專利名稱：具有開機(jī)點(diǎn)測(cè)試功能的太陽能并網(wǎng)逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及太陽能并網(wǎng)逆變器，或其他輸入源為太陽能電池板的儲(chǔ)能變換設(shè) 備等，具體地說是一種具有開機(jī)點(diǎn)測(cè)試功能的太陽能并網(wǎng)逆變器。
背景技術(shù)：
太陽能并網(wǎng)逆變器的功能是將太陽能電池板發(fā)出的直流電流逆變轉(zhuǎn)化為與公共 電網(wǎng)同頻同相的交流電力，饋送到電網(wǎng)中。由于太陽自然光照特性限制，太陽能電池板每天需要經(jīng)歷夜晚無光照/無輸出電 壓_白天關(guān)照逐步增強(qiáng)/輸出電壓和功率逐步增大_中午達(dá)到峰值功率_傍晚光照減弱/ 輸出電壓和功率逐步降低的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程。由于太陽能電池板的特性，在此過程中，太 陽能電池板的輸出電壓和輸出功率并不成正比，也就是說，不能根據(jù)太陽能電池板的輸出 電壓值來推測(cè)其輸出功率能力的大小。如

圖1所示，當(dāng)光強(qiáng)降低時(shí)，太陽能電池板的輸出最 大功率和電流均近似線性下降，而電池板的空載輸出電壓卻降低不多(該電壓更多地與環(huán) 境溫度相關(guān))。太陽能電池板在從晚上向白天過渡的時(shí)候，在微弱的光照下可以輸出較高 的電壓，但是可輸出功率可能比較小。而對(duì)于逆變器來說，一旦啟動(dòng)并網(wǎng)工作，功率變換電 路和濾波電路將產(chǎn)生損耗，即使輸出功率為零，該損耗值也將保持相當(dāng)?shù)乃?。逆變器輸?功率為零時(shí)的工作損耗即空載功耗，其大小由逆變器功率器件，工作頻率，濾波電路，控制 電路等參數(shù)決定，對(duì)于中小功率等級(jí)的逆變器，其空載功耗一般在幾十W到幾百W之間。如 果設(shè)置開機(jī)條件過早，在太陽能電池輸出功率不足的時(shí)候開機(jī)，逆變器的自身變換消耗功 率大于從電池板可得到的最大輸入功率(該最大功率通過逆變器最大功率跟蹤控制，也即 MPPT來實(shí)現(xiàn))，將反而消耗電網(wǎng)能量，達(dá)不到發(fā)電的目的；如果設(shè)置啟動(dòng)點(diǎn)過晚，又不能充 分利用電池板的輸出能量，損失可發(fā)電功率。因此，如何準(zhǔn)確判斷電池板的輸出功率能力，根據(jù)其輸出功率能力及時(shí)啟動(dòng)逆變 器并網(wǎng)工作，以充分利用弱光下的太陽能電力，是逆變器需要解決的問題。針對(duì)上述問題，現(xiàn)有的技術(shù)方案有以下兩種1)僅根據(jù)電池板的輸出電壓(即圖2中的PV+，PV_之間電壓)來判斷開機(jī)點(diǎn)，當(dāng) 逆變器檢測(cè)到輸入電壓達(dá)到最低工作電壓(或最低工作電壓+—定值)后，控制逆變器開 機(jī)。如合肥陽光電源有限公司生產(chǎn)的SG6K逆變器，其使用說明書中記載當(dāng)檢測(cè)到輸入電 池板的直流電壓超過340V后(對(duì)應(yīng)逆變器的MPPT跟蹤范圍為320V 650V)，即開始準(zhǔn)備 并網(wǎng)發(fā)電。逆變器開機(jī)后即按照常規(guī)的太陽能逆變器MPPT控制方案進(jìn)行最大功率跟蹤，如 果發(fā)現(xiàn)跟蹤到最大功率點(diǎn)之后，逆變器的直流側(cè)輸入電流仍然很小(對(duì)應(yīng)電池板的可輸出 最大功率較小)，則延時(shí)3分鐘后關(guān)斷逆變器，轉(zhuǎn)入待機(jī)模式。這種方案的不足是，僅根據(jù)輸入電壓判斷開機(jī)，無法準(zhǔn)確識(shí)別當(dāng)前電池板的實(shí)際 可輸出最大功率能力，容易在電池板實(shí)際輸出功率不足的情況下開機(jī)，因電池板的輸出功 率小于逆變器的空載功耗而消耗電網(wǎng)電能?；蛘咭蜓舆t開機(jī)而浪費(fèi)電池板可發(fā)電能量。[0009]2)當(dāng)逆變器檢測(cè)到輸入電壓達(dá)到工作電壓(該電壓即為電池板的開路輸出電壓) 范圍后，控制逆變器的開關(guān)管(圖1中的Q1，Q3或Q2，Q4)連續(xù)開通，這樣將輸入電池板短 路，逆變器側(cè)流過功率管的電流，即為電池板的輸出短路電流，根據(jù)測(cè)試得到輸入開路電壓 和短路電流來計(jì)算電池板的可輸出最大功率，確定是否開機(jī)(電池板的可輸出最大功率= 開路電壓X短路電流X填充系數(shù))。如果計(jì)算得到的電池板可輸出最大功率大于本逆變器 的空載功耗，則控制開機(jī)。開機(jī)后逆變器根據(jù)自身的最大功率跟蹤控制，來最大功率跟蹤； 如果計(jì)算得到的電池板可輸出最大功率較低，則不開機(jī)，延時(shí)后再進(jìn)行同樣的測(cè)試過程，直 至滿足預(yù)定條件開機(jī)。這種方案的不足在于A.電池板的填充系數(shù)根據(jù)不同種類電池，以及在不同的工作環(huán)境下，其變化范圍 相當(dāng)大，因此，根據(jù)測(cè)試的電池板開路電壓和短路電流，難以準(zhǔn)確計(jì)算出電池板當(dāng)前的可輸 出最大功率。B.同時(shí)由于電流采樣電路在小電流時(shí)的采樣精度較差(采樣誤差一般為額定值 的左右)，當(dāng)早晨關(guān)照較弱時(shí)，其短路電流也較小，電流的測(cè)試誤差較大。C.功率管在測(cè)試過程中連續(xù)導(dǎo)通，持續(xù)流過電池板的短路電流，對(duì)功率管的工作 可靠性有影響。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的是現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，旨在提供一種能夠準(zhǔn)確識(shí)別輸 入側(cè)電池板的最大可輸出功率能力，在其輸出功率大于逆變器的空載功耗后及時(shí)開機(jī)，并 網(wǎng)發(fā)電，以充分利用太陽能能量。這樣可避免在太陽能電池板輸出功率不足的時(shí)候開機(jī)，因 電池板的輸出功率小于逆變器的空載功耗，而反而消耗電網(wǎng)能源；或者開機(jī)條件設(shè)置過高， 延遲逆變器開機(jī)時(shí)間，而導(dǎo)致太陽能電池板的能量浪費(fèi)。解決上述問題采用的技術(shù)方案是具有開機(jī)點(diǎn)測(cè)試功能的太陽能并網(wǎng)逆變器，包 括控制電路、濾波器和逆變單元，濾波器的輸入正端和負(fù)端分別接太陽能電池板的輸出正 極和負(fù)極，濾波器的輸出端接逆變單元的輸入端，其特征在于在濾波器的輸入端還設(shè)有一 個(gè)輔助開關(guān)管和一測(cè)試電阻，所述的電阻一端和太陽能電池板的輸出正極相連，另一端和 輔助開關(guān)管的集電極或漏極相連，輔助開關(guān)管Q的發(fā)射極或源極和太陽能電池板的輸入負(fù) 極相連，輔助開關(guān)管的控制極接控制電路。其中電阻的值可選為逆變器最低工作電壓的平方/逆變器空載功耗。輔助開關(guān)管 可選MOSFET，IGBT或繼電器等類似的具有開關(guān)特性的器件。當(dāng)輸入電壓達(dá)到預(yù)設(shè)的開機(jī)門限時(shí)，控制輔助開關(guān)短時(shí)開通，這樣電阻R將作為 負(fù)載加在輸入電池板上，通過測(cè)試穩(wěn)定后的電池板電壓來判斷電池板輸出功率能力。如果 穩(wěn)定后逆變器輸入電壓仍高于最低工作電壓，則表明電池板的輸出功率大于逆變器的空載 功耗，則表明逆變器可開機(jī)并網(wǎng)發(fā)電，控制輔助開關(guān)斷開，啟動(dòng)逆變器工作；反之，若此時(shí)逆 變器輸入電壓低于最低工作電壓，則表明輸入太陽能電池板的最大可輸出功率低于逆變器 的空載損耗，逆變器不宜開機(jī)，則繼續(xù)測(cè)試(或者為避免電阻長時(shí)間加電導(dǎo)致過熱，可考慮 輔助開關(guān)暫時(shí)斷開，延時(shí)后再開通測(cè)試)，直至滿足開機(jī)條件。在本方案中，電壓采樣的精度較高，電阻阻值可預(yù)設(shè)，同時(shí)對(duì)于特定的逆變器，其空載功耗可預(yù)先測(cè)試得到，因此通過本方案的測(cè)試電路，可以比較精確地判斷輸入太陽能 電池板的可輸出最大功率是否大于逆變器的空載功耗，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果及時(shí)開機(jī)并網(wǎng)發(fā) 電，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池板輸出太陽能的充分利用。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。圖1是太陽能電池板的輸出伏安特性圖。圖2是現(xiàn)有的太陽能逆變器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型太陽能逆變器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D3，本實(shí)用新型具有開機(jī)點(diǎn)測(cè)試功能的太陽能并網(wǎng)逆變器，包括控制電路、 濾波器和逆變單元，濾波器的輸入正端和負(fù)端分別接太陽能電池板的輸出正極和負(fù)極，濾 波器的輸出端接逆變單元的輸入端，其特征在于在濾波器的輸入端還設(shè)有一個(gè)輔助開關(guān)管 Q和一測(cè)試電阻R，所述的電阻R —端和太陽能電池板的輸出正極相連，另一端和輔助開關(guān) 管Q的集電極或漏極相連，輔助開關(guān)管Q的發(fā)射極或源極和太陽能電池板的輸入負(fù)極相連， 輔助開關(guān)管Q的控制極接控制電路。其中電阻R的值可選為逆變器最低工作電壓的平方/逆變器空載功耗。輔助開關(guān) 管可選MOSFET，IGBT或繼電器等類似的具有開關(guān)特性的器件。當(dāng)輸入電壓達(dá)到預(yù)設(shè)的開機(jī)門限時(shí)，控制輔助開關(guān)短時(shí)開通，這樣電阻R將作為 負(fù)載加在輸入電池板上，通過測(cè)試穩(wěn)定后的電池板電壓來判斷電池板輸出功率能力。如果 穩(wěn)定后逆變器輸入電壓仍高于最低工作電壓，則表明電池板的輸出功率大于逆變器的空載 功耗，則表明逆變器可開機(jī)并網(wǎng)發(fā)電，控制輔助開關(guān)斷開，啟動(dòng)逆變器工作；反之，若此時(shí)逆 變器輸入電壓低于最低工作電壓，則表明輸入太陽能電池板的最大可輸出功率低于逆變器 的空載損耗，逆變器不宜開機(jī)，則繼續(xù)測(cè)試(或者為避免電阻長時(shí)間加電導(dǎo)致過熱，可考慮 輔助開關(guān)暫時(shí)斷開，延時(shí)后再開通測(cè)試)，直至滿足開機(jī)條件。應(yīng)該理解到的是上述實(shí)施例只是對(duì)本實(shí)用新型的說明，而不是對(duì)本實(shí)用新型的 限制，任何不超出本實(shí)用新型實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)的發(fā)明創(chuàng)造，均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍 之內(nèi)。
權(quán)利要求1.具有開機(jī)點(diǎn)測(cè)試功能的太陽能并網(wǎng)逆變器，包括控制電路、濾波器和逆變單元，濾波 器的輸入正端和負(fù)端分別接太陽能電池板的輸出正極和負(fù)極，濾波器的輸出端接逆變單元 的輸入端，其特征在于在濾波器的輸入端還設(shè)有一個(gè)輔助開關(guān)管(Q)和一測(cè)試電阻(R)，所 述的電阻(R) —端和太陽能電池板的輸出正極相連，另一端和輔助開關(guān)管(Q)的集電極或 漏極相連，輔助開關(guān)管(Q)的發(fā)射極或源極和太陽能電池板的輸入負(fù)極相連，輔助開關(guān)管 (Q)的控制極接控制電路。
2.如權(quán)利要求1所述的具有開機(jī)點(diǎn)測(cè)試功能的太陽能并網(wǎng)逆變器，其特征在于所述的 電阻(R)的值為逆變器最低工作電壓的平方除逆變器空載功耗。
3.如權(quán)利要求1或2所述的具有開機(jī)點(diǎn)測(cè)試功能的太陽能并網(wǎng)逆變器，其特征在于輔 助開關(guān)管(Q)為MOSFE T，IGBT或繼電器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種具有開機(jī)點(diǎn)測(cè)試功能的太陽能并網(wǎng)逆變器，包括控制電路、濾波器和逆變單元，其特征在于在濾波器的輸入端還設(shè)有一個(gè)輔助開關(guān)管和一測(cè)試電阻，所述的電阻一端和太陽能電池板的輸出正極相連，另一端和輔助開關(guān)管的集電極或漏極相連，輔助開關(guān)管Q的發(fā)射極或源極和太陽能電池板的輸入負(fù)極相連，輔助開關(guān)管的控制極接控制電路。在本方案中，電壓采樣的精度較高，電阻阻值可預(yù)設(shè)，同時(shí)對(duì)于特定的逆變器，其空載功耗可預(yù)先測(cè)試得到，因此通過本方案的測(cè)試電路，可以比較精確地判斷輸入太陽能電池板的可輸出最大功率是否大于逆變器的空載功耗，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果及時(shí)開機(jī)并網(wǎng)發(fā)電，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池板輸出太陽能的充分利用。
文檔編號(hào)H02J3/38GK201789306SQ201020525728
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者朱軍衛(wèi), 譚均承, 高擁兵 申請(qǐng)人:上海正泰電源系統(tǒng)有限公司