一種光伏逆變器供電系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光伏逆變器供電系統(tǒng)，其特征在于：工頻隔離變壓器的副邊繞組形成至少三路輸出，一路輸出為光伏逆變器的系統(tǒng)元件供電，第二路輸出連接第一交流-直流轉(zhuǎn)換單元的輸入端，第三路輸出經(jīng)限流電阻R1連接第二交流-直流轉(zhuǎn)換單元的輸入端，第二交流-直流轉(zhuǎn)換單元的輸出端連接到接觸器線包，DC/DC高頻開關(guān)電源的輸入端連接到光伏逆變器的直流輸入端，另外一路為光伏逆變器的控制系統(tǒng)供電。本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是提供了一種上述的光伏逆變器供電系統(tǒng)在電網(wǎng)發(fā)生低電壓穿越故障時的工作方法。本發(fā)明確保了系統(tǒng)母線電壓的穩(wěn)定性；滿足了低電壓穿越的供電需求，確保了整個光伏逆變器10~20年長壽命的要求。
【專利說明】一種光伏逆變器供電系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光伏逆變器供電系統(tǒng)及其在電網(wǎng)發(fā)生低電壓穿越故障時的工作方法，能有效解決光伏逆變器系統(tǒng)供電的各種問題，滿足低電壓穿越期間的供電要求，屬于光伏逆變器供電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著光伏行業(yè)的發(fā)展壯大，市場對光伏逆變器提出嚴(yán)格要求:正常工作需要具備高可靠性，長壽命要求，逆變器需具備低電壓穿越功能，即在電網(wǎng)發(fā)生低電壓穿越故障時，光伏逆變器不僅不能脫網(wǎng)，還要向電網(wǎng)提供無功支撐，幫助電網(wǎng)盡快恢復(fù)。例圖1，若在0時亥IJ，電網(wǎng)發(fā)生低壓穿越故障，電網(wǎng)電壓跌落，則0?T1時刻光伏逆變器必須保持并網(wǎng)運行，T1?T2時刻當(dāng)電網(wǎng)電壓逐漸恢復(fù)，光伏逆變器才可以從電網(wǎng)切出。
[0003]目前光伏逆變器控制系統(tǒng)供電方案在電網(wǎng)低電壓穿越時存在如下問題:
[0004]1、電網(wǎng)發(fā)生低電壓穿越時，電網(wǎng)電壓跌落，通過電網(wǎng)側(cè)取電在跌落時間段內(nèi)失電，無法滿足逆變器控制系統(tǒng)供電要求。
[0005]2、主接觸器的控制線圈(以下簡稱接觸器線包)為感性負(fù)載，在吸合時候需要的功率較大，但維持吸合需要的功率較小，所以多采用交流側(cè)供電方式。系統(tǒng)發(fā)生低電壓穿越時，電網(wǎng)電壓跌落，接觸器線包失電，接觸器斷開脫網(wǎng)。
[0006]3、為了滿足低電壓穿越要求，目前大多數(shù)廠家采用加UPS的方案，UPS本身帶電池，成本高，屬于工業(yè)用品，無法滿足光伏逆變器10年，甚至20年的壽命要求，需要定期更換。也有廠家采用大的電解電容支撐，來滿足低電壓穿越的要求，例如名稱為《一種光伏逆變器低電壓穿越電路》，專利號為201120477261.4的實用新型專利采用大的電解電容支撐，來滿足低電壓穿越的要求，電解電容同樣存在壽命問題，需要定期更換。
[0007]4、接觸器線包為感性負(fù)載，在吸合的時候功率較大，與光伏逆變器控制系統(tǒng)供電共用母線，會引起母線電壓劇烈波動，有時候嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)可靠工作。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提高光伏逆變器控制系統(tǒng)的可靠性，且使其滿足低電壓穿越要求，同時，不影響使用壽命。
[0009]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一個技術(shù)方案是提供了一種光伏逆變器供電系統(tǒng)，包括工頻隔離變壓器、第一交流-直流轉(zhuǎn)換單元、第二交流-直流轉(zhuǎn)換單元、DC / DC高頻開關(guān)電源，其特征在于:工頻隔離變壓器的原邊繞組連接電網(wǎng)，工頻隔離變壓器的副邊繞組形成至少三路輸出，一路輸出為光伏逆變器的系統(tǒng)元件供電，第二路輸出連接第一交流-直流轉(zhuǎn)換單元的輸入端，第一交流-直流轉(zhuǎn)換單元的輸出端形成直流母線電壓，第三路輸出連接第二交流-直流轉(zhuǎn)換單元的輸入端，第二交流-直流轉(zhuǎn)換單元的輸出端連接到接觸器線包，DC / DC高頻開關(guān)電源的輸入端連接到光伏逆變器的直流輸入端，其輸出端并聯(lián)到直流母線電壓，直流母線電壓分為兩路，一路經(jīng)過整流二極管D2以及開關(guān)器件連接到接觸器線包，另外一路為光伏逆變器的控制系統(tǒng)供電。
[0010]優(yōu)選地，所述第一交流-直流轉(zhuǎn)換單元為AC / DC高頻開關(guān)電源或橋式整流電源。
[0011]優(yōu)選地，所述第二交流-直流轉(zhuǎn)換單元為整流模塊。
[0012]優(yōu)選地，在所述整流模塊的輸出端上并聯(lián)有濾波電容C1。
[0013]優(yōu)選地，所述開關(guān)器件為電子開關(guān)、或繼電器、或接觸器。
[0014]優(yōu)選地，所述工頻隔離變壓器的副邊繞組的第三路輸出經(jīng)限流電阻R1或保險絲連接第二交流-直流轉(zhuǎn)換單元的輸入端。
[0015]本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是提供了一種上述的光伏逆變器供電系統(tǒng)在電網(wǎng)發(fā)生低電壓穿越故障時的工作方法，其特征在于，步驟為:
[0016]在每一次主接觸器吸合之前，開關(guān)器件處于斷開的狀態(tài)，控制系統(tǒng)發(fā)閉合接觸器命令，此時，由第二交流-直流轉(zhuǎn)換單元輸出的直流電壓提供接觸器吸合過程中所需的吸合功率，當(dāng)接觸器穩(wěn)定吸合以后，開關(guān)器件(閉合，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生低電壓穿越故障時，電網(wǎng)失電，工頻隔離變壓器輸入供電丟失，第二交流-直流轉(zhuǎn)換單元失電，此時，由DC / DC高頻開關(guān)電源輸出的直流母線電壓保持系統(tǒng)供電，以及提供接觸器的吸合保持功率，滿足低電壓穿越時的供電要求。
[0017]本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0018]1、采用AC / DC高頻開關(guān)電源以及DC / DC高頻開關(guān)電源同時給光伏逆變器系統(tǒng)供電，確保了系統(tǒng)母線電壓的穩(wěn)定性，實現(xiàn)了系統(tǒng)供電1+1備份，提高了系統(tǒng)的可靠性。
[0019]2、在低電壓穿越期間，DC / DC高頻開關(guān)電源為整個光伏逆變器供電，滿足了低電壓穿越的供電需求，AC / DC及DC / DC高頻開關(guān)電源的獨特設(shè)計，確保了整個光伏逆變器10?20年長壽命的要求。
[0020]3、通過有效的電路以及工作時序控制，在接觸器吸合過程中，實現(xiàn)了接觸器供電與控制系統(tǒng)供電的有效隔離，大大降低了接觸器工作對控制系統(tǒng)供電的干擾。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為光伏發(fā)電站并網(wǎng)點電壓與時間曲線圖；
[0022]圖2為本發(fā)明提供的一種光伏逆變器供電系統(tǒng)的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0023]為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。
[0024]如圖2所示，本發(fā)明提供的一種光伏逆變器供電系統(tǒng)包括工頻隔離變壓器T1、AC / DC高頻開關(guān)電源、DC / DC高頻開關(guān)電源、限流電阻R1、整流模塊DB1、整流二極管D2、開關(guān)器件S1、濾波電容C1。
[0025]工頻隔離變壓器T1的輸入繞組N1連接電網(wǎng)，輸出分為三個繞組分別為第一輸出繞組N2、第二輸出繞組N3及第三輸出繞組N4(不限制輸出為三繞組，可以是同一個繞組，也可以是任意功能組合的兩個繞組)，其中第一輸出繞組N2的輸出電壓U2為交流風(fēng)機等其它光伏逆變器的系統(tǒng)元件供電。第二輸出繞組N3連接AC / DC高頻開關(guān)電源的輸入，AC /DC高頻開關(guān)電源的輸出并聯(lián)到直流母線電壓U1，為光伏逆變器的控制系統(tǒng)供電。第三輸出繞組N4經(jīng)限流電阻R1及整流模塊DB1后產(chǎn)生輸出電壓U3，連接接觸器線包，在正常工作模式中給接觸器供電，提供比較大的瞬時吸合功率。DC / DC高頻開關(guān)電源輸入連接到光伏逆變器的直流輸入端，其輸出電壓并聯(lián)到直流母線電壓U1，直流母線電壓U1分為兩路，一路經(jīng)過整流二極管D2以及開關(guān)器件S1連接到接觸器線包，另外一路給光伏逆變器的控制系統(tǒng)供電。開關(guān)器件S1可以為IGBT，MOSFET等各種形式的電子開關(guān)，也可以是繼電器，接觸器。隔離二極管D2以及開關(guān)器件S1的位置，可以根據(jù)需要在正直流母線，或者負(fù)直流母線。
[0026]工頻隔離變壓器T1設(shè)置容量為1.6KVA，不限于三輸出繞組，也可以多個繞組，滿足其他供電的需求。AC / DC高頻開關(guān)電源采用單管反激拓?fù)洌珼C / DC高頻開關(guān)電源采用雙管反激拓?fù)?，濾波電容C1為luF?10uF，優(yōu)選為2.2uF，二極管D2為STTH212U，限流電阻R1為NTC SCK30-S,整流模塊DB1為整流橋GBPC2502，開關(guān)器件S1為開關(guān)管，也可以是繼電器，其中開關(guān)器件S1的作用是在接觸器吸合信號給定后延時2S再將DC / DC高頻開關(guān)電源輸出電壓供給，避免接觸器吸合時對直流母線電壓U1的沖擊。
[0027]本發(fā)明提供的一種光伏逆變器供電系統(tǒng)在電網(wǎng)發(fā)生低電壓穿越故障時的工作方法為:
[0028]在每一次主接觸器吸合之前，開關(guān)器件S1處于斷開的狀態(tài)，控制系統(tǒng)發(fā)閉合接觸器命令，此時，主接觸器吸合過程中所需的吸合功率由整流模塊DB1的輸出電壓U3提供，當(dāng)接觸器穩(wěn)定吸合以后，開關(guān)器件S1閉合，直流母線電壓U1經(jīng)過輸出隔離二極管D2與開關(guān)器件S1后,與輸出電壓U3并聯(lián)。本發(fā)明中，直流母線電壓U1小于輸出電壓U3 —定值，輸出電壓U3會隨著電網(wǎng)電壓的波動而波動，正常工作時，輸出電壓U3提供接觸器保持功率。直流母線電壓U1為AC / DC高頻開關(guān)電源及DC / DC高頻開關(guān)電源的輸出電壓，非常穩(wěn)定，由于輸出隔離二極管D2的存在，不會受到輸出電壓U3波動的影響。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生低電壓穿越故障時，電網(wǎng)失電，工頻隔離變壓器T1輸入供電丟失，相應(yīng)的AC / DC高頻開關(guān)電源輸出失電，整流模塊DB1的輸出電壓U3失電，此時由DC / DC高頻開關(guān)電源輸出的直流母線電壓U1保持系統(tǒng)供電，以及提供主接觸器吸合的保持功率，滿足低電壓穿越時的供電要求。
[0029]本光伏逆變器供電系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施咧對本發(fā)明作了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實質(zhì)和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種光伏逆變器供電系統(tǒng)，包括工頻隔離變壓器(T1)、第一交流-直流轉(zhuǎn)換單元、第二交流-直流轉(zhuǎn)換單元、DC / DC高頻開關(guān)電源，其特征在于:工頻隔離變壓器(T1)的原邊繞組連接電網(wǎng)，工頻隔離變壓器(T1)的副邊繞組形成至少三路輸出，一路輸出為光伏逆變器的系統(tǒng)元件供電，第二路輸出連接第一交流-直流轉(zhuǎn)換單元的輸入端，第一交流-直流轉(zhuǎn)換單元的輸出端形成直流母線電壓(U1)，第三路輸出連接第二交流-直流轉(zhuǎn)換單元的輸入端，第二交流-直流轉(zhuǎn)換單元的輸出端連接到接觸器線包，DC / DC高頻開關(guān)電源的輸入端連接到光伏逆變器的直流輸入端，其輸出端并聯(lián)到直流母線電壓(U1)，直流母線電壓(U1)分為兩路，一路經(jīng)過整流二極管D2以及開關(guān)器件(S1)連接到接觸器線包，另外一路為光伏逆變器的控制系統(tǒng)供電。
2.如權(quán)利要求1所述的一種光伏逆變器供電系統(tǒng)，其特征在于:所述第一交流-直流轉(zhuǎn)換單元為AC / DC高頻開關(guān)電源或橋式整流電源。
3.如權(quán)利要求1所述的一種光伏逆變器供電系統(tǒng)，其特征在于:所述第二交流-直流轉(zhuǎn)換單元為整流模塊(DB1)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種光伏逆變器供電系統(tǒng)，其特征在于:在所述整流模塊(DB1)的輸出端上并聯(lián)有濾波電容C1。
5.如權(quán)利要求1所述的一種光伏逆變器供電系統(tǒng)，其特征在于:所述開關(guān)器件(S1)為電子開關(guān)、或繼電器、或接觸器。
6.如權(quán)利要求1所述的一種光伏逆變器供電系統(tǒng)，其特征在于:所述工頻隔離變壓器(T1)的副邊繞組的第三路輸出經(jīng)限流電阻R1或保險絲連接第二交流-直流轉(zhuǎn)換單元的輸入端。
7.—種如權(quán)利要求1所述的光伏逆變器供電系統(tǒng)在電網(wǎng)發(fā)生低電壓穿越故障時的工作方法，其特征在于，步驟為:在每一次主接觸器吸合之前，開關(guān)器件(S1)處于斷開的狀態(tài)，控制系統(tǒng)發(fā)閉合接觸器命令，此時，由第二交流-直流轉(zhuǎn)換單元輸出的直流電壓(U3)提供接觸器吸合過程中所需的吸合功率，當(dāng)接觸器穩(wěn)定吸合以后，開關(guān)器件(S1)閉合，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生低電壓穿越故障時，電網(wǎng)失電，工頻隔離變壓器(T1)輸入供電丟失，第二交流-直流轉(zhuǎn)換單元失電，此時，由DC / DC高頻開關(guān)電源輸出的直流母線電壓(U1)保持系統(tǒng)供電，以及提供接觸器的吸合保持功率，滿足低電壓穿越時的供電要求。
【文檔編號】H02J9/04GK103683978SQ201310482663
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月15日
【發(fā)明者】朱軍衛(wèi), 徐劍峰, 張俊 申請人:上海正泰電源系統(tǒng)有限公司