离并网混合型光伏逆变器的制造方法
【专利摘要】本实用新型的名称为离并网混合型光伏逆变器。它的主要特征是：包括逆变电路，负载控制开关组；所述的逆变电路的输出端设有并联的负载控制开关组和串联的电网连接接触器、断路器；接触器的出线端与逆变桥的输出端连接，断路器的进线端与电网连接；滤波电感由串接在三相输出线上的电感构成；滤波电容由并接在三相输出线上的电容构成；还包括依次连接的电压电流调理电路、数字信号处理器、驱动电路组成、锁相，电压电流调理电路与电网连接断路器的输出端连接，数字信号处理器的端、端分别与负载控制开关组的输入端及输出端连接，锁相与逆变桥的控制端连接。本实用新型具有在主电网有电、掉电两种情况下都能发电的特点，保障用户持续供电。
【专利说明】离并网混合型光伏逆变器
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光伏发电【技术领域】，涉及一种离并网混合型光伏逆变器。当主电网有电时，开启并网模式，太阳能(光伏)发电馈入主电网；当主电网掉电后，开启离网模式，太阳能发电供给就近用户负载。
【背景技术】
[0002]太阳能发电初始为直流形式，经过光伏逆变器(以下简称逆变器)后，转换为交流电供用户使用。按是否与主电网存在电气连接，光伏逆变器可分为并网型、离网型两种。
[0003]目前，并网型逆变器只能在主电网有电的情况下运行，以主电网频率、相位作为同步源，按电流源的形式馈入电网。而主电网掉电后，传统的并网型发电失去同步源也会停止运行，用户此时也将失去电力供应。即光伏发电、用户用电都依赖于主电网。
[0004]传统的离网型发电只能在无主电网的情况下，给用户供电。由于光照的不稳定，这种离网型发电仅能在光照充足的情况下提供稳定电力。为了确保用户用电稳定，这类纯离网光伏发电应用较少。
[0005]在控制方式上，并网时，用户侧电压由主电网决定，逆变器提供标准电流馈入电网，起到补充作用；离网时，用户侧电压完全由逆变器决定，逆变器需确保输出电压频率、幅值稳定，且电压谐波含量尽可能少。逆变器的输出电流受用户负载影响不可预知，可能存在非线性及谐波。由于并网、离网两种模式下，逆变器输出目标截然不同，控制方式差异很大，目前难以在同一台机器上同时实现两种模式运行。
【发明内容】
[0006]本实用新型针对现有技术的不足，在主电路及控制系统上进行改进，提供一种离并网混合型光伏逆变器，消除两种运行模式的隔阂，在同一台逆变器上实现了并网、离网双模式运行。具有不增加主电路硬件成本、离网模式电压谐波小、根据光照智能投切用户负载的特点，尽力减少用户停电时间。
[0007]为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是:一种离并网混合型光伏逆变器，包括逆变电路、负载控制开关组，逆变电路由储能电容、逆变桥、滤波电感和滤波电容组成；其特征在于:所述的逆变电路的输出端设有并联的负载控制开关组和串联的电网连接接触器、断路器；其中，接触器的出线端与逆变桥的输出端连接，断路器的进线端与电网连接；滤波电感由串接在三相输出线上的电感构成；滤波电容由并接在三相输出线上的电容构成；还包括依次连接的电压电流调理电路、数字信号处理器、驱动电路、锁相组成，电压电流调理电路与电网连接断路器的输出端连接，数字信号处理器与负载控制开关组的输入端及输出端连接，锁相与逆变桥的控制端连接。
[0008]本实用新型的技术解决方案中所述的滤波电容的电容值为300微法，较常规并网型容值更大，使得由滤波电感、滤波电容构成的谐振腔的谐振频率下移。
[0009]本实用新型在传统并网型逆变器拓扑的基础上，输出端增大滤波电容的容值，增强离网模式下的电压稳定性；增加电网电压监视电路，检测主电网状态，决定当前采用的工作模式；增加用户负载控制开关，用于光照变化时，投切用户负载；在一个控制系统上实现了两种控制算法，且改进了离网模式的电压控制算法。
[0010]现有技术在主电网停电后，为确保用户可以使用光伏电力，需额外购置一台离网型光伏逆变器，并手动操作用户负载与电网的开关，再开启离网型逆变器发电。
[0011]本实用新型相比现有技术具有以下优点:(I)不改变并网型逆变器的主电路拓扑，仅适当增大滤波电容值，成本几乎不变；(2)自动投切用户负载，确保用户负载与光照匹配，从而获得稳定电力；(3)采用独特的输出电压控制方法，针对电压谐波做专门控制，改善输出电压谐波。
[0012]【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是离并网混合型光伏逆变器系统图。
[0014]图2是逆变器内部原理图。
[0015]图3是控制算法框图。
[0016]图中:光伏组件1、逆变器2、电网3、用户负载4、储能电容5、逆变桥6、滤波电感7、滤波电容8、负载控制开关组9、用户负载10、电网连接接触器11、电网连接断路器12、电压电流调理电路13、数字信号处理器14、驱动电路15、锁相16、旋转坐标变换17、电网电压前馈18、MPPT 19、内环电流调节20、三维空间矢量发生器21、内置相位22、FFT 23、功率匹配判断24、内环电压调节25、电网状态监视26。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和对本实用新型作进一步详细说明。
[0018]如图1所示，光伏组件I的直流电，经逆变器2转换为交流电送入电网3和用户负载4。当电网有电时，逆变器2和电网3共同为用户负载4供电；当电网掉电后，逆变器2给用户负载4供电。
[0019]如图2所示。本实用新型离并网混合型光伏逆变器包括由储能电容5、逆变桥6、滤波电感7和滤波电容8组成的逆变电路、负载控制开关组9、电网连接接触器11、电网连接断路器12、电压电流调理电路13、数字信号处理器14、驱动电路15、锁相16组成。电压电流调理电路13、数字信号处理器14、驱动电路15、锁相16为常规电路。
[0020]逆变电路的输出端设有并联的负载控制开关组9 (图示用户负载控制开关组由4个开关构成，可以视负载数量变动)和串联的电网连接接触器11、电网连接断路器12。其中电网连接接触器11的出线端与滤波电感7连接，电网连接断路器12的进线端与电网3连接。滤波电感7由串接在逆变桥6输出端上的电感构成。滤波电容8由并接在滤波电感7上的电容构成，滤波电容8的电容值为300微法，该电容值较常规并网型容值更大，使得由滤波电感7、滤波电容8构成的谐振腔的谐振频率下移，增加在离网模式下的输出电压稳定性。
[0021]如图3所示，设备的工作过程如下。
[0022]由电压电流调理电路13检测:电网侧电压Usal、Usbl、Uscl，逆变器侧电压Usa、Usb,Use,逆变器输出电流ifa、ifb、ifc，直流电压Udc，直流电流Idc。根据检测结果，在数字信号处理器14上进行以下运算:[0023]电网侧电压Usal、Usbl、Uscl，经电网状态监视26后，判定机器的工作模式(并网、离网)。
[0024]电网状态监视过程如下:不断计算三相电网电压的幅值，在并网运行过程中，如电网突然掉电，由于逆变器此时仍然连接整个电网，难以支撑整个电网的负荷，计算的三相电网电压幅值接近于零，则进入离网模式。此后该电网电压幅值一直为零，直到主电网再次来电，检测到电网电压幅值正常，则又进入并网模式。
[0025]以下说明并网工作过程。
[0026]闭合电网连接接触器11、电网连接断路器12、负载控制开关组9。
[0027]三相电网电压Usa、Usb、Usc经锁相16得到当前电网相位。
[0028]电网电压Usa、Usb、Usc在该相位上经旋转坐标变换17后，得到dqO坐标系下的UscU Usq、UsO0[0029]逆变电路的输出电流ifa、ifb、ifc在该相位上经旋转坐标变换17后，得到dqO坐标系下的ifd、ifq、ifOo
[0030]Usd、Usq、UsO经电网电压前馈18后，得到稳定的Usdf、Usqf、UsOf。
[0031]直流电压Udc、直流电流Idc J^MPPT 19后，得到装置输出电流的指令ifdref。
[0032]Usdf、Usqf、UsOf、ifd、ifq、ifO、ifdref 经内环电流调节 20 后,得到 dqO 坐标系下的逆变桥输出指令Urd、Urq、UrO，Urd,Urq,UrO经三维空间矢量发生器21后得到最终的控制信号。该控制信号经驱动电路15放大后，用来驱动开关器件。
[0033]以下说明离网工作过程。
[0034]断开电网连接接触器11，以停电前的电网电压相位为起始相位，经内置相位22，以50Hz标准频率，相位顺次往后递增。
[0035]逆变电路的输出电流ifa、ifb、ifc在该相位上经旋转坐标变换17后，得到dqO坐标系下的ifd、ifq、ifOo
[0036]光伏组件的Udc、Idc，经MPPT 19后得到当前能够输出的最大电流ifdref，
[0037]Ifdref与ifd、ifq、if0经功率匹配判断24后，得到负载控制开关组9的控制指令。
【权利要求】
1.一种离并网混合型光伏逆变器，包括逆变电路、负载控制开关组(9)，逆变电路由储能电容(5)、逆变桥(6)、滤波电感(7)和滤波电容(8)组成；其特征在于:所述的逆变电路的输出端设有并联的负载控制开关组(9)和串联的电网连接接触器(11)、断路器(12);其中，接触器(11)的出线端与逆变桥(6)的输出端连接，断路器(12)的进线端与电网连接；滤波电感(7)由串接在三相输出线上的电感构成；滤波电容(8)由并接在三相输出线上的电容构成；还包括依次连接的电压电流调理电路(13)、数字信号处理器(14)、驱动电路(15)、锁相(16)组成，电压电流调理电路(13)与断路器(12)的输出端连接，数字信号处理器(14)与负载控制开关组(9)的输入端及输出端连接，锁相(16)与逆变桥(6)的控制端连接。
2.根据权利要求1所述的离并网混合型光伏逆变器，其特征在于:所述的滤波电容(8)的电容值为300微法。
【文档编号】H02J3/38GK203722253SQ201420071578
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年2月19日 优先权日:2014年2月19日
【发明者】薛建科, 汤全国, 袁泽强 申请人:湖北追日电气股份有限公司