一种集成直流配电的模块化光伏并网逆变器的制作方法

本发明涉及到电力电子设备技术领域，尤其涉及一种集成直流配电的模块化光伏并网逆变器。

背景技术：

随着能源危机和环境保护的压力急剧增加，太阳能作为一种具有分布广、无污染特点的新能源得到大力发展。光伏逆变器作为光伏并网发电的核心部件之一，在国内外市场规模均保持快速增长。

市场决定逆变器的需求，政策引导逆变器发展方向。虽然2015 年国内光伏并网逆变器新增装机容量达到15GW，但是价格持续下滑。这就要求光伏逆变器在拥有高标准性能的同时能够实现低成本。由于光伏电站所处的环境相对恶劣，光伏电站维护的人力成本较高，这就要求光伏并网逆变器少维护、易维护；从发电量角度考虑，希望光伏并网逆变器出线故障时能够快速的进行维护；从安装空间需求角度考虑，越紧凑的光伏并网逆变器所占用的空间越小。目前，市场上光伏并网逆变器种类繁多，较大功率等级范围从50kW 到1MW 均有，各个功率等级柜体结构之间模块化、通用化设计运用几乎没有，产品众多，设计、生产对技术人员或制造生产人员、运用维护人员都存在较大压力。

作为光伏发电系统的核心装置光伏并网逆变器，市面上的产品大多存在如下缺陷：1、光伏并网逆变器设置单独的直流配电柜，空间结构浪费，成本高；2、逆变器装置的功率单元结构标准化与通用性不好，导致设备种类较多，不利于批量化生产；3、逆变器装置的可扩展性较差；4、逆变器装置的安装、维护不方便。

公开号为CN 202713186U，公开日为2013年01月30日的中国专利文献公开了一种光伏并网逆变器，其特征在于，包括依次连接的直流断路器、直流EMC滤波器、三相全桥逆变电路、LC滤波器、三相变压器、交流接触器、交流EMC滤波器、交流断路器和交流防雷器，其中：所述直流断路器的一端接所述直流EMC滤波器，另一端作为所述光伏并网逆变器的输入端；所述交流断路器和交流防雷器的相接端作为所述光伏并网逆变器的输出端；所述交流防雷器接地。

该专利文献公开的光伏并网逆变器，由于结构设计不合理，空间结构浪费大，光伏并网逆变器的功率单元结构标准化与通用性较差，不利于批量化生产，且可扩展性较差。

公开号为CN 205248632U，公开日为2016年05月18日的中国专利文献公开了一种集成直流配电柜的光伏并网逆变器柜，其特征在于：所述的光伏并网逆变器柜包括交流输出并网柜、功率柜和直流输入配电柜；交流输出并网柜位于柜体左侧，功率柜位于交流输出并网柜和直流配电柜之间，直流配电柜位于柜体右侧；交流输出并网柜的三相输入连接功率柜的电抗器输出端和功率柜的交流侧，交流输出并网柜的三相输出连接电网，功率柜的直流侧连接直流输入配电柜的直流侧；所述的交流输出并网柜用于将功率柜逆变的交流电并入电网；功率柜用于将直流输入配电柜汇入的直流逆变为交流电。

该专利文献公开的集成直流配电柜的光伏并网逆变器柜，需要单独增设直流输入配电柜，造成较大的空间结构浪费，成本高；功率柜和直流输入配电柜各自独立，不便于扩展容量；其中功率单元的结构布局不合理，不便于易损部件的安装和维护。

技术实现要素：

本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种集成直流配电的模块化光伏并网逆变器，本发明直接将直流断路器集成到功率柜的功率单元中，并模块化设计功率单元，使得通用性和容量可扩展性增强，并对功率单元的结构进行合理优化布局，使整个光伏并网逆变器的功率单元具有结构紧凑，空间利用率高和易维护的特点。

本发明通过下述技术方案实现：

一种集成直流配电的模块化光伏并网逆变器，包括交流柜和功率柜，功率柜内设置有一个功率单元，其特征在于：所述功率单元包括自上而下依次设置的功率组件、直流断路器、交流接触器和LC滤波电路，所述直流断路器与功率组件连接，功率组件与LC滤波电路的输入端连接，LC滤波电路的输出端与交流接触器连接；所述交流柜包括自上而下依次设置的主控制器、第一配电板、交流断路器、第二配电板和交流滤波器，所述交流接触器与交流滤波器连接，交流滤波器与交流断路器连接；所述功率柜，用于将光伏电池产生的直流电经直流断路器后进入功率组件逆变成交流电；所述交流柜，用于将功率柜逆变的交流电并入电网。

所述功率组件，用于将直流电逆变成交流电，直流断路器，用于直流进线保护。

所述LC滤波电路，用于滤除交流谐波，交流接触器，用于将功率单元接入电网。

所述主控制器，用于接收上位机指令，采集直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、交流断路器和直流断路器的数据，根据采集的数据及上位机给出的指令发出驱动脉冲控制功率单元工作，使直流电逆变成交流电并入电网，交流断路器，用于交流输出保护，交流滤波器，用于滤除交流谐波。

还包括不间断电源，不间断电源设置在第一配电板和交流断路器之间，不间断电源，用于外部AC220V供电故障时为主控制器提供电源。

所述LC滤波电路包括三相交流电抗器和交流滤波电容，三相交流电抗器一端每两相之间连接所述交流滤波电容。

所述交流滤波器为交流EMC滤波器。

光伏电池的直流输出端与直流断路器的输入端之间连接有直流避雷器。

所述功率柜为三个，三个功率柜并排布置。

本发明所述交流EMC滤波器，即电磁兼容性滤波器，具有较高的插入损耗，较低的泄漏电流；适用于抑制电网噪声和高谐波及开关电源所产生的噪声和高频谐波。

本发明的工作原理如下：

工作时，光伏电池产生的直流电经直流断路器后进入功率组件, 功率组件将直流电逆变成基波为正弦波的交流脉冲信号, 逆变后基波为正弦波的交流脉冲信号经LC滤波电路滤除谐波变成近似正弦的交流电，该近似正弦的交流电再经交流接触器进入交流柜的交流滤波器中，交流滤波器再次滤波后进入交流断路器，最后得到的交流电经过交流断路器输出并入电网。

本发明的有益效果主要表现在以下方面：

一、本发明，功率单元包括自上而下依次设置的功率组件、直流断路器、交流接触器和LC滤波电路，直流断路器与功率组件连接，功率组件与LC滤波电路的输入端连接，LC滤波电路的输出端与交流接触器连接；通过将直流断路器直接集成到功率柜的功率单元中，较现有技术单独配置直流输入配电柜而言，能够将功率单元进行模块化设计，将功率单元集中设置在一个功率柜里面，使得整个光伏并网逆变器只需通过增减模块化的功率柜就能够增加功率等级，扩容相当方便，能够达到50kW-1MW宽范围的功率配置效果，由于功率单元能够进行模块化设计，其结构标准化与通用性好，有利于批量化生产；交流柜包括自上而下依次设置的主控制器、第一配电板、交流断路器、第二配电板和交流滤波器，交流接触器与交流滤波器连接，交流滤波器与交流断路器连接；功率柜，用于将光伏电池产生的直流电经直流断路器后进入功率组件逆变成交流电；交流柜，用于将功率柜逆变的交流电并入电网，整个方案作为一个完整的技术方案，通过将功率柜以及交流柜里面的各部件进行合理优化布局，使整个光伏并网逆变器的功率单元具有结构紧凑，空间利用率高的特点，使得绝大部分易损部件能够从功率柜的前门实现维护，进而使整个安装和维护变得更加方便，可实现规模化低成本生产效益，通过将直流断路器直接集成到功率单元中，不仅缩减了整个光伏并网逆变器的体积和成本，并且使得光伏并网逆变器具有易维护、易维修、通用性强、容量可扩展性强、规模化成本低的特点。

二、本发明，功率组件，用于将直流电逆变成交流电，通过将来自光伏电池的直流电逆变成基波为正弦波的交流电，为后续并网提供交流电；直流断路器，用于直流进线保护，当直流输入发生过流时通过直流断路器断开直流电就能够有效保护光伏并网逆变器。

三、本发明，LC滤波电路，用于滤除交流谐波，通过将功率组件逆变出的交流电中的大部分谐波滤除掉，能够有效降低谐波对电网的影响；交流接触器，用于将功率单元接入电网，避免造成电网电压的波动，通过交流接触器就能够将运行稳定的交流电并入电网，保证并网后的电网质量。

四、本发明，主控制器，用于接收上位机指令，采集直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、交流断路器和直流断路器的数据，根据采集的数据及上位机给出的指令发出驱动脉冲控制功率单元工作，使直流电逆变成交流电并入电网；交流断路器，用于交流输出保护，当交流输出发生过流时通过交流断路器断开交流电就能够保护光伏并网逆变器；交流滤波器，用于滤除交流谐波，通过滤除功率组件产生的噪声和高频谐波，能够提高并网交流电的电磁兼容性。

五、本发明，还包括不间断电源，不间断电源设置在第一配电板和交流断路器之间，不间断电源，用于外部AC220V供电故障时为主控制器提供电源，避免突然掉电对主控制器造成损害，从而保障整个光伏并网逆变器的工作稳定性。

六、本发明，LC滤波电路包括三相交流电抗器和交流滤波电容，三相交流电抗器一端每两相之间连接所述交流滤波电容，能够对电路中的高次谐波进行有效过滤，避免造成电网电压的波动，能够进一步保障并入电网的质量。

七、本发明，交流滤波器为交流EMC滤波器，采用特定的交流EMC滤波器，能够有效消除电磁干扰，使整个光伏并网逆变器的运行更加稳定。

八、本发明，光伏电池的直流输出端与直流断路器的输入端之间连接有直流避雷器，能够防止雷击，进一步保障光伏并网逆变器的各部件运行安全。

九、本发明，功率柜为三个，三个功率柜并排布置，通过增加功率柜就能够提高整个光伏并网逆变器的功率等级，扩容方便灵活。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的背面结构示意图；

图3为本发明的电气原理示意图；

图4为本发明实施例5中电气原理示意图；

图中标记：1、交流柜，2、功率柜，3、功率组件，4、直流断路器，5、交流接触器，6、LC滤波电路，7、主控制器，8、第一配电板，9、交流断路器，10、第二配电板，11、交流滤波器，12、光伏电池，13、不间断电源，14、三相交流电抗器，15、交流滤波电容，16、直流避雷器。

具体实施方式

实施例1

参见图1-图3，一种集成直流配电的模块化光伏并网逆变器，包括交流柜1和功率柜2，功率柜2内设置有一个功率单元，所述功率单元包括自上而下依次设置的功率组件3、直流断路器4、交流接触器5和LC滤波电路6，所述直流断路器4与功率组件3连接，功率组件3与LC滤波电路6的输入端连接，LC滤波电路6的输出端与交流接触器5连接；所述交流柜1包括自上而下依次设置的主控制器7、第一配电板8、交流断路器9、第二配电板10和交流滤波器11，所述交流接触器5与交流滤波器11连接，交流滤波器11与交流断路器9连接；所述功率柜2，用于将光伏电池12产生的直流电经直流断路器4后进入功率组件3逆变成交流电；所述交流柜1，用于将功率柜2逆变的交流电并入电网。

本实施例为最基本的实施方式，功率单元包括自上而下依次设置的功率组件、直流断路器、交流接触器和LC滤波电路，直流断路器与功率组件连接，功率组件与LC滤波电路的输入端连接，LC滤波电路的输出端与交流接触器连接；通过将直流断路器直接集成到功率柜的功率单元中，较现有技术单独配置直流输入配电柜而言，能够将功率单元进行模块化设计，将功率单元集中设置在一个功率柜里面，使得整个光伏并网逆变器只需通过增减模块化的功率柜就能够增加功率等级，扩容相当方便，能够达到50kW-1MW宽范围的功率配置效果，由于功率单元能够进行模块化设计，其结构标准化与通用性好，有利于批量化生产；交流柜包括自上而下依次设置的主控制器、第一配电板、交流断路器、第二配电板和交流滤波器，交流接触器与交流滤波器连接，交流滤波器与交流断路器连接；功率柜，用于将光伏电池产生的直流电经直流断路器后进入功率组件逆变成交流电；交流柜，用于将功率柜逆变的交流电并入电网，整个方案作为一个完整的技术方案，通过将功率柜以及交流柜里面的各部件进行合理优化布局，使整个光伏并网逆变器的功率单元具有结构紧凑，空间利用率高的特点，使得绝大部分易损部件能够从功率柜的前门实现维护，进而使整个安装和维护变得更加方便，可实现规模化低成本生产效益，通过将直流断路器直接集成到功率单元中，不仅缩减了整个光伏并网逆变器的体积和成本，并且使得光伏并网逆变器具有易维护、易维修、通用性强、容量可扩展性强、规模化成本低的特点。

实施例2

参见图1-图3，一种集成直流配电的模块化光伏并网逆变器，包括交流柜1和功率柜2，功率柜2内设置有一个功率单元，所述功率单元包括自上而下依次设置的功率组件3、直流断路器4、交流接触器5和LC滤波电路6，所述直流断路器4与功率组件3连接，功率组件3与LC滤波电路6的输入端连接，LC滤波电路6的输出端与交流接触器5连接；所述交流柜1包括自上而下依次设置的主控制器7、第一配电板8、交流断路器9、第二配电板10和交流滤波器11，所述交流接触器5与交流滤波器11连接，交流滤波器11与交流断路器9连接；所述功率柜2，用于将光伏电池12产生的直流电经直流断路器4后进入功率组件3逆变成交流电；所述交流柜1，用于将功率柜2逆变的交流电并入电网。

所述功率组件3，用于将直流电逆变成交流电，直流断路器4，用于直流进线保护。

所述LC滤波电路6，用于滤除交流谐波，交流接触器5，用于将功率单元接入电网。

所述主控制器7，用于接收上位机指令，采集直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、交流断路器9和直流断路器4的数据，根据采集的数据及上位机给出的指令发出驱动脉冲控制功率单元工作，使直流电逆变成交流电并入电网，交流断路器9，用于交流输出保护，交流滤波器11，用于滤除交流谐波。

本实施例为一较佳实施方式，功率组件，用于将直流电逆变成交流电，通过将来自光伏电池的直流电逆变成基波为正弦波的交流电，为后续并网提供交流电；直流断路器，用于直流进线保护，当直流输入发生过流时通过直流断路器断开直流电就能够有效保护光伏并网逆变器。

LC滤波电路，用于滤除交流谐波，通过将功率组件逆变出的交流电中的大部分谐波滤除掉，能够有效降低谐波对电网的影响；交流接触器，用于将功率单元接入电网，避免造成电网电压的波动，通过交流接触器就能够将运行稳定的交流电并入电网，保证并网后的电网质量。

主控制器，用于接收上位机指令，采集直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、交流断路器和直流断路器的数据，根据采集的数据及上位机给出的指令发出驱动脉冲控制功率单元工作，使直流电逆变成交流电并入电网；交流断路器，用于交流输出保护，当交流输出发生过流时通过交流断路器断开交流电就能够保护光伏并网逆变器；交流滤波器，用于滤除交流谐波，通过滤除功率组件产生的噪声和高频谐波，能够提高并网交流电的电磁兼容性。

实施例3

参见图1-图3，一种集成直流配电的模块化光伏并网逆变器，包括交流柜1和功率柜2，功率柜2内设置有一个功率单元，所述功率单元包括自上而下依次设置的功率组件3、直流断路器4、交流接触器5和LC滤波电路6，所述直流断路器4与功率组件3连接，功率组件3与LC滤波电路6的输入端连接，LC滤波电路6的输出端与交流接触器5连接；所述交流柜1包括自上而下依次设置的主控制器7、第一配电板8、交流断路器9、第二配电板10和交流滤波器11，所述交流接触器5与交流滤波器11连接，交流滤波器11与交流断路器9连接；所述功率柜2，用于将光伏电池12产生的直流电经直流断路器4后进入功率组件3逆变成交流电；所述交流柜1，用于将功率柜2逆变的交流电并入电网。

所述功率组件3，用于将直流电逆变成交流电，直流断路器4，用于直流进线保护。

所述LC滤波电路6，用于滤除交流谐波，交流接触器5，用于将功率单元接入电网。

所述主控制器7，用于接收上位机指令，采集直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、交流断路器9和直流断路器4的数据，根据采集的数据及上位机给出的指令发出驱动脉冲控制功率单元工作，使直流电逆变成交流电并入电网，交流断路器9，用于交流输出保护，交流滤波器11，用于滤除交流谐波。

还包括不间断电源13，不间断电源13设置在第一配电板8和交流断路器9之间，不间断电源13，用于外部AC220V供电故障时为主控制器7提供电源。

本实施例为又一较佳实施方式，还包括不间断电源，不间断电源设置在第一配电板和交流断路器之间，不间断电源，用于外部AC220V供电故障时为主控制器提供电源，避免突然掉电对主控制器造成损害，从而保障整个光伏并网逆变器的工作稳定性。

实施例4

参见图1-图3，一种集成直流配电的模块化光伏并网逆变器，包括交流柜1和功率柜2，功率柜2内设置有一个功率单元，所述功率单元包括自上而下依次设置的功率组件3、直流断路器4、交流接触器5和LC滤波电路6，所述直流断路器4与功率组件3连接，功率组件3与LC滤波电路6的输入端连接，LC滤波电路6的输出端与交流接触器5连接；所述交流柜1包括自上而下依次设置的主控制器7、第一配电板8、交流断路器9、第二配电板10和交流滤波器11，所述交流接触器5与交流滤波器11连接，交流滤波器11与交流断路器9连接；所述功率柜2，用于将光伏电池12产生的直流电经直流断路器4后进入功率组件3逆变成交流电；所述交流柜1，用于将功率柜2逆变的交流电并入电网。

所述功率组件3，用于将直流电逆变成交流电，直流断路器4，用于直流进线保护。

所述LC滤波电路6，用于滤除交流谐波，交流接触器5，用于将功率单元接入电网。

所述主控制器7，用于接收上位机指令，采集直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、交流断路器9和直流断路器4的数据，根据采集的数据及上位机给出的指令发出驱动脉冲控制功率单元工作，使直流电逆变成交流电并入电网，交流断路器9，用于交流输出保护，交流滤波器11，用于滤除交流谐波。

还包括不间断电源13，不间断电源13设置在第一配电板8和交流断路器9之间，不间断电源13，用于外部AC220V供电故障时为主控制器7提供电源。

所述LC滤波电路6包括三相交流电抗器14和交流滤波电容15，三相交流电抗器14一端每两相之间连接所述交流滤波电容15。

所述交流滤波器11为交流EMC滤波器。

本实施例为又一较佳实施方式，LC滤波电路包括三相交流电抗器和交流滤波电容，三相交流电抗器一端每两相之间连接所述交流滤波电容，能够对电路中的高次谐波进行有效过滤，避免造成电网电压的波动，能够进一步保障并入电网的质量。

交流滤波器为交流EMC滤波器，采用特定的交流EMC滤波器，能够有效消除电磁干扰，使整个光伏并网逆变器的运行更加稳定。

实施例5

参见图1、图2和图4，一种集成直流配电的模块化光伏并网逆变器，包括交流柜1和功率柜2，功率柜2内设置有一个功率单元，所述功率单元包括自上而下依次设置的功率组件3、直流断路器4、交流接触器5和LC滤波电路6，所述直流断路器4与功率组件3连接，功率组件3与LC滤波电路6的输入端连接，LC滤波电路6的输出端与交流接触器5连接；所述交流柜1包括自上而下依次设置的主控制器7、第一配电板8、交流断路器9、第二配电板10和交流滤波器11，所述交流接触器5与交流滤波器11连接，交流滤波器11与交流断路器9连接；所述功率柜2，用于将光伏电池12产生的直流电经直流断路器4后进入功率组件3逆变成交流电；所述交流柜1，用于将功率柜2逆变的交流电并入电网。

所述功率组件3，用于将直流电逆变成交流电，直流断路器4，用于直流进线保护。

所述LC滤波电路6，用于滤除交流谐波，交流接触器5，用于将功率单元接入电网。

所述主控制器7，用于接收上位机指令，采集直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、交流断路器9和直流断路器4的数据，根据采集的数据及上位机给出的指令发出驱动脉冲控制功率单元工作，使直流电逆变成交流电并入电网，交流断路器9，用于交流输出保护，交流滤波器11，用于滤除交流谐波。

还包括不间断电源13，不间断电源13设置在第一配电板8和交流断路器9之间，不间断电源13，用于外部AC220V供电故障时为主控制器7提供电源。

所述LC滤波电路6包括三相交流电抗器14和交流滤波电容15，三相交流电抗器14一端每两相之间连接所述交流滤波电容15。

所述交流滤波器11为交流EMC滤波器。

光伏电池12的直流输出端与直流断路器4的输入端之间连接有直流避雷器16。

所述功率柜2为三个，三个功率柜2并排布置。

本实施例为最佳实施方式，工作时，光伏电池产生的直流电经直流断路器后进入功率组件, 功率组件将直流电逆变成基波为正弦波的交流脉冲信号, 逆变后基波为正弦波的交流脉冲信号经LC滤波电路滤除谐波变成近似正弦的交流电，该近似正弦的交流电再经交流接触器进入交流柜的交流滤波器中，交流滤波器再次滤波后进入交流断路器，最后得到的交流电经过交流断路器输出并入电网。光伏电池的直流输出端与直流断路器的输入端之间连接有直流避雷器，能够防止雷击，进一步保障光伏并网逆变器的各部件运行安全。功率柜为三个，三个功率柜并排布置，通过增加功率柜就能够提高整个光伏并网逆变器的功率等级，扩容方便灵活。