專利名稱：一種光伏并網(wǎng)微逆變器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏發(fā)電領(lǐng)域，特別是涉及一種直接在光伏電池板組件上進(jìn)行并網(wǎng)逆變的微功率逆變器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前光伏并網(wǎng)逆變器常用的結(jié)構(gòu)是集中式。所謂“集中式”是指若干光伏太陽能電池板通過并聯(lián)和串聯(lián)組成一個陣列，產(chǎn)生大功率的直流電壓，然后在集中通過并網(wǎng)逆變器將直流電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻率、同相位的正弦波電流饋入電網(wǎng)?！凹惺健辈⒕W(wǎng)逆變器不僅有危險的高壓直流電路，安裝時組件也要求盡量一致，陣列結(jié)構(gòu)變更和擴(kuò)容困難。而且“集中式”并網(wǎng)逆變器對實際環(huán)境適應(yīng)性差，實際應(yīng)用中諸如出現(xiàn)陰影遮擋、云霧變化、污垢積累和組件效率衰減不均等內(nèi)外部不理想條件時，單獨問題組件會影響系統(tǒng)其它組件，從而顯著降低了系統(tǒng)整體效率。一旦單個電池板出現(xiàn)故障會導(dǎo)致整個系統(tǒng)故障。當(dāng)集中式逆 變器出現(xiàn)故障時，整個太陽能電池板陣列產(chǎn)生的能量將白白浪費，能量損失大。而光伏并網(wǎng)微逆變器是一種直接在光伏電池板組件上進(jìn)行并網(wǎng)逆變的微功率逆變器，更能體現(xiàn)太陽能的“分布式”特點。分布式架構(gòu)的微功率逆變器，由于使每個電池板組件都具有MPPT功能，不僅可以比集中式逆變提高太陽能光電轉(zhuǎn)換率20%，而且由于故障風(fēng)險分散了，整個系統(tǒng)的故障率很低，不會因單點故障導(dǎo)致整個系統(tǒng)故障，克服了傳統(tǒng)集中式逆變器的薄弱環(huán)節(jié)。安裝時間和成本也降低15% 25%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是針對集中式光伏并網(wǎng)逆變器的缺點，直接在光伏電池板組件上進(jìn)行逆變，直接輸出交流母線電壓，從而可以從各電池板組件分別獲得最高功率和最大能量輸出，使太陽能電池板陣列整體達(dá)到最大的能量轉(zhuǎn)換效率。彌補了現(xiàn)有技術(shù)的不足。本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是系統(tǒng)由FlyBack變換電路、橋式逆變電路、并網(wǎng)EMC電路、電網(wǎng)相位檢測電路、微控制器構(gòu)成。FlyBack變換電路從太陽能電池板組件得到光伏電壓，變壓器原邊是2個推挽式高頻SPWM工作的開關(guān)管，進(jìn)行進(jìn)網(wǎng)電流正弦調(diào)制以及MPPT控制，實現(xiàn)電流源高頻變換。采用MPPT算法獲得最大功率后中間通過變壓器進(jìn)行隔離，再通過橋式逆變電路進(jìn)行逆變，副邊兩條支路各工作半個工頻周期，每條支路有一個工頻控制的開關(guān)管，副邊兩個開關(guān)管互補導(dǎo)通且與電網(wǎng)同步。同時，電網(wǎng)相位檢測電路進(jìn)行過零檢測，將過零信號送給微控制器。由MPPT算法得到電流幅值與電網(wǎng)同相位的單位正弦半波相乘得到調(diào)制波，再與三角載波比較，經(jīng)過比例積分控制得到原邊開關(guān)管所需的SPWM驅(qū)動信號。而副邊2個開關(guān)管驅(qū)動信號直接由電網(wǎng)采樣信號經(jīng)過零檢測電路(ZO) :Zero Crossing Detection)得到,兩者互補導(dǎo)通。這樣，微控制器控制逆變電路產(chǎn)生的正弦波交流信號與電網(wǎng)同頻率、同相位，經(jīng)并網(wǎng)EMC電路饋入電網(wǎng)，完成組件逆變功能。按照輸出電壓和二次側(cè)電感電流的極性，該電路有四種工作模式。每一種工作模式相當(dāng)于一個反激DC/DC變換器，構(gòu)成一個f Iybcak變換器。當(dāng)U。> 0、i。> 0時，SI高頻斬波，S3常通，電源Ui向負(fù)載\傳遞能量；當(dāng)U。< 0、i。> O時，S3斬波，S4常通，負(fù)載\向電源Ui回饋能量；當(dāng)U。< O、i。< O時，S2高頻斬波，S4常通，電源Ui向負(fù)載\傳遞能量；當(dāng)U。> O、i。< O時，S4斬波，S3常通，負(fù)載ZL向電源Ui回饋能量。為了使上述電路進(jìn)行逆變，在隔離變壓器副邊和S3、S4之間分別串入2個二極管D11和D22,以及續(xù)流電感Lf。副邊兩個開關(guān)管互補導(dǎo)通，在工頻正負(fù)半周兩條支路上電壓電流關(guān)系相同，在某次開關(guān)周期中，當(dāng)原邊某個開關(guān)管S導(dǎo)通時，此時反激變壓器原邊電感電流線性上升，其電流峰值由S的導(dǎo)通時間(占空比)決定。當(dāng)原邊開關(guān)管S關(guān)斷時，此時副邊二極管D11導(dǎo)通。能量通過反激變壓器副邊釋放到電網(wǎng)。之后副邊電流線性下降，當(dāng)副邊電流降為零后，進(jìn)入斷續(xù)。此時濾波電容Cf向電網(wǎng)供電，直到原邊開關(guān)管再導(dǎo)通，進(jìn)入下一開關(guān)周期。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著效益體現(xiàn)在I、本發(fā)明將傳統(tǒng)的集中式光伏逆變結(jié)構(gòu)改為組件逆變結(jié)構(gòu)，擺脫了成本高、危險 的高壓直流電路，對實際環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。2、對光伏板組件一致性要求降低，實際應(yīng)用中諸如出現(xiàn)陰影遮擋、云霧變化、污垢積累和組件效率衰減不均等內(nèi)外部不理想條件時，單獨問題組件不會影響其它組件，從而不會顯著降低系統(tǒng)整體效率，克服了傳統(tǒng)集中式逆變器的薄弱環(huán)節(jié)。3、由于每個光伏電池板組件都帶有MPPT功能，系統(tǒng)整體效率比集中式逆變可提高20%。系統(tǒng)具有故障率低、安裝簡易、靈活性強(qiáng)、維護(hù)方便的特點。每個微逆變器結(jié)構(gòu)相同，可以互換，方便擴(kuò)容和維護(hù)。


圖I是本發(fā)明微逆變器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明微逆變器原理示意圖；圖3是本發(fā)明微逆變器主電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明主電路工作模式的示意圖；圖5是本發(fā)明主電路另一工作模式的示意圖；圖6是本發(fā)明主電路另一工作模式的示意圖；圖7是本發(fā)明主電路另一工作模式的示意8是本發(fā)明逆變電路不意圖；圖9是本發(fā)明逆變電路工作過程示意圖；圖10是本發(fā)明逆變電路另一工作過程示意圖；圖11是本發(fā)明逆變電路另一工作過程示意圖。
具體實施例方式如圖I至圖11所示，具體實施方式
是=FlyBack變換電路①以推挽式電路拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)進(jìn)行電流源高頻變換，橋式逆變電路②進(jìn)行工頻逆變?？梢钥闯鲈撾娐方Y(jié)構(gòu)簡單變壓器原邊是2個推挽式高頻SPWM工作的開關(guān)管，進(jìn)行進(jìn)網(wǎng)電流正弦調(diào)制以及MPPT控制；中間通過變壓器進(jìn)行隔離；副邊兩條支路各工作半個工頻周期。其中，每條支路有一個工頻控制的開關(guān)管，副邊兩個開關(guān)管互補導(dǎo)通且與電網(wǎng)同步。
按照輸出電壓和二次側(cè)電感電流的極性，該電路有四種工作模式。每一種工作模式相當(dāng)于一個反激DC/DC變換器。當(dāng)U。> O、i。> 0時,等效電路圖4所示S1高頻斬波，S3常通，則Ui' S1' W1、W3、S3、Cf、Zl和D4構(gòu)成一個f Iybcak變換器，電源Ui向負(fù)載Zl傳遞能量；當(dāng)U。< 0、i。> 0時，等效電路如附圖5所示而斬波，S4常通，則％、02、“53、(^士和S4構(gòu)成一個fIybcak變換器,負(fù)載Zlj向電源Ui回饋能量；當(dāng)U0 < 0、i。< 0時,等效電路如附圖6所示=S2高頻斬波，S4常通，則Ui、S2、W2、W3、Cf、Zl、S4和D3構(gòu)成一個f Iybcak變換器，電源Ui向負(fù)載&傳遞能量；當(dāng)U。> 0、i。< 0時，等效電路如附圖7所示S4斬波，S3常通，則Ui'D1HS3'Cf、Zl和S4構(gòu)成一個f Iybcak變換器，負(fù)載ZL向電源Ui回饋能量。為了使上述電路進(jìn)行逆變，在隔離變壓器副邊和S3、S4之間分別串入2個二極管D11和D22,以及續(xù)流電感Lf，如附圖8所示。由于副邊兩個開關(guān)管互補導(dǎo)通，在工頻正負(fù)半周兩條支路上電壓電流關(guān)系相同，因此以工頻正半周為例，說明逆變器的工作過程。在某次開 關(guān)周期中，當(dāng)原邊某個開關(guān)管S導(dǎo)通時，如附圖9所示。此時反激變壓器原邊電感電流線性上升，其電流峰值由S的導(dǎo)通時間(占空比)決定。當(dāng)原邊開關(guān)管S關(guān)斷時，如附圖10所示。此時副邊二極管D11導(dǎo)通。能量通過反激變壓器副邊釋放到電網(wǎng)。之后副邊電流線性下降，當(dāng)副邊電流降為零后，進(jìn)入斷續(xù)，如附圖11所示。此時濾波電容Cf向電網(wǎng)供電，直到原邊開關(guān)管再導(dǎo)通，進(jìn)入下一開關(guān)周期。本發(fā)明將傳統(tǒng)的集中式光伏逆變結(jié)構(gòu)改為組件逆變結(jié)構(gòu)，即微逆變器，擺脫了成本高、危險的高壓直流電路，對實際環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。同時，對光伏板組件一致性要求降低，實際應(yīng)用中諸如出現(xiàn)陰影遮擋、云霧變化、污垢積累和組件效率衰減不均等內(nèi)外部不理想條件時，單獨問題組件不會影響其它組件，從而不會顯著降低系統(tǒng)整體效率，克服了傳統(tǒng)集中式逆變器的薄弱環(huán)節(jié)。由于每個光伏電池板組件都帶有MPPT功能，系統(tǒng)整體效率比集中式逆變可提高20%。系統(tǒng)具有故障率低、安裝簡易、靈活性強(qiáng)、維護(hù)方便的特點。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，整體結(jié)構(gòu)靈活但緊湊，性能可靠，效率高，維護(hù)方便。每個微逆變器結(jié)構(gòu)相同，可以互換，方便擴(kuò)容和維護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種光伏并網(wǎng)微逆變器系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)由FlyBack變換電路、橋式逆變電路、并網(wǎng)EMC電路、電網(wǎng)相位檢測電路和微控制器構(gòu)成；FlyBack變換電路從太陽能電池板組件得到光伏電壓，采用MPPT算法獲得最大功率后通過橋式逆變電路進(jìn)行逆變；同時電網(wǎng)相位檢測電路進(jìn)行過零檢測，將過零信號送給微控制器；由MPPT算法得到電流幅值與電網(wǎng)同相位的單位正弦半波相乘得到調(diào)制波，再與三角載波比較，經(jīng)過比例積分控制得到原邊開關(guān)管所需的SPWM驅(qū)動信號；而副邊兩個開關(guān)管驅(qū)動信號直接由電網(wǎng)采樣信號經(jīng)過零檢測電路(ZO):Zero Crossing Detection)得到,兩者互補導(dǎo)通；微控制器控制逆變電路產(chǎn)生的正弦波交流信號與電網(wǎng)同頻率、同相位，經(jīng)并網(wǎng)EMC電路饋入電網(wǎng)；FlyBack變換電路以推挽式電路拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)進(jìn)行電流源高頻變換，橋式逆變電路進(jìn)行工頻逆變；當(dāng)U。> O、i0> O時，SI高頻斬波，S3常通，則Ui' S1H S3、Cf、Zl和D4構(gòu)成一個f Iybcak變換器，電源仏向負(fù)載A傳遞能量；當(dāng)U。< O、i?！礝時，S3斬波，S4常通，則％、02、“53、(^七和S4構(gòu)成一個f Iybcak變換器，負(fù)載\向電源Ui回饋能量；當(dāng)U。< O、i。< O時，S2高頻斬波，S4常通，則Ui' S2, W2, W3> Cf、Zl、S4和D3構(gòu)成一個flybcak變換器，電源Ui向負(fù)載Zl 傳遞能量；當(dāng)U。> O、i。< O時，S4斬波，S3常通，則Ui' D1, W1, W3> S3> Cf、Zl和S4構(gòu)成一個flybcak變換器，負(fù)載ZL向電源Ui回饋能量；為了使上述電路進(jìn)行逆變，在隔離變壓器副邊和S3、S4之間分別串入2個二極管D11和D22,以及續(xù)流電感Lf ;在某次開關(guān)周期中，當(dāng)原邊某個開關(guān)管S導(dǎo)通時，反激變壓器原邊電感電流線性上升，其電流峰值由S的導(dǎo)通時間(占空比)決定；當(dāng)原邊開關(guān)管S關(guān)斷時，副邊二極管D11導(dǎo)通。能量通過反激變壓器副邊釋放到電網(wǎng)；之后副邊電流線性下降，當(dāng)副邊電流降為零后，進(jìn)入斷續(xù)，濾波電容Cf向電網(wǎng)供電，直到原邊開關(guān)管再導(dǎo)通，進(jìn)入下一開關(guān)周期。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光伏并網(wǎng)微逆變器系統(tǒng)，其特征是所述變壓器原邊是2個推挽式高頻SPWM工作的開關(guān)管組成FlyBack變換電路進(jìn)行電流源高頻變換，即電流正弦調(diào)制以及MPPT控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光伏并網(wǎng)微逆變器系統(tǒng)，其特征是所述逆變結(jié)構(gòu)為橋式逆變電路，與FlyBack變換電路是通過變壓器進(jìn)行隔離。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光伏并網(wǎng)微逆變器系統(tǒng)，其特征是所述變壓器副邊兩條支路各工作半個工頻周期，每條支路有一個工頻控制的開關(guān)管，副邊兩個開關(guān)管互補導(dǎo)通且與電網(wǎng)同步。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光伏并網(wǎng)微逆變器系統(tǒng)，其特征是所述電網(wǎng)相位檢測電路進(jìn)行過零檢測，將過零信號送給微控制器；由MPPT算法得到電流幅值與電網(wǎng)同相位的單位正弦半波相乘得到調(diào)制波，再與三角載波比較，經(jīng)過比例積分控制得到原邊開關(guān)管所需的SPWM驅(qū)動信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光伏并網(wǎng)微逆變器系統(tǒng)，其特征是所述變壓器副邊2個開關(guān)管驅(qū)動信號直接由電網(wǎng)采樣信號經(jīng)過零檢測電路得到，兩者互補導(dǎo)通；這樣，微控制器控制逆變電路產(chǎn)生的正弦波交流信號與電網(wǎng)同頻率、同相位，經(jīng)并網(wǎng)EMC電路饋入電網(wǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種光伏并網(wǎng)微逆變器系統(tǒng)，其特征是所述微逆變器對每塊太陽能電池板進(jìn)行獨立的組件逆變，直接輸出交流母線電壓，產(chǎn)生的光伏并網(wǎng)能量為150W 250W。
全文摘要
本發(fā)明涉及光伏并網(wǎng)微逆變器系統(tǒng)，通過對單塊太陽能電池板組件輸入電壓和電流的檢測，采用Flyback拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)，利用最大功率點跟蹤(MPPT)技術(shù)，獲得太陽能電池板最大能量輸出，進(jìn)行150W～250W光伏并網(wǎng)微逆變器的設(shè)計，對每塊太陽能電池板進(jìn)行獨立的組件逆變，直接輸出交流母線電壓，從而可以從各組件分別獲得最高功率和最大能量輸出，使太陽能電池板陣列整體達(dá)到最大的能量轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明擺脫了成本高、危險的高壓直流電路，并且單獨問題組件不會影響其它組件，從而不會顯著降低系統(tǒng)整體效率，克服了傳統(tǒng)集中式逆變器的缺點。具有故障率低、安裝簡易、靈活性強(qiáng)、維護(hù)方便的特點。
文檔編號H02M7/538GK102801179SQ20111013787
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者彭剛 申請人:武漢金天新能源科技有限公司