专利名称：单相单级式的光伏并网逆变器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种逆变器，具体是高效的、并网的、单级式的、单相的光伏逆变
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背景技术：
在世界电能需求不断增长的今天，光伏发电技术日益受到重视。光伏发电系统主要有独立运行模式和并网发电模式两种。后者与前者相比，省掉了体积大、价格高、不易维护的蓄电池，具有造价低、输出电能稳定的优点，因而市场前景更为广阔。作为并网发电系统中的重要环节，光伏并网逆变器实现了光伏列阵的最大功率点跟踪，并通过控制算法将电能送入电网，使逆变器向电网传送的功率与光伏阵列所发出的最大功率相平衡。典型的光伏逆变器使用两个变换级，第一级被配置用于提供不变的直流电压，第二级被配置用于将不变的直流电压变换为交流电流。第一级通常是升压变换器，第二级包括单相或三相逆变器。单相光伏逆变器一般要求两级变换功率电路，用于将光伏阵列的变化直流电压变换为电网的固定频率的交流电流。传统的单相光伏逆变器使用升压变换器作为中间的能量存储，输出稳定的直流电压到逆变器中，逆变器的开关器件以固定的开关频率来控制逆变过程。升压变换器需要至少一个开关器件，逆变器需要4个开关器件，因此传统的单相光伏逆变器至少有5个开关器件产生开关损耗，降低了整个单相光伏逆变器的转换效率。经对现有技术文献的检索发现，焦在强、许洪华《单级式并网光伏逆变器》(可再生能源，2004年第5期，p34-36)设计了并网光伏发电系统的单级并网型逆变器。该装置可通过一级功率变换实现最大功率点跟踪和并网逆变的功能，逆变部分主要完成功率变换，最大功率点跟踪算法部分主要完成系统给定正弦波的幅值运算功能，以保证光伏阵列工作在最大功率点附近。虽然将两级功率变换集成到一级变换中，提高了整个系统的效率，但是逆变部分仍采用传统的电流滞环跟踪控制，逆变器的4个开关器件同时工作产生损耗，且光伏阵列的输出电压变化时，逆变控制和最大功率点跟踪的算法非常复杂，较难准确实现。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提出一种单级式的单相光伏逆变器。该逆变器可适应光伏阵列的输出电压变化，跟踪光伏阵列的最大功率点，且逆变时减少开关器件的损耗，提高了整个系统的效率。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括升压电感、降压电感和单级式、 单相逆变器，其中升压电感用于升压模式下的输出电流调制；降压电感用于降压模式下的输出电流调制；逆变器单级功率变换，只使用4个开关器件和2个快速二极管，可在降压和升压模式下将光伏阵列的电压变换为与电网电压同频率、同相位的交流电流馈送到电网中。所述的逆变器降压模式，光伏阵列的输出电压大于电网峰值电压，4个开关中控制2个，其中反并联快速二极管的开关器件按照SPWM控制输出电流与电网电压同频率同相位，另一开关器件持续保持导通，直到电网电压为零，更换另外2个开关器件控制，控制方法相同。降压模式利用与电网串联的降压电感向电网馈送电流，逆变过程中，持续导通的开关器件无损耗，只有一个开关器件产生开关损耗。所述的逆变器升压模式，光伏阵列的输出电压小于电网峰值电压，无法向电网馈送电流，逆变器工作在升压模式。未反并联快速二极管的2个开关器件同时导通，光伏阵列与升压电感形成回路，电网与降压电感通过反并联二极管导通形成回路，上臂或下臂的2 个开关器件按照SPWM控制切换，在电网电压的正半周或负半周内，另一未反并联二极管的开关器件持续导通，升压电感将向电网馈送电流。逆变过程中，持续导通的开关器件无损耗，上臂或下臂两个开关器件切换有损耗，有2个开关器件产生开关损耗。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果控制简单，且可实现高效逆变并网， 具体表现，第一、功率变换只有一级，整个系统的效率高；第二、整个光伏逆变器只有4个开关器件，简化了硬件结构，控制更加简单；第三、逆变器可在降压和升压模式下工作，适应光伏阵列的输出电压变化范围宽；第四、降压逆变时，只有一个开关器件工作，升压逆变时，上臂或下臂两个开关器件互相切换，使得开关损耗整体较小；第四、调节输送到电网中的交流电流幅值，可跟踪光伏阵列的最大功率点。
图1为根据本发明的一个实施例。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例包括稳压电容4、升压电感6、4个开关器件12、14、16和 18、快速二极管22和24、降压电感沈，其中稳压电容4增强光伏阵列输出电压的稳定性； 升压电感6用于在逆变器升压模式下向电网馈送同频率同相位的电流；降压电感沈用于在逆变器降压模式下向电网馈送同频率同相位的电流；开关器件12、14、16、18和快速二极管 22,24的不同导通状态决定逆变器的工作模式。光伏阵列的输出电压大于电网峰值电压为降压模式，在电网电压的正半周内，控制开关器件12和18，开关器件18持续保持导通状态，无开关损耗。按照SPWM控制开关器件12的导通和关断，当开关器件12导通时，光伏阵列2、升压电感6、降压电感沈和电网观形成回路；当开关器件12关断时，降压电感26、电网观经快速二极管M导通形成回路。在电网电压的负半周内，控制开关器件14和16，开关器件16持续保持导通状态，无开关损耗。 按照SPWM控制开关器件14的导通和关断，当开关器件14导通时，光伏阵列2、升压电感6、 降压电感沈和电网28形成回路；当开关器件14关断时，降压电感26、电网28经快速二极管22导通形成回路。降压模式下，只有一个开关损耗。降压电感沈用于向电网馈送电流， 降压电感沈的电流27为与电网电压同频率同相位的交流电流。光伏阵列的输出电压小于电网峰值电压为升压模式，在电网电压的正半周内，控制开关器件12、16和18，开关器件18持续保持导通状态，无开关损耗。按照SPWM控制切换开关器件12和16，当开关器件16导通、12关断时，光伏阵列2、升压电感6形成回路，降压电感沈和电网观经快速二极管M导通形成回路；当开关器件12导通、16关断时，开关器件12先导通16再关断，光伏阵列2、升压电感6、降压电感26、电网观形成回路。在电网电压的负半周内，控制开关器件14、16和18，开关器件16持续保持导通状态，无开关损耗。按照SPWM控制切换开关器件14和18，当开关器件18导通、14关断时，光伏阵列2、升压电感 6形成回路，降压电感沈和电网观经快速二极管22导通形成回路；当开关器件14导通、 18关断时，开关器件14先导通18后关断，光伏阵列2、升压电感6、降压电感26、电网28形成回路。升压模式下有两个开关器件切换产生2个开关损耗。升压电感6用于向电网馈送电流，升压电感6的电流7为与整流的电网电压同频率同相位的直流电流。元件列表
(2)光伏阵列
(4) ^急压电容器
(6)升压电感
(7)电流
(12)开关器件
(14)开关器件
(16)开关器件
(18)开关器件
(22)快速二极·
(24)快速二极·
(26)降压电感
(27)电流
(28)电网
(30)逆变器
权利要求
1.一种单相单级式的光伏并网逆变器(100)，包括升压电感(6)、逆变器(30)、降压电感06)，其中升压电感(6)、降压电感06)分别用于逆变器(30)升压模式和降压模式下向电网馈送电流，逆变器(30)用于将光伏阵列可变的输出直流电压转换为与电网同频率同相位的交流电流馈送到电网。
2.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器(100)，其特征是，该逆变器使用4个开关器件，通过单级功率变换可实现最大功率点跟踪和并网逆变的功能。
3.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器(100)，其特征是，开关器件和快速二极管的不同导通状态决定逆变器的工作模式，快速二极管自动导通或关断，降压模式控制2个开关器件，调制控制1个开关器件，升压模式控制3个开关器件，调制切换2个开关器件。
4.根据权利要求3所述的光伏并网逆变器(100)，其特征是，光伏阵列(2)的输出电压大于电网(28)电压峰值为降压模式，电网电压正半周期时，开关器件(18)持续导通，无开关损耗，调制控制开关器件(12)，电网电压负半周期时，开关器件(16)持续导通，无开关损耗，调制控制开关器件(14)。
5.根据权利要求3所述的光伏并网逆变器(100)，其特征是，光伏阵列(2)的输出电压小于电网08)电压峰值为升压模式，电网电压正半周期时，开关器件(18)持续导通，无开关损耗，调制切换开关器件(12)和(16)，电网电压负半周期时，开关器件(16)持续导通，无开关损耗，调制切换开关器件(14)和(18)。
6.根据权利要求5所述的光伏并网逆变器(100)，其特征是，先导通后关断原则，调制切换开关器件(12)和(16)时，开关器件(12)先导通、(16)后关断，调制切换开关器件(14) 和(18)时，开关器件(14)先导通、(18)后关断。
全文摘要
一种单相单级式的光伏并网逆变器(100)，包括稳压电容(4)、升压电感(6)、逆变器(30)、降压电感(26)，其中稳压电容(6)增强光伏阵列输出电压的稳定性；升压电感(6)、降压电感(26)分别用于逆变器升压模式和降压模式下向电网馈送同频率同相位的电流；开关器件和快速二极管的不同导通状态决定逆变器的工作模式，降压模式控制2个开关器件，调制控制1个开关器件；升压模式控制3个开关器件，调制切换2个开关器件。该逆变器仅4个开关器件，通过单级功率变换实现最大功率点跟踪和并网逆变的功能，可用于家庭智能电网的电力系统中。
文档编号H02J3/38GK102315649SQ20101029588
公开日2012年1月11日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者刘闯 申请人:刘闯