一種解決光伏并網(wǎng)逆變器早晚頻繁啟動的智能控制方案的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種解決光伏并網(wǎng)逆變器早晚頻繁啟動的智能控制方案，包括輔助電源單元，控制組件以及開機延遲啟動單元，開機延遲啟動單元連接至控制組件和直流電源單元，輔助電源單元連接至控制組件和直流電源單元，控制組件還連接到直流電源單元和電網(wǎng)，開機延遲啟動單元判斷直流電源單元的輸出電壓，當輸出電壓低于預(yù)先確定的第一電壓值時消耗直流電源單元的電能，避免輔助電源單元啟動；當輸出電壓高于預(yù)先確定的第一電壓值時，開機延遲啟動單元停止消耗直流電源單元的電能，控制組件保持輔助電源單元的啟動狀態(tài)。采用本發(fā)明的控制電路，能夠在直流電源單元輸出的能量匱乏時，延遲啟動裝置避免輔助電源單元的誤啟動，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
【專利說明】一種解決光伏并網(wǎng)逆變器早晚頻繁啟動的智能控制方案

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電子電路的控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及逆變器設(shè)備中的電力電子控制 裝直。

【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能電池板等裝置收集太陽能后轉(zhuǎn)化為電能，并將電能輸送至電網(wǎng)，這中間需 要將直流轉(zhuǎn)化為交流的逆變裝置，一般稱之為光伏并網(wǎng)逆變器。太陽能具有時間性波動的 特點，例如當正午陽光強烈時，能量充足，而當早上或者晚上等陽光能量匱乏時太陽能電池 板輸出的直流電壓虛高，能量卻非常低；導(dǎo)致光伏并網(wǎng)逆變器的電壓虛高，在輔助電源單元 啟動后能量不足，導(dǎo)致輔助電源單元停止工作，這樣的重復(fù)啟動、停止工作會持續(xù)很長一段 時間，這樣會給用戶產(chǎn)生負面的影響，認為光伏并網(wǎng)逆變器存在缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 鑒于此，本發(fā)明的目的在于避免陽光能量匱乏時輔助電源單元的誤啟動，以及由 于能量不足導(dǎo)致輔助電源單元重新停止。
[0004] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0005] -種連接直流電源單元和電網(wǎng)的延遲啟動裝置，包括輔助電源單元，控制組件以 及開機延遲啟動單元，開機延遲啟動單元連接至控制組件和直流電源單元，輔助電源單元 連接至控制組件和直流電源單元，控制組件還連接到直流電源單元和電網(wǎng)，開機延遲啟動 單元判斷直流電源單元的輸出電壓，當輸出電壓低于預(yù)先確定的第一電壓值時消耗直流電 源單元的電能，避免輔助電源單元啟動，當輸出電壓高于預(yù)先確定的第一電壓值時，開機延 遲啟動單元停止消耗直流電源單元的電能，控制組件保持輔助電源單元的啟動狀態(tài)。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，當輔助電源單元啟動后，控制組件監(jiān)測直流電源單元的 輸出電壓，當輸出電壓低于預(yù)先確定的第二電壓值時，控制組件關(guān)閉輔助電源單元。
[0007] 其中，所述控制組件包括中央處理器單元、整流單元和繼電器單元，其中中央處理 器單元分別連接至開機延遲啟動單元、輔助電源單元、直流電源單元、整流單元和繼電器單 元，整流單元和繼電器單元連接在輔助電源單元和電網(wǎng)之間，當直流電源單元輸出電壓高 于預(yù)先確定的第一電壓值時，開機延遲啟動單元停止消耗直流電源單元的電能，中央處理 器單元避免開機延遲啟動單元重新消耗直流電源單元的電能，并導(dǎo)通繼電器單元，當直流 電源單元輸出電壓降低時，電網(wǎng)通過整流單元向輔助電源單元提供電能，由此保持輔助電 源單元的啟動狀態(tài)。
[0008] 其中所述整流單元是IGBT全橋。
[0009] 其中，所述開機延遲啟動單元包括第一三極管、第三開關(guān)元件、第一穩(wěn)壓二極管、 第二穩(wěn)壓二極管和負載電阻，第一穩(wěn)壓二極管的陰極電位為直流電源單元的輸出電壓的一 部分，陽極連接至第一三極管的基極，第一三極管的集電極連接至第三開關(guān)元件和第二穩(wěn) 壓二極管的陰極，第三開關(guān)元件連接直流電源單元和負載電阻，當直流電源單元的輸出電 壓低于預(yù)先確定的第一電壓值時，第一三極管基極獲得的電壓經(jīng)過第一穩(wěn)壓二極管后低于 其導(dǎo)通電壓，第一三極管的集電極電壓高導(dǎo)致第三開關(guān)元件導(dǎo)通，將負載電阻連接至直流 電源單元。
[0010] 另一方面，所述開機延遲啟動單元還包括第二三極管，第二三極管的基極連接至 控制組件，第二三極管的集電極連接至第三開關(guān)元件和第二穩(wěn)壓二極管的陰極，當控制組 件控制第二三極管的基極電壓高于其導(dǎo)通電壓時，第二三極管的集電極電壓降低導(dǎo)致第三 開關(guān)元件關(guān)斷，將負載電阻從直流電源單元斷開。
[0011] 其中，所述開機延遲啟動單元還包括第一組分壓電阻和第二組分壓電阻，第一組 分壓電阻和第二組分壓電阻之間的比值決定第一穩(wěn)壓二極管的陰極從直流電源單元輸出 電壓中獲得的一部分。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，所述延遲啟動裝置還包括防反向電流二極管，所述防反 向電流二極管連接在直流電源單元和電網(wǎng)之間，避免電網(wǎng)電能反向流向直流電源單元。
[0013] 所述延遲啟動裝置還包括儲能電容，所述防儲能電容連接在直流電源單元和防反 向電流二極管之間。
[0014] 特別地，所述防反向電流二極管采用600V/30A的二極管。
[0015] 由于采用以上技術(shù)方案，當直流電源單元輸出的能量匱乏時，延遲啟動裝置避免 輔助電源單元的誤啟動，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0016] 當輔助電源單元被啟動后，延遲啟動裝置保持輔助電源單元的啟動狀態(tài),避免輔 助電源單元再次被關(guān)斷。
[0017] 本延遲啟動裝置所消耗功率僅包括輔助電源單元功率和繼電器功率，損耗小，節(jié) 約能源。
[0018] 另外，本延遲啟動裝置在直流電源單元與電網(wǎng)之間設(shè)置了二極管，有效地避免了 電網(wǎng)電力回流進入直流電源單元。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實施方式的延時啟動裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0020] 圖2是根據(jù)發(fā)明實施方式的延時啟動裝置中開機延遲啟動單元的電路圖。

【具體實施方式】
[0021] 為了便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，下面結(jié)合具體實施例及附圖對本發(fā)明的技術(shù)方 案作進一步的詳細說明。
[0022] 在此公開詳細的示范實施例。然而，此處公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)僅僅是為了 描述示范實施例的目的。然而，可以在許多替換形式中實現(xiàn)示范實施例，并且不應(yīng)將其看作 僅限于在此闡明的示范實施例。
[0023] 然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于所公開的具體示范實施例，相反地，本發(fā)明將覆蓋 落入本公開的范圍內(nèi)的所有修改、等同物和替換物。在針對附圖的描述中，相似的標號表示 相似的元件。
[0024] 應(yīng)該理解，雖然術(shù)語第一、第二等在此用作描述不同的元件，但是這些元件可以不 被這些術(shù)語所限制。這些術(shù)語僅用于將一個元件與另一個元件區(qū)別開。例如，第一元件可 以被稱為第二元件，類似地，第二元件可以被稱為第一元件，而不背離示范實施例的范圍。 如在此所用，術(shù)語"和/或"包括一個或多個相關(guān)的列出項的任意和所有組合。
[0025] 應(yīng)該理解，當元件被稱為"連接"或"耦接"到另一元件時，它可以直接連接或耦接 到其他元件，或者也可以存在中間元件。相反，當元件被稱為"直接連接"或"直接耦接"到 另一元件時，不存在中間元件。用來描述元件之間關(guān)系的其他詞語應(yīng)該按照相同的方式理 解（例如，"之間"對"直接之間"、"相鄰"對"直接相鄰"等）。
[0026] 圖1是根據(jù)實施方式的延時啟動裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0027] 如圖1所示，該實施方式中，延遲啟動裝置連接在直流電源單元和電網(wǎng)之間，包括 輔助電源單元，控制組件以及開機延遲啟動單元，開機延遲啟動單元連接至控制組件和直 流電源單元，輔助電源單元連接至控制組件和直流電源裝置，控制組件還連接到直流電源 單元和電網(wǎng)。在本實施例中直流電源單元是太陽能電池板，但是本發(fā)明并不局限于此，也可 以是其他輸出能量存在波動的其他電能輸出設(shè)備，例如風能發(fā)電機等。
[0028] 具體而言，控制組件包括中央處理器單元CPU、整流單元和繼電器單元，其中，中央 處理器單元CPU分別連接至開機延遲啟動單元、輔助電源單元、直流電源單元（太陽能電池 板）、整流單元和繼電器單元，整流單元和繼電器單元連接在輔助電源單元和電網(wǎng)之間。整 流單元特別地是IGBT全橋，但其他能夠完成整流功能的電路也可以替換使用。
[0029] 圖2是根據(jù)發(fā)明實施方式的延時啟動裝置中開機延遲啟動單元的電路圖。
[0030] 如圖2所示，開機延遲啟動單元包括第一三極管Q1、第三開關(guān)元件Q3、第一穩(wěn)壓二 極管D1、第二穩(wěn)壓二極管D2和負載電阻R16-R18,第一穩(wěn)壓二極管D1的陰極電位為直流電 源單元的輸出電壓的一部分，陽極連接至第一三極管Q1的基極，第一三極管Q1的集電極連 接至第三開關(guān)元件Q3和第二穩(wěn)壓二極管D2的陰極，第三開關(guān)元件Q3連接直流電源單元和 負載電阻R16-R18。
[0031] 以下結(jié)合圖2分析開機延遲啟動單元完成的功能。第一穩(wěn)壓二極管D1的陰極連 接在第一組電阻R1-R3和第二組電阻R4-R5之間，電位根據(jù)第一組電阻和第二組電阻的分 壓關(guān)系為Va = Vpv* (R4+R5) AR1+R2+R3+R4+R5)，當Va小于穩(wěn)壓二極管電壓VD1+0. 7V時（即 太陽能電池板的輸出電壓Vpv小于（VD1+0. 7V)*(R1+R2+R3+R4+R5V(R4+R5)，以下稱之為第 一電壓％)，第一三極管Q1的基極電壓小于其導(dǎo)通電壓，由此第一三極管Q1截止；第一三極 管Q1的集電極電壓Vb = VD2 (例如，15V)，當Vb達到第三開關(guān)管Q3開啟電壓，第三開關(guān)管 Q3導(dǎo)通，將負載電阻R16-R18接入PV正極和負極之間，以此來消耗太陽能電池板的能量，使 虛高的Vpv降低，由此輔助電源單元無法啟動。
[0032] 反之，當太陽能電池板的輸出電壓Vpv大于第一電壓V。時，當Va大于V D1+0. 7V， 第一三極管Q1導(dǎo)通，第一三極管的集電極電壓Vb下降，導(dǎo)致開關(guān)管Q3截止，負載電阻 R16-R18從PV正極和負極之間斷開，不再消耗太陽能電池板的能量，輔助電源單元得以啟 動。
[0033] 另一方面，所述開機延遲啟動單元還包括第二三極管Q2,第二三極管Q2的基極連 接至中央處理器單元CPU，第二三極管的集電極Q2連接至第三開關(guān)元件Q3和第二穩(wěn)壓二極 管D2的陰極。
[0034] 當輔助電源單元啟動后，從中央處理器單元CPU向第二三極管Q2的基極發(fā)送LOAD 信號（高電平），由此第二三極管Q1導(dǎo)通，第二三極管的集電極電壓Vb下降，導(dǎo)致開關(guān)管 Q3關(guān)斷，負載電阻R16-R18從PV正極和負極之間斷開，由此能夠保持輔助電源單元的啟動 狀態(tài)。
[0035] 當輔助電源單元啟動后，中央處理器單元CPU控制繼電器單元吸合，這樣輔助電 源單元通過IGBT全橋連接至電網(wǎng)，這樣即使太陽能電池板的輸出能量下降的情況，電網(wǎng)的 電力通過IGBT全橋可以向輔助電源單元輸送，能夠保證輔助電源單元的持續(xù)工作而不會 重新停止工作。
[0036] 本發(fā)明所采用的延時啟動裝置消耗的負載功率P等于輔助電源單元功率加上繼 電器功率，相對其損耗都較小，一般在4W左右，這樣有效的降低了太陽能電池板的損耗。
[0037] 另一方面，在晚上太陽能電池板能量較低，系統(tǒng)處于待機狀態(tài)時，中央處理器單兀 CPU通過檢測Vpv電壓，當檢測到的Vpv電壓低于預(yù)先確定的第二電壓Vmin以下時將繼電器 單元切斷，同時將負載電阻R16-R18切入到電路中。這樣在光伏并網(wǎng)逆變器啟動后將不會 因為早上或者晚上能量低而導(dǎo)致輔助電源單元重復(fù)啟動的問題，并且也保證延時啟動裝置 在晚上不會消耗電能。
[0038] 另一方面，如圖1所示，在太陽能電池板與IGBT全橋之間設(shè)置BUS電容和二極 管，其中BUS電容起到儲能、濾波的作用；二極管起到防反向電流的作用。防止電網(wǎng)的電 力通過IGBT全橋流向太陽能電池板，由此對太陽能電池板造成損壞。特別地，二極管選用 600V/30A 二極管。
[0039] 需要說明的是，上述實施方式僅為本發(fā)明較佳的實施方案，不能將其理解為對本 發(fā)明保護范圍的限制，在未脫離本發(fā)明構(gòu)思前提下，對本發(fā)明所做的任何微小變化與修改 均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種連接直流電源單元和電網(wǎng)的延遲啟動裝置，包括輔助電源單元，控制組件以及 開機延遲啟動單元，開機延遲啟動單元連接至控制組件和直流電源單元，輔助電源單元連 接至控制組件和直流電源單元，控制組件還連接到直流電源單元和電網(wǎng)，開機延遲啟動單 元判斷直流電源單元的輸出電壓，當輸出電壓低于預(yù)先確定的第一電壓值時消耗直流電源 單元的電能，避免輔助電源單元啟動；當輸出電壓高于預(yù)先確定的第一電壓值時，開機延遲 啟動單元停止消耗直流電源單元的電能，控制組件保持輔助電源單元的啟動狀態(tài)。
2. 權(quán)利要求1所述的延遲啟動裝置，其特征在于，當輔助電源單元啟動后，控制組件監(jiān) 測直流電源單元的輸出電壓，當輸出電壓低于預(yù)先確定的第二電壓值時，控制組件關(guān)閉輔 助電源單元。
3. 權(quán)利要求1所述的延遲啟動裝置，其特征在于，所述控制組件包括中央處理器單元、 整流單元和繼電器單元，其中，中央處理器單元分別連接至開機延遲啟動單元、輔助電源單 元、直流電源單元、整流單元和繼電器單元，整流單元和繼電器單元連接在輔助電源單元和 電網(wǎng)之間，當直流電源單元輸出電壓高于預(yù)先確定的第一電壓值時，開機延遲啟動單元停 止消耗直流電源單元的電能，中央處理器單元避免開機延遲啟動單元重新消耗直流電源單 元的電能，并導(dǎo)通繼電器單元，當直流電源單元輸出電壓降低時，.電網(wǎng)通過整流單元向輔 助電源單元提供電能，由此保持輔助電源單元的啟動狀態(tài)。
4. 權(quán)利要求3所述的延遲啟動裝置，其特征在于，所述整流單元是IGBT全橋。
5. 權(quán)利要求1所述的延遲啟動裝置，其特征在于，所述開機延遲啟動單元包括第一三 極管、第三開關(guān)元件、第一穩(wěn)壓二極管、第二穩(wěn)壓二極管和負載電阻，第一穩(wěn)壓二極管的陰 極電位為直流電源單元的輸出電壓的一部分，陽極連接至第一三極管的基極，第一三極管 的集電極連接至第三開關(guān)元件和第二穩(wěn)壓二極管的陰極，第三開關(guān)元件連接直流電源單元 和負載電阻，當直流電源單元的輸出電壓低于預(yù)先確定的第一電壓值時，第一三極管基極 獲得的電壓經(jīng)過第一穩(wěn)壓二極管后低于其導(dǎo)通電壓，第一三極管的集電極電壓高導(dǎo)致第三 開關(guān)元件導(dǎo)通，將負載電阻連接至直流電源單元。
6. 權(quán)利要求5所述的延遲啟動裝置，其特征在于，所述開機延遲啟動單元還包括第 二三極管，第二三極管的基極連接至控制組件，第二三極管的集電極連接至第三開關(guān)元件 和第二穩(wěn)壓二極管的陰極，當控制組件控制第二三極管的基極電壓高于其導(dǎo)通電壓時，第 二三極管的集電極電壓降低導(dǎo)致第三開關(guān)元件關(guān)斷，將負載電阻從直流電源單元斷開。
7. 權(quán)利要求5所述的延遲啟動裝置，其特征在于，所述開機延遲啟動單元還包括第一 組分壓電阻和第二組分壓電阻，第一組分壓電阻和第二組分壓電阻之間的比值決定第一穩(wěn) 壓二極管的陰極從直流電源單元輸出電壓中獲得的一部分。
8. 權(quán)利要求1所述的延遲啟動裝置，其特征在于,所述延遲啟動裝置還包括防反向電 流二極管，所述防反向電流二極管連接在直流電源單元和電網(wǎng)之間，避免電網(wǎng)電能反向流 向直流電源單元。
9. 權(quán)利要求8所述的延遲啟動裝置，其特征在于，所述延遲啟動裝置還包括防儲能電 容，所述防儲能電容連接在直流電源單元和防反向電流二極管之間。
10. 權(quán)利要求8所述的延遲啟動裝置，其特征在于，所述防反向電流二極管為600V/30A 二極管。
【文檔編號】H02J3/38GK104124698SQ201310145072
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月25日
【發(fā)明者】王永寬, 艾攀紅, 朱昌亞, 洪光岱 申請人:惠州天能源逆變技術(shù)有限公司, 天寶電子（惠州）有限公司