认状态为闭合状态，当控制器5检测到光伏逆变器6出现故障时，通过控制器5控制继电器K1处于关断状态，以断开光伏电池板7与直流变换电路3的连接。

可选地，在上述技术方案的基础上，也可以设置继电器K1的默认状态为关断状态，当控制器5检测到光伏逆变器6开始工作时，控制继电器K1处于闭合状态，若检测到光伏逆变器6出现故障，则通过控制器5控制继电器K1处于关断状态，以断开光伏电池板7与直流变换电路3的连接。

如图3所示，可选地，在上述技术方案的基础上，当继电器K1的默认状态为关断状态时，可以在直流输入端A1和直流变换电路3之间，或直流变换电路3与交流输出端A2之间设置软启动电路。示例性地，由于继电器K1的默认状态为关断状态，当光伏逆变器6启动开始工作时，需要控制继电器K1闭合，软启动电路的设置能够降低继电器K1闭合时带来的冲击电流。

可选地，如图3所示，在上述技术方案的基础上，可以设置软启动电路包括第一电阻R1，第一电阻R1串联与第一开关2串联在直流输入端A1和直流变换电路3连接的支路上。具体地，第一电阻R1可以是限流电阻，用于减小继电器K1闭合时带来的冲击电流，防止光伏逆变器6中的电路损坏。

可选地，在上述技术方案的基础上，也可以设置软启动电路包括第一电阻R1，第一电阻R1与继电器K1并联，这样第一电阻R1能够分担继电器K1闭合时带来的一部分冲击电流，防止光伏逆变器6中的电路损坏。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种光伏逆变器，其特征在于，包括：直流输入端、直流滤波电路、第一开关、直流变换电路、逆变电路、控制器和交流输出端；

所述直流输入端和所述逆变电路之间依次连接有所述直流滤波电路和所述直流变换电路，所述逆变电路连接所述交流输出端；

所述直流输入端和所述直流变换电路的个数均为多个，每个所述直流变换电路与对应的所述直流输入端连接的支路上均串联有一个所述第一开关；

所述控制器与所述第一开关、所述直流变换电路和所述逆变电路电连接，所述控制器用于控制所述直流变换电路和所述逆变电路工作，并控制所述第一开关闭合或关断以连接或断开所述直流输入端和所述直流变换电路。

2.根据权利要求1所述的光伏逆变器，其特征在于，所述第一开关为继电器或接触器。

3.根据权利要求1所述的光伏逆变器，其特征在于，所述直流变换电路为直流升压电路、直流降压电路或直流升降压电路。

4.根据权利要求1所述的光伏逆变器，其特征在于，所述直流变换电路包括一个直流变换子电路，或至少两个并联的直流变换子电路。

5.根据权利要求4所述的光伏逆变器，其特征在于，所述直流输入端包括正极输入端和负极输入端，所述直流变换电路包括一个直流变换子电路时，所述第一开关串联在所述正极输入端和所述直流变换子电路之间，或所述第一开关串联在所述负极输入端和所述直流变换子电路之间。

6.根据权利要求4所述的光伏逆变器，其特征在于，至少两个所述直流变换子电路共正极或共负极并联，所述第一开关串联在所述直流输入端和所述共正极之间，或所述第一开关串联在所述直流输入端和所述共负极之间。

7.根据权利要求6所述的光伏逆变器，其特征在于，所述直流变换子电路包括：第一电感、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第一电容；

所述第一电感的第一端与所述第一开关管的第一端电连接，所述第一电感的第二端与所述第二开关管的第一端、所述第三开关管的第一端电连接，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第二端、所述逆变电路电连接，所述第三开关管的第二端与所述逆变电路电连接，所述第三开关管的控制端与所述控制器电连接，所述第一电容的第一端与所述第二开关管的第二端电连接，所述第一电容的第二端与所述第三开关管的第二端电连接，所述第一电容与所述逆变电路电连接，所述第一电感的第一端或所述第三开关管的第二端与所述第一开关电连接。

8.根据权利要求7所述的光伏逆变器，其特征在于，所述直流变换子电路还包括第二电容，所述第二电容的第一端与所述第二开关管的第二端和所述第一电容的第一端电连接，所述第二电容的第二端与所述第三开关管的第二端和所述第一电容的第二端电连接。

9.根据权利要求1所述的光伏逆变器，其特征在于，所述直流输入端和所述直流变换电路之间，或所述直流变换电路与交流输出端之间设置有软启动电路。

10.根据权利要求9所述的光伏逆变器，其特征在于，所述软启动电路包括第一电阻，所述第一电阻串联与所述第一开关串联在所述直流输入端和所述直流变换电路连接的支路上。

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