一种增宽光伏变流器电压输入范围的模块及其实现方法
【专利摘要】本发明涉及光伏并网发电领域，具体公开了一种增宽光伏变流器电压输入范围的模块及其实现方法；包括：所述模块包括直通电路、升降压电路和控制电路；所述直通电路用于输入和输出的直接连接；所述升降压电路用于输入电压的升压或降压，增宽所述输入电压的范围；所述控制电路用于实时检测光伏电压，并控制所述直通电路和所述升降压电路的无缝切换。本发明增宽了并网变流器直流输入电压的范围，保证了变流器系统效率。
【专利说明】一种增宽光伏变流器电压输入范围的模块及其实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光伏并网发电领域，尤其是涉及一种光伏发电并网变流器及增宽其电压输入范围的模块及其实现方法。
【背景技术】
[0002]光伏并网发电变流器是光伏发电系统中最重要的部件之一，其工作性能如效率，直流电压工作范围等直接影响了光伏电站系统效益。当前大功率光伏并网变流器有着非常广泛的应用市场，大功率光伏并网变流器通常主要采用电压型三相全桥逆变主电路拓扑，如图1所示。对光伏并网发电系统来说，光伏池板有其特殊性，随光照变化，光伏池板输出具有非常宽的电压波动范围。对于电压型三相全桥逆变电路来说，当交流侧电压固定后，直流侧电压会有一个最低值，限制了直流输入电压范围。例如，对于500kW光伏并网变流器，交流侧电压一般为270V，此时直流侧工作范围仅为450-820V ;对于630kW光伏并网变流器，交流侧电压一般为315V，此时直流侧工作电压范围为500-820V。由此可见，采用这种电路设计的大型光伏并网变流器存在固有的缺陷，并不能使光伏池板被充分利用。
[0003]现有一些厂家采用了两级主电路结构，前级采用Boost升压电路，后级采用电压型三相全桥逆变电路。Boost升压电路又称the boost converter,或者称step-upconverter，是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。然而，这种两级主电路拓扑结构仍然存在较大缺陷:一方面，采用两级串联方式变流器效率会降低，尤其是在大功率情况下；另一方面，采用Boost升压电路时，在直流输入电压较高情况下，该电路并不能实现降压功能，对于增大输入电压最大值方面并无贡献。
[0004]目前还没有有效的方案来解决上述问题。
【发明内容】
[0005]本发明所解决的技术问题是设计一种25kW模块，配套适用500kW光伏并网变流器，解决现有大功率光伏并网变流器输入电压范围小的技术难题。本发明设计的模块，一方面，当光伏并网变流器输入电压较低时，可通过该模块中升压电路实现升压；另一方面，当光伏并网变流器输入电压较高时，可通过该模块中降压电路实现降压；而且该模块具有直通模式，在大功率情况下，切换到单级并网主电路的方案，使变流器效率实现最大化。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种增宽光伏变流器电压输入范围的模±夹，包括直通电路、升降压电路和控制电路；
[0007]所述直通电路用于输入和输出的直接连接；
[0008]所述升降压电路用于输入电压的升压或降压，增宽所述输入电压的范围；
[0009]所述控制电路用于实时检测光伏电压，并控制所述直通电路和所述升降压电路的无缝切换。
[0010]优选的，所述直通电路连接所述输入和所述输出时，采用接触器方式。
[0011]更加优选的，所述升降压电路与所述直通电路并联，所述升降压电路与所述直通电路并联的一端与光伏输入端相连，所述升降压电路与所述直通电路并联的另一端与光伏变流器相连。
[0012]更加优选的，所述升降压电路的功率为配套的光伏并网变流器的功率的5%。
[0013]更加优选的，所述升降压电路的功率为25欣，配套的所述光伏并网变流器的功率为500砑。
[0014]更加优选的，所述升降压电路包括4个功率开关管II?14、一个电感以及一个接触器；所述电感与所述接触器通过功率开关管的开或关进行并联。
[0015]更加优选的，所述控制电路包括数字处理器、电源电路、采样电路、数字接口及驱动电路，所述数字处理器分别与所述电源电路、所述采样电路、所述数字接口及所述驱动电路相连。
[0016]更加优选的，所述模块独立作为一种设备，或作为变流器的一部分与所述变流器集成在一起。
[0017]—种增宽光伏变流器电压输入范围的模块的实现方法；
[0018]所述控制电路采用控制算法，实时检测光伏电压；
[0019]当光伏工作电压处于光伏并网逆变器电压范围内，不需要升压和降压的情况下，接触器闭合，光伏池板正极通过接触器与逆变器相连，此时升压电路和降压电路都不工作，即为直流电路；
[0020]当光伏工作电压不在光伏并网逆变器电压范围内，接触器断开，功率开关管12、功率开关管13和功率开关管14均断开，由功率开关管II进行开关控制，从而实现输入到输出的降压工作模式，即为降压电路；
[0021]当接触器断开，功率开关管II持续闭合，功率开关管12和功率开关管13断开，由功率开关管14进行开关控制，实现输入到输出的升压工作模式，即为升压电路。
[0022]其中，所述1？？了控制器的全称“最大功率点跟踪”(1^1皿1111 ？0^61~
太阳能控制器，是传统太阳能充放电控制器的升级换代产品。控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值~工)，使系统以最大功率输出对蓄电池充电。应用于太阳能光伏系统中，协调太阳能电池板、蓄电池、负载的工作，是光伏系统的大脑。
[0023]本发明与现有技术相比，具有如下有益效果:
[0024]本发明充分结合光伏发电的特点，采样直通电路和升降压电路并联的技术方案，可大幅增宽并网变流器直流输入电压的范围，同时在大功率运行情况下，采用直通的方式保证了光伏发电系统效率。并且结合光伏池板的特点，升降压电路仅为额定功率的很小一部分，便于模块设计，并通过无缝切换的控制算法，实现了平稳过渡。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1示例性的示出了现有大功率光伏并网变流器常用逻辑电路；
[0026]图2示例性的示出了本发明一种增宽光伏变流器电压输入范围的模块的实施逻辑拓扑图；
[0027]图3示例性的示出了本发明中升降压电路拓扑图；
[0028]图4示例性的示出了本发明中控制电路逻辑拓扑图；
[0029]图5示例性的示出了本发明直通模式示意图；
[0030]图6示例性的示出了本发明升压模式示意图；
[0031]图7示例性的示出了本发明降压模式示意图。
[0032]图8示例性的示出了本发明升压模式占空比计算方法示意图；
[0033]图9示例性的示出了本发明降压模式占空比计算方法示意图。
【具体实施方式】
[0034]为了更好的理解本发明所解决的技术问题、所提供的技术方案，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明的实施，但并不用于限定本发明。
[0035]在优选的实施例中，与图1的现有技术进行比较，图2示出了使用本发明的模块对原有光伏并网应用的改进，其中灰色阴影部分为本发明模块；所述模块包括直通电路
(100)、升降压电路(200)和控制电路(300)；
[0036]所述直通电路(100)用于输入和输出的直接连接；设计中采用接触器方式；
[0037]所述升降压电路(200)用于输入电压的升压或降压，增宽所述输入电压的范围；
[0038]所述的直通电路(100)和升降压电路(200)结构如图3所示，直通电路(100)为接触器(K1)，升降压电路由4个功率开关管(T1?T4)和一个电感(L1)组成；
[0039]所述控制电路(300)由数字处理器(310)、电源电路(320)、采样电路(330)和驱动电路(340)组成，用于对直通电路(100)和升降压电路(200)控制，如图4所示电源电路(320)从光伏池板取电，输出两路电源电压供数字处理和驱动电路使用；采样电路(330)用于处理光伏池板的电压和电流信号，供数字处理器使用；数字处理器(310)由单片机组成，可实现编程控制；驱动电路(340)为功率放大功能，通过驱动电路(340)，数字处理器(310)可实现对功率开关管(T1?T4)和接触器(K1)控制；
[0040]所述的控制电路(300)有3种工作模式:直通模式，升压模式和降压模式；
[0041]所述的直通模式(如图5所示)是指当数字处理器(310)检测到光伏池板电压在(500?820V)之间时，控制功率开关管(T1?T4)断开，接触器(K1)闭合的工况；
[0042]所述的升压模式(如图6所示)是指当数字处理器(310)检测到光伏池板电压小于500V时，接触器(K1)断开，功率开关管(T1)持续导通，功率开关管(T2)断开，功率开关管(T3)断开，且功率开关管(T3)内部自带的反并联二极管仍然起作用；功率开关管(T4)采用PWM(Pulse Width Modulat1n)控制，其占空比计算方法如图8所示，其中输出电压Vout指模块输出电压，也是光伏并网变流器输入电压，控制方法为PI控制，同时做输出限幅控制。
[0043]在升压模式运行过程中，当光伏池板电压大于500V以后，转为直通模式工作；
[0044]所述的降压模式(如图7所示)是指当数字处理器(310)检测到光伏池板电压大于820V时，接触器(K1)断开，功率开关管(T3)持续导通，功率开关管(T4)断开，功率开关管(T2)断开，且功率开关管(T2)内部自带的反并联二极管仍然起作用；功率开关管(T1)采用PWM(Pulse Width Modulat1n)控制，其占空比计算方法如图9所示，其中输出电压Vout指模块输出电压，也是光伏并网变流器输入电压，控制方法为PI控制，同时做输出限幅控制。
[0045]在升压模式运行过程中，当光伏池板电压低于8207以后，转为直通模式工作；
[0046]以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的基本原理之内，所作的任何修改、组合及等同替换等，均包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种增宽光伏变流器电压输入范围的模块，其特征在于，包括:直通电路、升降压电路和控制电路； 所述直通电路用于输入和输出的直接连接； 所述升降压电路用于输入电压的升压或降压，增宽所述输入电压的范围； 所述控制电路用于实时检测光伏电压，并控制所述直通电路和所述升降压电路的无缝切换。
2.根据权利要求1所述的增宽光伏变流器电压输入范围的模块，其特征在于，所述直通电路连接所述输入和所述输出时，采用接触器方式。
3.根据权利要求1所述的增宽光伏变流器电压输入范围的模块，其特征在于，所述升降压电路与所述直通电路并联，所述升降压电路与所述直通电路并联的一端与光伏输入端相连，所述升降压电路与所述直通电路并联的另一端与光伏变流器相连。
4.根据权利要求1所述的增宽光伏变流器电压输入范围的模块，其特征在于，所述升降压电路的功率为配套的光伏并网变流器的功率的5%。
5.根据权利要求4所述的增宽光伏变流器电压输入范围的模块，其特征在于，所述升降压电路的功率为25kW。
6.根据权利要求1所述的增宽光伏变流器电压输入范围的模块，其特征在于，所述升降压电路包括4个功率开关管T1?T4、一个电感以及一个接触器；所述电感与所述接触器通过功率开关管的开或关进行并联。
7.根据权利要求1所述的增宽光伏变流器电压输入范围的模块，其特征在于，所述控制电路包括数字处理器、电源电路、采样电路、数字接口及驱动电路，所述数字处理器分别与所述电源电路、所述采样电路、所述数字接口及所述驱动电路相连。
8.根据权利要求1所述的增宽光伏变流器电压输入范围的模块，其特征在于，所述模块独立作为一种设备，或作为变流器的一部分与所述变流器集成在一起。
9.一种增宽光伏变流器电压输入范围的模块的实现方法，其特征在于，控制电路采用控制算法，实时检测光伏电压； 当光伏工作电压处于光伏并网逆变器电压范围内，不需要升压和降压的情况下，接触器闭合，光伏池板正极通过接触器与逆变器相连，此时升压电路和降压电路都不工作，即为直流电路； 当光伏工作电压不在光伏并网逆变器电压范围内，接触器断开，功率开关管T2、功率开关管T3和功率开关管T4均断开，由功率开关管T1进行开关控制，从而实现输入到输出的降压工作模式，即为降压电路； 当接触器断开，功率开关管T1持续闭合，功率开关管T2和功率开关管T3断开，由功率开关管T4进行开关控制，实现输入到输出的升压工作模式，即为升压电路。
【文档编号】H02M7/54GK104467507SQ201310450317
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】胡荣强, 刘阳, 高小淇, 王垚, 陈正安 申请人:龙源（北京）太阳能技术有限公司