太阳能光伏发电单相并网逆变器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种太阳能光伏发电单相并网逆变器，包括逆变器、控制器和监控保护模块：逆变器包括DC/DC变换单元、DC/AC变换单元、输入保护开关和输出保护开关；监控保护模块包括电池电压/电流检测单元和电网电压/相位检测单元；控制器包括MTTP信号生成单元、SPWM信号生成单元、保护控制单元，MTTP信号生成单元根据电池电压/电流检测单元的检测结果向DC/DC变换单元发送MTTP信号；SPWM信号生成单元根据电网电压/相位检测单元的检测结果向DC/AC变换单元发送SPWM信号；当判断太阳能电池和/或电网发生异常时，保护控制单元向所述输入保护开关和/或输出保护开关发送控制信号，以断开太阳能电池与逆变器之间和/或逆变器与电网之间的连接。
【专利说明】太阳能光伏发电单相并网逆变器
【技术领域】
[0001]本发明涉及光伏发电领域，尤其涉及一种太阳能光伏发电单相并网逆变器。
【背景技术】
[0002]随着工业文明的不断发展，我们对于能源的需求越来越多。传统的化石能源已经不可能满足要求，为了避免面对能源枯竭的困境，寻找优质的替代能源成为人们关注的热点问题。可再生能源如水能、风能、太阳能、潮汐能以及生物质能等能源形式不断映入人们的眼帘。水利发电作为最早应用的可再生能源发电形式得到了广泛使用，但也有人就其的环境问题、安全问题提出过质疑，况且目前的水能开发程度较高，继续开发存在一定的困难。风能的利用近些年来也是热点问题，但风力发电存在稳定性不高、噪音大等缺点，大规模并网对电网会形成一定冲击，如何有效控制风能的开发和利用仍是学术界关注的热点。在剩下的可再生能源形式当中，太阳能发电技术是最有利用价值的能源形式之一。太阳能储量丰富，每秒钟太阳要向地球输送相当于210亿桶石油的能量，相当于全球一天消耗的能量。我国的太阳能资源也十分丰富，除了贵州高原部分地区外，中国大部分地域都是太阳能资源丰富地区，目前的太阳能利用率还不到1/1000。因此在我国大力开发太阳能潜力巨大。
[0003]太阳能的利用分为“光热”和“光伏”两种，其中光热式热水器在我国应用广泛。光伏是将光能转化为电能的发电形式，起源于100多年前的“光生伏打现象”。太阳能的利用目前更多的是指光伏发电技术。光伏发电技术根据负载的不同分为离网型和并网型两种，早期的光伏发电技术受制于太阳能电池组件成本因素，主要以小功率离网型为主，满足边远地区无电网居民用电问题。随着光伏组件成本的下降，光伏发电的成本不断下降，并网型光伏系统逐步成为主流。
[0004]并网逆变器的设计开发，需要考虑的技术问题是:第一，由于日照强度、电池温度等因素会影响太阳能电池的输出特性，因此，为了提高太阳能光伏发电系统的工作效率，使太阳能电池的输出电压趋近于最大功率点电压，以保证太阳能电池在最大功率点附近运行获得最大能量，并网逆变器应具有最大功率跟踪控制的调节功能；第二，并网逆变器的输出波形，除满足市电电网的频率、相位和幅值等电能质量要求外，还必须满足市电电网的防止孤岛效应和安全隔离接地等要求，因此必须具有防孤岛效应的功能，孤岛发生时必须快速、准确地切除并网逆变器与市电电网、太阳能光伏电池的电性连接。
[0005]因此，有必要对现有技术的太阳能光伏发电并网逆变器结构进行改进，以提升并网逆变器的性能。
【发明内容】
[0006]本发明的目的提供一种太阳能光伏发电单相并网逆变器，性能稳定、功率高，在太阳能电池和/或电网发生异常情况下能够迅速准确地切除并网逆变器与市电电网、太阳能电池的电性连接，从而提高工作性能和安全。[0007]为实现上述目的，本发明提供了一种太阳能光伏发电单相并网逆变器，包括逆变器、控制器和监控保护模块:
所述逆变器包括DC/DC变换单元和DC/AC变换单元，太阳能电池输出的直流电经DC/DC变换单元提升至逆变器并网所需的直流电，然后经DC/AC变换单元变换成电网所需的交流电；所述逆变器还包括输入保护开关和输出保护开关，所述输入保护开关连接太阳能电池和DC/DC变换单元，以控制是/否将太阳能电池输出的直流电输入给DC/DC变换单元；所述输出保护开关连接DC/AC变换单元和电网，以控制是/否将DC/AC变换单元变换的交流电输出给电网；
所述监控保护模块包括电池电压/电流检测单元和电网电压/相位检测单元，所述电池电压/电流检测单元用于检测太阳能电池的电压和电流；所述电网电压/相位检测单元用于检测电网的电压和相位；
所述控制器包括MTTP信号生成单元、SPWM信号生成单元、保护控制单元，所述MTTP信号生成单元根据电池电压/电流检测单元的检测结果向DC/DC变换单元发送MTTP信号，以调整DC/DC变换单元提升的直流电；所述SPWM信号生成单元根据电网电压/相位检测单元的检测结果向DC/AC变换单元发送SPWM信号，以调整DC/AC变换单元变换的交流电压和相位；所述保护控制单元与所述电池电压/电流检测单元和电网电压/相位检测单元连接，当判断太阳能电池和/或电网发生异常时，向所述输入保护开关和/或输出保护开关发送控制信号，以断开太阳能电池与逆变器之间和/或逆变器与电网之间的连接。
[0008]作为上述技术方案的改进，还包括与所述控制器连接通信的人机交互模块，用于将并网逆变器的运行参数或异常诊断通过显示屏显示出来，同时通过键盘以将用户的修改参数或控制指令发送给控制器，通过控制器来使并网逆变器正常运行。
[0009]作为上述技术方案的改进，所述DC/DC变换单元采用Boost升压斩波电路实现。
[0010]作为上述技术方案的改进，所述DC/AC变换单元采用电压型单相全桥逆变器电路实现。
[0011]作为上述技术方案的改进，还包括与所述控制器连接的并机通信接口，以实现多个并网逆变器之间的并机通信。
[0012]作为上述技术方案的改进，所述输入保护开关和输出保护开关主要由继电器或接触器构成。作为上述技术方案的改进，所述输入保护开关和DC/DC变换单元之间还设有滤波单元，用于将太阳能电池输出的直流电通过滤波后再输入给DC/DC变换单元。
[0013]作为上述技术方案的改进，所述DC/AC变换单元和输出保护开关之间还设有工频隔离变压器。
[0014]与现有技术相比，本发明的太阳能光伏发电单相并网逆变器具有如下有益效果: 利用Boost升压斩波电路和电压型单相全桥逆变器电路的拓扑结构，能够保证太阳能
电池在最大功率点附近运行获得最大能量，以提高太阳能光伏电池的工作效率，且保证输出的交流电满足市电电网的频率、相位和幅值等电能质量要求；并通过监控保护模块来及时监控检测太阳能电池和电网的工作情况，当发现异常时能够通过控制器来迅速断开并网逆变器与市电电网、太阳能电池的电性连接，从而提高工作性能和安全。
【专利附图】
【附图说明】[0015]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1是本发明实施例1的太阳能光伏发电单相并网逆变器的结构示意图；
图2是图1所示太阳能光伏发电单相并网逆变器的DC/DC变换单元的电路图；
图3是图1所示太阳能光伏发电单相并网逆变器的DC/AC变换单元的电路图；
图4是本发明实施例2的太阳能光伏发电单相并网逆变器的结构示意图；
图5是本发明实施例3的太阳能光伏发电单相并网逆变器的结构示意图；
图6是本发明实施例4的太阳能光伏发电单相并网逆变器的结构示意图；
图7是本发明实施例5的太阳能光伏发电单相并网逆变器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0018]实施例1
参考图1，本发明太阳能光伏发电单相并网逆变器包括逆变器1、控制器2和监控保护模块3:
所述逆变器I包括DC/DC变换单元11和DC/AC变换单元12，太阳能电池10输出的直流电经DC/DC变换单元11提升至逆变器并网所需的直流电，然后经DC/AC变换单元12变换成电网20所需的交流电；所述逆变器I还包括输入保护开关13和输出保护开关14，所述输入保护开关13连接太阳能电池10和DC/DC变换单元11，以控制是/否将太阳能电池10输出的直流电输入给DC/DC变换单元；所述输出保护开关14连接DC/AC变换单元12和电网20，以控制是/否将DC/AC变换单元12变换的交流电输出给电网20。
[0019]所述监控保护模块3包括电池电压/电流检测单元31和电网电压/相位检测单元32，所述电池电压/电流检测单元31用于检测太阳能电池10的电压和电流；所述电网电压/相位检测单元32用于检测电网20的电压和相位。
[0020]所述逆变器2包括MTTP信号生成单元21、SPWM信号生成单元22和保护控制单元23，所述MTTP信号生成单元21根据电池电压/电流检测单元31的检测结果向DC/DC变换单元11发送MTTP信号，以调整DC/DC变换单元11提升的直流电；所述SPWM信号生成单元22根据电网电压/相位检测单元32的检测结果向DC/AC变换单元12发送SPWM信号，以调整DC/AC变换单元12变换的交流电压和相位；所述保护控制单元23与所述电池电压/电流检测单元31和电网电压/相位检测单元32连接以接收太阳能电池10和电网20的当前状态，当判断太阳能电池10和/或电网20发生异常，即检测的数据不在正常范围时(例如，太阳能电池发生漏电、电网突然发生故障或者断电等等异常情况)，所述保护控制单元23向所述输入保护开关13和/或输出保护开关14发送控制信号，以断开太阳能电池10与逆变器I之间和/或逆变器I与电网20之间的连接，从而断开将太阳能电池10输出的直流电到输入到逆变器I的DC/DC变换单元11和/或断开将DC/AC变换单元12变换的交流电输出给电网20。
[0021]其中，所述输入保护开关13和输出保护开关14主要由继电器或接触器构成。
[0022]参考图2，本实施例的DC/AC变换单元采用Boost升压斩波电路来实现。对于Boost电路，输出电压U。与输人电压Ui的关系见式(I):
【权利要求】
1.一种太阳能光伏发电单相并网逆变器，其特征在于，包括逆变器、控制器和监控保护模块: 所述逆变器包括DC/DC变换单元和DC/AC变换单元，太阳能电池输出的直流电经DC/DC变换单元提升至逆变器并网所需的直流电，然后经DC/AC变换单元变换成电网所需的交流电；所述逆变器还包括输入保护开关和输出保护开关，所述输入保护开关连接太阳能电池和DC/DC变换单元，以控制是/否将太阳能电池输出的直流电输入给DC/DC变换单元；所述输出保护开关连接DC/AC变换单元和电网，以控制是/否将DC/AC变换单元变换的交流电输出给电网； 所述监控保护模块包括电池电压/电流检测单元和电网电压/相位检测单元，所述电池电压/电流检测单元用于检测太阳能电池的电压和电流；所述电网电压/相位检测单元用于检测电网的电压和相位； 所述控制器器包括MTTP信号生成单元、SPWM信号生成单元、保护控制单元，所述MTTP信号生成单元根据电池电压/电流检测单元的检测结果向DC/DC变换单元发送MTTP信号，以调整DC/DC变换单元提升的直流电；所述SPWM信号生成单元根据电网电压/相位检测单元的检测结果向DC/AC变换单元发送SPWM信号，以调整DC/AC变换单元变换的交流电压和相位；所述保护控制单元与所述电池电压/电流检测单元和电网电压/相位检测单元连接，当判断太阳能电池和/或电网发生异常时，向所述输入保护开关和/或输出保护开关发送控制信号，以断开太阳能电池与逆变器之间和/或逆变器与电网之间的连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电单相并网逆变器，其特征在于，还包括与所述控制器连接通信的人机交互模块，用于将并网逆变器的运行参数或异常诊断通过显示屏显示出来，同时通过键盘以将用户的修改参数或控制指令发送给控制器，通过控制器来使并网逆变器正常运行。
3.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电单相并网逆变器，其特征在于，所述DC/DC变换单元采用Boost升压斩波电路实现。
4.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电单相并网逆变器，其特征在于，所述DC/AC变换单元采用电压型单相全桥逆变器电路实现。
5.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电单相并网逆变器，其特征在于，还包括与所述控制器连接的并机通信接口，以实现多个并网逆变器之间的并机通信。
6.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电单相并网逆变器，其特征在于，所述输入保护开关和输出保护开关主要由继电器或接触器构成。
7.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电单相并网逆变器，其特征在于，所述输入保护开关和DC/DC变换单元之间还设有滤波单元，用于将太阳能电池输出的直流电通过滤波后再输入给DC/DC变换单元。
8.根据权利要求1所述的太阳能光伏发电单相并网逆变器，其特征在于，所述DC/AC变换单元和输出保护开关之间还设有工频隔离变压器。
【文档编号】H02J3/38GK103457293SQ201310414264
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】江华 申请人:南京欧陆电气传动有限公司