專利名稱：光伏逆變裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光伏逆變技術，特別是涉及一種適用于光伏微網(wǎng)的微型光伏逆變裝置。
背景技術：
太陽能作為一種清潔的可再生能源，當下受到越來越多國家的重視。將太陽能轉(zhuǎn)發(fā)為電能的技術被稱為光伏技術，在太陽能的光伏應用中，光伏并網(wǎng)發(fā)電是太陽能光伏應用的重要應用形式之一。光伏并網(wǎng)發(fā)電主要是通過光伏電池組件接收太陽光并產(chǎn)生直流電，但是因為光照的不均勻，光伏電池組件產(chǎn)生的直流電波動較大，無法直接應用。另外，直流電傳輸?shù)碾y度較大，且不易被現(xiàn)有的用電設備接受，因為大多數(shù)用電設備都只能適應波動較小的交流供電。因此在實際運用中，需要將分散的光伏電池組件產(chǎn)生的波動直流電經(jīng)過穩(wěn)壓后再轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的交流電，最后將穩(wěn)定的交流電并入公共電網(wǎng)中，實現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā) H1^ ο在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，通常通過逆變裝置來實現(xiàn)將光伏電池組件波動的直流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的交流電。傳統(tǒng)的逆變裝置通過將串并組合的光伏電池組件陣列一次性逆變， 當這種組合陣列一部分被遮擋了之后或者一部分光伏電池組件損壞的時候，就會對逆變效率產(chǎn)生影響，不能將各串光伏電池組件產(chǎn)生的直流電全部逆變成有用的交流電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種適用于光伏微網(wǎng)的光伏逆變裝置，能夠?qū)夥姵亟M件分別逆變，從而提高逆變效率。為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種光伏逆變裝置，包括光伏電池組件；穩(wěn)壓電路，與光伏電池組件連接，對光伏電池組件輸出的波動電壓進行穩(wěn)壓操作；逆變輸出電路，與穩(wěn)壓電路連接，對穩(wěn)壓后的電壓進行逆變；電網(wǎng)檢測電路，對電網(wǎng)參數(shù)進行檢測；控制驅(qū)動電路，對光伏電池組件的輸出電壓進行檢測，并根據(jù)輸出電壓及電網(wǎng)參數(shù)檢測結(jié)果產(chǎn)生控制穩(wěn)壓電路及驅(qū)動逆變電路的信號。 進一步地，所述光伏電池組件為串聯(lián)的光伏電池陣列組成。進一步地，所述穩(wěn)壓電路為高頻直流穩(wěn)壓電路，包括MOSFET管、與MOSFET管串聯(lián)的電感、二極管及電容，所述電感與二極管及電容并聯(lián)，所述二極管與電容串聯(lián)。進一步地，所述逆變輸出電路為全橋逆變電路，包括逆變主電路和與逆變主電路連接的濾波電路。進一步地，所述逆變主電路為四個MOSFET管組成的逆變電橋電路；所述濾波電路包括電容、電感和電阻，所述電容和電阻并聯(lián)，所述電感分別與電容和電阻串聯(lián)；所述濾波電路的電感與逆變主電路的一個輸出點連接，所述濾波電路的電容和電阻與逆變主電路的另一個輸出點連接。進一步地，所述控制驅(qū)動電路包括數(shù)字信號處理器和與數(shù)字信號處理器連接的第一驅(qū)動芯片和第二驅(qū)動芯片，所述數(shù)字信號處理獲取光伏電池組件的輸出電壓，并產(chǎn)生控制信號給穩(wěn)壓電路，所述數(shù)字信號處理器獲取電網(wǎng)檢測電路的檢測信號，并通過第一驅(qū)動芯片和第二驅(qū)動芯片產(chǎn)生驅(qū)動信號給逆變輸出電路。進一步地，所述電網(wǎng)檢測電路包括電壓檢測電路、相位檢測電路、頻率檢測電路和孤島效應檢測電路。進一步地，所述光伏逆變裝置還包括第一保護電路，所述第一保護電路為短路、過載保護電路，用于檢測逆變裝置的短路或過載信號，并將短路、過載信號傳遞給控制驅(qū)動電路，所述控制驅(qū)動電路根據(jù)短路、過載信號來改變所產(chǎn)生的信號。 進一步地，所述第一保護電路包括第一比較器和第二比較器，所述第一比較器用于過載保護，所述第二比較器用于短路保護。進一步地，所述光伏逆變裝置還包括第二保護電路，所述第二保護電路為欠壓保護電路，用于檢測光伏電池組件的輸出電壓的欠壓，并輸出欠壓信號給控制驅(qū)動電路，所述控制驅(qū)動電壓根據(jù)欠壓信號來改變所產(chǎn)生的控制信號。(該部分與權利要求基本相同，為了不增加您的閱讀量，其他部分沒問題后拷貝添加即可)與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明的適用于光伏微網(wǎng)的光伏逆變裝置通過采用若干串聯(lián)的光伏電池陣列的方式來組成光伏電池組件，且在進行逆變時，將各串聯(lián)的光伏電池單獨逆變成交流電，避免采用一次性逆變時因為部分電池損壞或者被遮擋所造成的逆變效率降低的情況，具有較高的逆變效果。進一步地，本發(fā)明在過載保護電路中增加三極管，若是因為過載造成的關閉，當負載變小到逆變裝置所能承受的范圍內(nèi)，則可以通過三極管將過載保護二極管鎖存的過載信號放掉，使逆變裝置恢復到正常工作狀態(tài)。若是因為短路造成的關閉，則不能自動恢復到正常的工作狀態(tài)，只能通過人為控制其再次開啟。從而可以保證光伏逆變裝置的安全性。


圖1是本發(fā)明的光伏逆變裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的光伏逆變裝置的穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的光伏逆變裝置的逆變輸出電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的光伏逆變裝置的控制驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明的光伏逆變裝置的電網(wǎng)檢測電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的光伏逆變裝置的第一保護電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。參照圖1，示出本發(fā)明的適用于光伏微網(wǎng)的微型光伏逆變裝置100，包括光伏電池組件10、與光伏電池組件10連接的穩(wěn)壓電路20、與穩(wěn)壓電路20連接的逆變輸出電路30、 控制驅(qū)動電路40及電網(wǎng)檢測電路70。電網(wǎng)檢測電路70對電網(wǎng)的各項參數(shù)進行監(jiān)測產(chǎn)生相應的信號?？刂乞?qū)動電路40檢測光伏電池組件10的輸出電壓，并采集電網(wǎng)檢測電路70 所產(chǎn)生的信號，生成相應的控制及驅(qū)動信號并返回給對應的電路，從而使光伏逆變裝置100 能夠安全穩(wěn)定的工作。光伏電池組件10為若干串聯(lián)的光伏電池陣列，用于接收外部太陽能，并轉(zhuǎn)化為電能，將產(chǎn)生波動的直流電加到穩(wěn)壓電路20。通過采用串聯(lián)的方式，可以使光伏逆變裝置的結(jié)構(gòu)更加緊湊，從而減少光伏逆變裝置的體積。同時參照圖1和圖2，穩(wěn)壓電路20為高頻直流穩(wěn)壓電路，包括N型MOSFET管21、 電感22、二極管23和電容M。其中，N型MOSFET管21與電感22、二極管23、電容M串聯(lián)， 電感22與二極管23及電容M并聯(lián)，二極管23與電容M串聯(lián)。穩(wěn)壓電路20與光伏電池組件10連接，同時接收來自控制驅(qū)動電路40的控制信號，從而對光伏電池組件10的輸出電壓進行穩(wěn)壓操作。同時參照圖1和圖3，逆變輸出電路30為全橋逆變電路，包括逆變主電路31和濾波電路35。逆變主電路31由MOSFET管311、312、313、314組成。濾波電路35為交流EMC 濾波電路，由電感351、電容352和電阻353組成。其中電容352和電阻353并聯(lián)，電感351 分別與電容352和電阻353串聯(lián)。濾波電路35的電感351與逆變主電路31的輸出點A連接，電容352和電阻353與逆變主電路31的輸出點B連接。用于濾除逆變主電路31輸出的交流波形中的高頻諧波干擾，從而提高輸出波形的質(zhì)量。逆變輸出電路30與穩(wěn)壓電路20 連接，同時接收來自控制驅(qū)動電路40的驅(qū)動信號，從而將穩(wěn)壓電路20輸出的穩(wěn)定的330V 直流電轉(zhuǎn)換成電網(wǎng)所需要的50Hz，220V的交流電。逆變輸出電路30所輸出的交流電直接并入電網(wǎng)中。同時參照圖1和圖4，控制驅(qū)動電路40為DSP (Digital SignaProcessing，數(shù)字信號處理)控制驅(qū)動電路，包括數(shù)字信號處理器41和第一驅(qū)動芯片42和第二驅(qū)動芯片43。 數(shù)字信號處理器41用于產(chǎn)生控制或者驅(qū)動信號，其中，數(shù)字信號處理器41會對光伏電池組件10的輸出電壓進行檢測，并會根據(jù)檢測結(jié)果生成PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)控制信號411加到穩(wěn)壓電路20的MOSFET管21的柵極以控制穩(wěn)壓電路的工作。另外數(shù)字信號處理器41還會采集電網(wǎng)檢測電路的檢測信號，并加到第一驅(qū)動芯片42和第二驅(qū)動芯片43以控制第一驅(qū)動芯片42和第二驅(qū)動芯片43產(chǎn)生驅(qū)動信號。第一驅(qū)動芯片42 產(chǎn)生兩個驅(qū)動信號421、422，第二驅(qū)動芯片43產(chǎn)生兩個驅(qū)動信號431、432。第一驅(qū)動芯片 42和第二驅(qū)動芯片43所產(chǎn)生的四個單極性的SPWM(Sine Pulseffidth Modulation,正弦脈沖寬度調(diào)制)驅(qū)動信號421、422、431、432分別加到逆變輸出電路30的四個MOSFET管311、 312、313、314上，以驅(qū)動四個MOSFET管311、312、313、314的通斷，從而控制逆變工作，使逆變輸出電路30所輸出的波形質(zhì)量滿足并網(wǎng)的要求。同時參照圖1和圖5，電網(wǎng)檢測電路70包括電壓檢測電路71、相位檢測電路72、頻率檢測電路73和孤島效應檢測電路74。其中，電壓檢測電路71、相位檢測電路72和頻率檢測電路73跟蹤檢測來自電網(wǎng)的正弦交流波形信號79，產(chǎn)生并輸出對應的檢測信號，孤島效應檢測電路74對電網(wǎng)的電壓進行監(jiān)控，當電網(wǎng)電壓短路或出現(xiàn)故障時，產(chǎn)生并輸出保護信號，以關閉整個光伏逆變裝置100。電網(wǎng)檢測電路70將所產(chǎn)生的檢測信號輸出到控制驅(qū)動電路40。同時參照圖1和圖6，進一步地，光伏逆變裝置100還包括第一保護電路50和第二保護電路60。第一保護電路50為短路、過載保護電路，包括待測元件501、第一比較器51、與第一比較器51并聯(lián)的過載保護二極管52、第二比較器53、與第二比較器53并聯(lián)的短路保護二極管M。本實施例中，待測元件501為阻值較小的電阻。第一比較器51、過載保護二極管52、第二比較器53和短路保護二極管M通過外圍電路與待測元件501連接，其中外圍電路包括第一比較器51的正向電容電阻充電電路511和第二正向比較器53的正向電容電阻充電電路531。第一保護電路50還包括與第一比較器51的輸出端連接的信號輸出二極管55、與第二比較器53的輸出端連接的信號輸出二極管56、與兩個信號輸出二極管55、56 連接的光耦59。另外，外圍電路還包括與第一比較器51連接的三極管512。第一保護電路 50通過待測元件501與逆變輸出電路30連接，同行，通過光耦59與DSP控制及驅(qū)動電路 40連接。第一保護電路50根據(jù)待測元件501的電壓及電流情況來檢測光伏逆變裝置100 工作中所出現(xiàn)的短路或者過載情況，并生成的短路、過載報警信號傳遞給控制驅(qū)動電路40。 控制驅(qū)動電路40則會根據(jù)所接收的短路、過載保護報警信號調(diào)整改變SPWM驅(qū)動信號以使逆變輸出電路30停止工作，從而使光伏逆變裝置100停止工作。另外，如果控制驅(qū)動電路40所接收的是短路信號，則在給出停止逆變輸出電路30工作的信號的同時，還會給出報警信號。第二保護電路60為欠壓保護電路，與光伏電池組件10及控制驅(qū)動電路40連接。 第二保護電路60將檢測到的光伏電池組件10的欠壓情況傳遞給控制驅(qū)動電路40，控制驅(qū)動電路40會根據(jù)所檢測到的光伏電池組件10的欠壓情況停止輸出PWM控制信號，使穩(wěn)壓電路20停止工作，從而使光伏逆變裝置100停止工作。下面對本發(fā)明的光伏逆變裝置100的工作過程進行說明。光伏電池組件10接收外部太陽能并轉(zhuǎn)化為電能，輸出波動的330V直流電給穩(wěn)壓電路20進行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓電路20將穩(wěn)壓后的330V直流電輸送給逆變輸出電路30，逆變輸出電路30將穩(wěn)定的330V直流電轉(zhuǎn)換為符合并網(wǎng)要求的50Hz、220V的交流電并入電網(wǎng)中。其中，第二保護電路60在光伏逆變裝置100工作時對光伏電池組件10的輸出電壓進行檢測， 若輸出電壓處于欠壓狀態(tài)，則會發(fā)出欠壓信號給控制驅(qū)動電路40。控制驅(qū)動電路40的數(shù)字信號處理器41會對光伏電池組件10的輸出電壓進行檢測，并會根據(jù)欠壓信號來生成不同的PWM控制信號時并輸出給穩(wěn)壓電路20，從而使穩(wěn)壓電路20根據(jù)實時情況來進行穩(wěn)壓操作。另外，控制驅(qū)動電路40還會采集來自電網(wǎng)檢測電路70的檢測信號及第一保護電路 50的短路、過載保護報警信號，經(jīng)過相應的算法生成正弦波的SPWM驅(qū)動信號，并通過第一驅(qū)動芯片42和第二驅(qū)動芯片43加到逆變輸出電路30上。其中，第一保護電路50的工作過程為通過檢測待測元件501上的電流、電壓情況，可以得出光伏逆變裝置100的短路或過載信號，然后將短路或過載信號均加到第一比較器51和第二比較器53的正向輸入端，通過配置第一比較器51和第二比較器53的反向輸入端的參考電壓，就可以實現(xiàn)短路和過載保護。本實施例中，假設第一比較器51的參考電壓為IV，第二比較器53的參考電壓為5V，且過第一比較器51和第二比較器53的正向電容電阻充電電路的時間常數(shù)不同。其中，第一比較器51的電容電阻充電電路511的充電時間常數(shù)大于第二比較器53的電容電阻充電電路531的充電時間常數(shù)。如果出現(xiàn)短路情況， 因為第二比較器53的電容電阻充電電路531的時間常數(shù)較小，第二比較器52的正向輸入端電壓會很快超過參考電壓5V，短路保護二極管M則會將短路信號鎖存，并經(jīng)過與第二比較器52的輸出端連接的信號輸出二極管56和光耦59傳遞給控制驅(qū)動電路40，控制驅(qū)動電路40則會給出關閉整個光伏逆變裝置100的信號。如果出現(xiàn)過載情況，那么第二比較器 53的正向輸入端電壓會小于其參考電壓5V，其會輸出較低的電平，而此時第一比較器51會輸出較高的電平，那么，過載保護二極管52會將過載信號鎖存，并經(jīng)過與第一比較器51的輸出端連接的信號輸出二極管陽和光耦59傳遞給控制驅(qū)動電路40，控制驅(qū)動電路40給出關閉整個光伏逆變裝置100的信號。本發(fā)明中，為了保證光伏逆變裝置100的安全性，若光伏逆變裝置100是因短路造成的關閉，則不能自動恢復到正常的工作狀態(tài)，只能通過人為控制其再次開啟。因此，若是出現(xiàn)短路，則控制驅(qū)動電路40還會發(fā)出報警信號，操作者則可以根據(jù)抱緊信號來重新開啟微型逆變裝置100。若光伏逆變裝置100是因為過載造成的關閉，當負載變小到光伏逆變裝置100所能承受的范圍內(nèi)，則可以通過與第一比較器51連接的三極管512將過載保護二極管52鎖存的過載信號放掉，使光伏逆變裝置100恢復到正常工作狀態(tài)。本發(fā)明的光伏逆變裝置通過采用若干串聯(lián)的光伏電池陣列的方式來組成光伏電池組件，并通過高頻穩(wěn)壓電路及全橋逆變輸出電路對光伏電池組件所產(chǎn)生的直流電進行逆變。在進行逆變時，通過逆變裝置中的各電路的配合根據(jù)實際情況產(chǎn)生對應的控制及驅(qū)動信號，將各串聯(lián)的光伏電池單獨逆變成交流電，避免采用一次性逆變時因為部分電池損壞或者被遮擋所造成的逆變效率降低的情況，具有較高的逆變效果。以上對本發(fā)明所提供的適用于光伏微網(wǎng)的光伏逆變裝置進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想， 在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。
權利要求
1.一種光伏逆變裝置，其特征在于，包括光伏電池組件；穩(wěn)壓電路，與光伏電池組件連接，對光伏電池組件輸出的波動電壓進行穩(wěn)壓操作；逆變輸出電路，與穩(wěn)壓電路連接，對穩(wěn)壓后的電壓進行逆變；電網(wǎng)檢測電路，對電網(wǎng)參數(shù)進行檢測；控制驅(qū)動電路，對光伏電池組件的輸出電壓進行檢測，并根據(jù)輸出電壓及電網(wǎng)參數(shù)檢測結(jié)果產(chǎn)生控制穩(wěn)壓電路及驅(qū)動逆變電路的信號。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光伏電池組件為串聯(lián)的光伏電池陣列組成。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述穩(wěn)壓電路為高頻直流穩(wěn)壓電路，包括 MOSFET管、與MOSFET管串聯(lián)的電感、二極管及電容，所述電感與二極管及電容并聯(lián)，所述二極管與電容串聯(lián)。
4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述逆變輸出電路為全橋逆變電路，包括逆變主電路和與逆變主電路連接的濾波電路。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述逆變主電路為四個MOSFET管組成的逆變電橋電路；所述濾波電路包括電容、電感和電阻，所述電容和電阻并聯(lián)，所述電感分別與電容和電阻串聯(lián)；所述濾波電路的電感與逆變主電路的一個輸出點連接，所述濾波電路的電容和電阻與逆變主電路的另一個輸出點連接。
6.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述控制驅(qū)動電路包括數(shù)字信號處理器和與數(shù)字信號處理器連接的第一驅(qū)動芯片和第二驅(qū)動芯片，所述數(shù)字信號處理獲取光伏電池組件的輸出電壓，并產(chǎn)生控制信號給穩(wěn)壓電路，所述數(shù)字信號處理器獲取電網(wǎng)檢測電路的檢測信號，并通過第一驅(qū)動芯片和第二驅(qū)動芯片產(chǎn)生驅(qū)動信號給逆變輸出電路。
7.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述電網(wǎng)檢測電路包括電壓檢測電路、相位檢測電路、頻率檢測電路和孤島效應檢測電路。
8.如權利要求1至7任一項所述的裝置，其特征在于，所述逆變裝置還包括第一保護電路，所述第一保護電路為短路、過載保護電路，用于檢測逆變裝置的短路或過載信號，并將短路、過載信號傳遞給控制驅(qū)動電路，所述控制驅(qū)動電路根據(jù)短路、過載信號來改變所產(chǎn)生的信號。
9.如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述第一保護電路包括第一比較器和第二比較器，所述第一比較器用于過載保護，所述第二比較器用于短路保護。
10.如權利要求1至7任一項所述的裝置，其特征在于，所述逆變裝置還包括第二保護電路，所述第二保護電路為欠壓保護電路，用于檢測光伏電池組件的輸出電壓的欠壓，并輸出欠壓信號給控制驅(qū)動電路，所述控制驅(qū)動電壓根據(jù)欠壓信號來改變所產(chǎn)生的控制信號。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種適用于光伏微網(wǎng)的光伏逆變裝置，包括光伏電池組件；穩(wěn)壓電路，與光伏電池組件連接，對光伏電池組件輸出的波動電壓進行穩(wěn)壓操作；逆變輸出電路，與穩(wěn)壓電路連接，對穩(wěn)壓后的電壓進行逆變；電網(wǎng)檢測電路，對電網(wǎng)參數(shù)進行檢測；控制驅(qū)動電路，對光伏電池組件的輸出電壓進行檢測，并根據(jù)輸出電壓及電網(wǎng)參數(shù)檢測結(jié)果產(chǎn)生控制穩(wěn)壓電路及驅(qū)動逆變電路的信號。本發(fā)明的光伏逆變裝置能夠?qū)夥姵亟M件分別逆變，從而提高逆變效率。
文檔編號H02J3/38GK102157954SQ201110046680
公開日2011年8月17日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權日2011年2月25日
發(fā)明者吳建進, 魏學業(yè) 申請人:北京交通大學