一种小功率光伏发电逆变系统的制作方法

本实用新型涉及太阳能技术领域，特别是，涉及一种小功率光伏发电逆变系统。

背景技术：

能源危机与环境污染成为全球一个亟待解决的问题，因此无污染的绿色可再生能源发电具有广阔的发展前景。太阳能是清洁无污染的绿色可再生能源，其大规模应用将是21世纪人类社会进步的重要标志，而光伏并网发电系统是光伏系统的发展趋势。光伏并网发电系统的最大优点是不用蓄电池储能，因而节省了投资，系统简化且易于维护。这类光伏并网发电系统主要用于调峰光伏电站和屋顶光伏系统。作为光伏并网的核心，并网逆变系统的开发越来越受到产业界的关注。

目前，使用的全桥光伏并网系统是输出端安装工频隔离变压器的并网逆变系统，存在的缺点是体积大、成本高、效率一般，且不具备漏电流抑制能力，特别是在一些小功率的光伏发电场合很不适用，使得转换效率较低。

技术实现要素：

本部分的目的在于概述本实用新型的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和实用新型名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和实用新型名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本实用新型的范围。

鉴于上述和/或现有光伏发电逆变系统中存在的问题，提出了本实用新型。

因此，本实用新型要解决的技术问题是提供一种光伏发电逆变系统，其体积小、成本低、效率高，同时具备漏电流抑制能力。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种小功率光伏发电逆变系统，包括，升压模块，与光伏模块和逆变模块相连，所述逆变模块具有六开关结构；滤波模块，与电网模块和所述逆变模块相连，所述滤波模块用于滤除交流侧的谐波；检测模块，与控制模块和所述光伏模块相连，所述检测模块将检测到的电压、电流信号传送给所述控制模块，所述控制模块控制所述升压模块和所述逆变模块的工作状态。

作为本实用新型所述小功率光伏发电逆变系统的一种优选方案，其中：所述逆变模块包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关。

作为本实用新型所述小功率光伏发电逆变系统的一种优选方案，其中：所述第一开关和第二开关为绝缘栅双极型晶体管，所述第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关为金属-氧化物半导体场效应晶体管。

作为本实用新型所述小功率光伏发电逆变系统的一种优选方案，其中：所述逆变模块包括还驱动子模块，所述驱动子模块设于所述控制模块和所述逆变模块之间，驱动所述第一开关和第二开关。

作为本实用新型所述小功率光伏发电逆变系统的一种优选方案，其中：所述滤波模块由2个滤波电感和1个滤波电容组成。

作为本实用新型所述小功率光伏发电逆变系统的一种优选方案，其中：所述升压模块包括开关子模块，所述开关子模块设于所述升压模块内，用于控制所述升压模块的工作状态。

作为本实用新型所述小功率光伏发电逆变系统的一种优选方案，其中：所述检测模块包括光电耦合器，所述光电耦合器用于强电和弱电的隔离。

作为本实用新型所述小功率光伏发电逆变系统的一种优选方案，其中：所述控制模块采用数字信号处理器。

本实用新型的有益效果：本实用新型所述的小功率光伏发电逆变系统是一种两级式单相非隔离型光伏并网逆变系统，其体积小、成本低、效率高，且具备漏电流抑制能力，特别适合使用在如屋顶光伏等一些小功率的光伏发电场合。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本实用新型提供的一种实施例中小功率光伏发电逆变系统整体结构连接示意图；

图2为本实用新型提供的一种实施例中小功率光伏发电逆变系统控制模块部分管脚图；

图3为本实用新型提供的一种实施例中小功率光伏发电逆变系统逆变模块、滤波模块和电网模块电路图；

图4为本实用新型提供的一种实施例中小功率光伏发电逆变系统驱动子模块电路图；

图5为本实用新型提供的一种实施例中小功率光伏发电逆变系统主要模块连接电路图；

图6为本实用新型提供的一种实施例中小功率光伏发电逆变系统检测模块电路图；

图7为本实用新型提供的一种实施例中小功率光伏发电逆变系统整体电路图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

参照图1～图2，一种小功率光伏发电逆变系统，包括升压模块100、光伏模块200、逆变模块300、滤波模块400、电网模块500、检测模块600和控制模块700，升压模块100与光伏模块200和逆变模块300相连，逆变模块300具有六开关结构；滤波模块400与电网模块500和逆变模块300相连，滤波模块400用于滤除交流侧的谐波；检测模块600与控制模块700和光伏模块200相连，检测模块600将检测到的电压、电流信号传送给控制模块700，控制模块700控制升压模块100和逆变模块300的工作状态。

光伏逆变系统可以将光伏太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电，可以反馈回商用输电系统，或是供离网的电网使用。本实施例中，光伏模块200为太阳能电池板或太阳能电池板组成的阵列，其输出电压uab为200v～380v。太阳能电池主要用单晶硅、多晶硅为材料。单晶硅的光电转换效率为13％～15％，多晶硅为11％～13％，目前最新的技术还包括光伏薄膜电池。

电网模块500即为日常输电使用的电网，传输的是交流电。

控制模块700为一数字信号处理器及其外围电路，数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)由大规模或超大规模集成电路芯片组成的用来完成某种信号处理任务的处理器。它是为适应高速实时信号处理任务的需要而逐渐发展起来的。随着集成电路技术和数字信号处理算法的发展，数字信号处理器的实现方法也在不断变化，处理功能不断提高和扩大，这里使用的型号为tms320f240。

tms320f240为ti公司所出品的定点式数字信号处理器芯片，具有强大的外围(64ki/ospace、10bita/dconverter、digitali/operipheral)，芯片内部采用了加强型哈佛架构，由三个平行处理的总线─程序地址总线(pab)、数据读出地址总线(drab)及数据写入地址总线(dwab)，使其能进入多个内存空间。由于总线之操作各自独立，因此可同时进入程序及数据存储器空间，而两内存间的数据亦可互相交换，使得其具有快速的运算速度，几乎所有的指令皆可在50ns周期时间内执行完毕，内部的程控以管线式的方式操作(pipelineoperation)，且使用内存映像的方式，使其整体的效能可达到20mips，因此非常适用于实时运转控制，而对于速度较慢的外围亦提供了wait-states的功能。

需要说明的是，控制模块700控制过程采用的算法为mppt算法，该算法使用的是mppt原理，mppt即为最大功率点跟踪技术。太阳能电池有着非线性的光伏特性，所以即使在同一光照强度下，由于负载的不同也会输出不同的功率。由于太阳能电池受到光强、光线入射角度、温度等多种因素的影响，最大功率相应改变，对应最大功率点的输出电压、输出电流和内阻也在不停变化。因此，需要使负载相应改变，才能使太阳能电池工作在最大功率点上。

升压模块100主要为一升压电路，其作用是：1.升高光伏模块200输出的较低电压；2.方便实现最大功率点跟踪(mppt)控制。在本系统中，升压模块将光伏模块200输出的电压udc升至约400v。

逆变模块300为一种电桥电路，是该逆变系统的核心，能将直流电转化为交流电。滤波模块400为一滤波电路，检测模块600为一检测电路，检测模块600检测系统中的电流和电压，并将其传送给控制模块700，控制模块700根据mppt调整升压模块100和逆变模块300的工作状态，使得光伏模块200处于最大功率状态。

实施例2

参照图3～图5，一种小功率光伏发电逆变系统，包括升压模块100、光伏模块200、逆变模块300、滤波模块400、电网模块500、检测模块600和控制模块700，升压模块100与光伏模块200和逆变模块300相连，逆变模块300具有六开关结构；滤波模块400与电网模块500和逆变模块300相连，滤波模块400用于滤除交流侧的谐波；检测模块600与控制模块700和光伏模块200相连，检测模块600将检测到的电压、电流信号传送给控制模块700，控制模块700控制升压模块100和逆变模块300的工作状态。

具体地，逆变模块300包括第一开关301、第二开关302、第三开关303、第四开关304、第五开关305、第六开关306和驱动子模块307，第一开关301和第二开关302为绝缘栅双极型晶体管，第二开关302、第三开关303、第四开关304、第五开关305和第六开关306为金属-氧化物半导体场效应晶体管，驱动子模块307设于控制模块700和逆变模块300之间，驱动第一开关301和第二开关302；滤波模块400由2个滤波电感和1个滤波电容组成。

金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管，即mosfet管，是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管。

绝缘栅双极型晶体管，igbt(insulatedgatebipolartransistor)是由bjt(双极型三极管)和mos(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有mosfet的高输入阻抗和bjt的低导通压降两方面的优点。bjt饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；mosfet驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。igbt综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。

需要说明的是，逆变模块300采用具有漏电流抑制能力的h型拓扑结构，与传统的全桥逆变电路相比，增加了两个igbt和两个二极管。滤波模块400连接在电网模块500一侧，以滤除交流侧的谐波，保证并网电流的品质，其中，滤波电感l2＝l3＝1mh，滤波电容c3＝4.7μf。

驱动子模块307采用hcpl3120型专用igbt驱动电路，驱动电路的输入和输出是相互隔离的，驱动电路还有电平转换功能，将dsp的+5v控制电压转换为+15v的igbt驱动电压。

下面讲述逆变模块300的工作原理：

工作状态一：电网电压正半周时，第一开关301一直处于导通状态，第三开关303，第六开关306以相同的高频驱动信号导通与关断。第二开关302，第四开关304，第五开关305一直处于关断状态。第三开关303，第六开关306导通时，第三开关303，第一开关301，滤波电感l2，电网模块500，滤波电感l3，第六开关306构成回路向电网供电。此时，桥臂输出电压uab＝udc，其中，udc为升压后的直流母线电压。

工作状态二：第三开关303，第六开关306关断时，并网电流经第一开关301，滤波电感l2，电网模块500，滤波电感l3，整流二极管vd2构成续流回路维持并网电流。此时，uab＝0。

工作状态三：电网电压负半周时，第二开关302一直处于导通状态，第四开关304，第五开关305以相同的高频驱动信号导通与关断。第一开关301，第三开关303，第六开关306一直处于关断状态。当第四开关304，第五开关305导通时，输入电源经过第四开关304，第二开关302，滤波电感l3，电网模块500，滤波电感l2，第五开关305构成回路向电网供电。此时，uab＝-udc。

工作状态四：第四开关304，第五开关305关断时，并网电流经第二开关302，滤波电感l3，电网模块500，滤波电感l2，整流二极管vd3构成续流回路维持并网电流。此时，uab＝0。

下面分析共模电压：

参照图3，电网电压正半周，当第三开关303，第六开关306导通时，a点对直流地电压为输入电压udc，b点对直流地电压为零。此阶段共模电压压ucm＝0.5(udc+0)＝0.5udc。

当第三开关303，第六开关306关断时，第一开关301，vd2续流。此时利用关断的第三开关303，第五开关305的结电容实现均压，a点对直流地电压为0.5udc。同样，利用关断的第四开关304，第六开关306的结电容实现均压，b点对直流地电压也为0.5udc。此阶段，ucm＝0.5(0.5udc+0.5udc)＝0.5udc。

电网电压负半周期的共模电压分析与正半周期类似，其值也是0.5udc。漏电流可表示为：icm＝cpvducm/dt。可知，ucm在整个周期都保持不变，则其漏电流为零，因此，该逆变模块300的结构能够抑制漏电流的产生。

实施例3

参照图5～图7，一种小功率光伏发电逆变系统，包括升压模块100、光伏模块200、逆变模块300、滤波模块400、电网模块500、检测模块600和控制模块700，升压模块100与光伏模块200和逆变模块300相连，逆变模块300具有六开关结构；滤波模块400与电网模块500和逆变模块300相连，滤波模块400用于滤除交流侧的谐波；检测模块600与控制模块700和光伏模块200相连，检测模块600将检测到的电压、电流信号传送给控制模块700，控制模块700控制升压模块100和逆变模块300的工作状态；逆变模块300包括第一开关301、第二开关302、第三开关303、第四开关304、第五开关305、第六开关306和驱动子模块307，第一开关301和第二开关302为绝缘栅双极型晶体管，第二开关302、第三开关303、第四开关304、第五开关305和第六开关306为金属-氧化物半导体场效应晶体管，驱动子模块307设于控制模块700和逆变模块300之间，驱动第一开关301和第二开关302；滤波模块400由2个滤波电感和1个滤波电容组成。

进一步地，升压模块100包括开关子模块101，开关子模块101设于升压模块100内，用于控制升压模块100的工作状态，检测模块600包括光电耦合器601，光电耦合器601用于强电和弱电的隔离。

本实施例中，开关子模块101主要由mosfet管构成，光电耦合器401所用型号为hcpl7800a，其非线性度为0.004％，共模电压为l000v时的共模抑制能力为15kv/lμs，增益温漂为0.00025v/℃，带宽为100khz。

实际通过wt3000功率分析仪测量得到的单相光伏并网逆变器的输入电压upv输入电流ipv、并网电压uac、并网电流iac的波形。其中，该系统在功率近似2kw时效率可达96.822％，且近似单位功率因数运行，具有较好的性能。该逆系统由前级升压模块100和后级逆变模块300结构组成，有效抑制了漏电流的产生。通过控制模块700的控制算法，提高了并网电流的品质，具有优良的入网波形质量和高转换效率。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。