一种多能源转换的逆变装置及其控制方法与流程

本发明涉及光伏发电设备领域，尤其涉及一种多能源转换的逆变装置及其控制方法。

背景技术：

随着技术的发展和节能减排的开展，光伏发电越来越受到重视和关注，光伏逆变装置可将太阳能转化为电能，是光伏发电系统中的重要装置。光伏逆变装置多种多样，其中离并网型的光伏逆变装置因其具有离网和并网两者模式，使用灵活而得到广泛应用。离并网型的光伏逆变装置在有市电时处于并网模式，由电网向负载供电，并且太阳能能量可传输到电网中；在市电掉电时处于离网模式，由太阳能和蓄电池两者向负载输出能量。但现有离并网型的光伏逆变装置无法对太阳能、电网和蓄电池的能量进行自动调节，多种能源得不到合理而充分的利用，能量利用率低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种可对多种能源的转换实现自动调节，提高能量利用率的多能源转换的逆变装置及其控制方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种多能源转换的逆变装置，包括光伏输入模块、市电输入模块、蓄电池输入模块和逆变输出模块，还包括变流器，所述市电输入模块的输出端和变流器的一端电连接，所述光伏输入模块的输出端、蓄电池输入模块的输出端和变流器的另一端均与逆变输出模块的输入端电连接；

所述变流器为双向变流器，所述市电输入模块通过变流器向逆变输出模块输送电量，所述光伏输入模块通过变流器向市电输入模块输送电量。

优选地，所述光伏输入模块包括光伏输入端口和MPPT控制器；所述逆变输出模块包括交流输出端口和逆变器；所述市电输入模块包括市电输入端口；

所述市电输入端口和变流器的一端电连接，所述光伏输入端口和所述MPPT控制器的输入端电连接，所述逆变器的输入端、变流器的另一端和MPPT控制器的输出端电连接，所述逆变器的输出端和交流输出端口电连接；

所述MPPT控制器用于控制太阳能板通过光伏输入端口输入的电量。

优选地，所述蓄电池输入模块包括蓄电池连接端口和电池充放电控制器；

所述电池充放电控制器的一端和蓄电池连接端口电连接，所述MPPT控制器的输出端、变流器的另一端和逆变器的输入端均与所述电池充放电控制器的另一端；

所述电池充放电控制器用于控制和蓄电池连接端口电连接的蓄电池的充放电。

优选地，所述MPPT控制器包括电感L1、L2、二极管D1、D2、电容C1、C2和MOS管Q1、Q2，所述电感L1的一端和光伏输入端口的正极电连接，所述电感L2的一端和光伏输入端口的负极电连接，所述二极管D1的正极、MOS管Q1的漏极和电感L1的另一端电连接，所述二极管D2的负极、MOS管Q2的源极和电感L2的另一端电连接，所述二极管D1的负极和电容C1的一端电连接，所述MOS管Q1的源极、MOS管Q2的漏极、电容C1的另一端和电容C2的一端均与市电输入端口的N极电连接，所述电容C2的另一端和二极管D2的正极电连接。

优选地，电池充放电控制器包括电感L3、L4和MOS管Q3、Q4、Q5、Q6，所述电感L3的一端和蓄电池连接端口的正极电连接，所述电感L4的一端和蓄电池连接端口的负极电连接，所述MOS管Q3的源极、MOS管Q4的漏极和电感L3的另一端电连接，所述MOS管Q5的源极、MOS管Q6的漏极和电感L4的另一端电连接，所述MOS管Q4的源极、MOS管Q5的漏极和市电输入端口的N极电连接，所述MOS管Q3的漏极和电容C1的一端电连接，所述MOS管Q6的源极和电容C2的另一端电连接。

优选地，所述变流器包括电感L5、MOS管Q7、Q8、Q9、Q10和电容C3、C4，所述电感L5的一端和市电输入端口的L极电连接，所述MOS管Q7的源极、MOS管Q8的漏极和MOS管Q10的漏极均与电感L5的另一端电连接，所述MOS管Q7的漏极和电容C3的一端电连接，所述MOS管Q8的源极和MOS管Q9的源极电连接，所述电容C3的另一端、MOS管Q9的漏极和电容C4的一端均与市电输入端口的N极电连接，所述MOS管Q10的源极、电容C4的另一端和电容C2的另一端电连接，所述电容C3的一端和电容C1的一端电连接。

优选地，所述逆变器包括电感L6和MOS管Q11、Q12、Q13、Q14，所述电感L6的一端和交流输出端口的L极电连接，所述MOS管Q11的源极、MOS管Q14的漏极和MOS管Q12的源极均与电感L6的另一端电连接，所述MOS管Q13的漏极和MOS管Q12的漏极电连接，所述MOS管Q13的源极和市电输入端口的N极电连接，所述MOS管Q11的漏极和电容C3的一端电连接，所述MOS管Q14的源极和电容C4的另一端电连接。

优选地，所述逆变器还包括电容C5和单刀双掷开关S1，所述单刀双掷开关S1的输出端和交流输出端口的L极电连接，所述电容C5的一端、电感L6的一端和单刀双掷开关S1的第一输入端电连接，所述单刀双掷开关S1的第二输入端和市电输入端口的L极电连接，所述电容C5的另一端、交流输出端口的N极和市电输入端口的N极电连接。

优选地，所述多能源转换的逆变装置的控制方法，包括太阳能板和蓄电池，所述光伏输入端口和太阳能板电连接，所述蓄电池连接端口和蓄电池电连接，所述市电输入端口和电网电连接，所述交流输出端口和负载电连接；

当太阳能板的输出电量大于负载所需电量，并且电网正常时，太阳能板依次通过MPPT控制器和逆变器向负载供电，同时太阳能板也依次通过MPPT控制器和电池充放电控制器向蓄电池充电，同时太阳能板还依次通过MPPT控制器和变流器向电网送电；

当太阳能板的输出电量小于负载所需电量，并且电网正常时，太阳能板依次通过MPPT控制器和逆变器向负载供电，同时电网依次通过变流器和逆变器向负载供电，同时电网依次通过变流器和电池充放电控制器向蓄电池充电；

当太阳能板无输出电量，但电网正常时，电网依次通过变流器和逆变器向负载供电，同时电网依次通过变流器和电池充放电控制器向蓄电池充电；

当太阳能板无输出电量，并且电网异常时，蓄电池依次通过电池充放电控制器和逆变器向负载供电；

当处于空载状态，且太阳能板无输出电量，但电网正常时，蓄电池依次通过电池充放电控制器和变流器向电网送电。

所述多能源转换的逆变装置设置变流器，所述变流器为一个双向变流器，既可做整流器，也可做逆变器，从而既可从电网上获取电量，也可将电量输送到电网，使太阳能得到充分利用。所述多能源转换的逆变装置可根据不同情况对太阳能、电网和蓄电池的输出电量进行自动调节，从而在保证负载所需的电量供应外，还使太阳能、电网和蓄电池的能量得到合理而充分的利用，大大地提高能量利用率，避免能源利用的不充分、不平衡和低效率。

附图说明

附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。

图1是本发明其中一个实施例的逆变装置模块连接示意图；

图2是本发明其中一个实施例的逆变装置整体电路图；

图3是本发明其中一个实施例的光伏输入模块电路图；

图4是本发明其中一个实施例的蓄电池输入模块电路图；

图5是本发明其中一个实施例的变流器电路图；

图6是本发明其中一个实施例的逆变输出模块电路图；

图7是本发明其中一个实施例的变流器逆变状态工作原理图；

图8是本发明其中一个实施例的太阳能板和电网共同输电工作原理图；

图9是本发明其中一个实施例的电网输电工作原理图；

图10是本发明其中一个实施例的蓄电池输电工作原理图；

图11是本发明其中一个实施例的蓄电池向电网送电工作原理图。

其中：光伏输入端口1；市电输入端口2；蓄电池连接端口3；交流输出端口4；变流器21；逆变器41；MPPT控制器11；电池充放电控制器31；电感L1、L2、L3、L4、L5、L6；二极管D1、D2；电容C1、C2、C3、C4、C5；MOS管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14；单刀双掷开关S1；电流方向A、B、C、D、E。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例的多能源转换的逆变装置，包括光伏输入模块、市电输入模块、蓄电池输入模块和逆变输出模块，如图1所示，还包括变流器21，所述市电输入模块的输出端和变流器21的一端电连接，所述光伏输入模块的输出端、蓄电池输入模块的输出端和变流器21的另一端均与逆变输出模块的输入端电连接；

所述变流器21为双向变流器，所述市电输入模块通过变流器21向逆变输出模块输送电量，所述光伏输入模块通过变流器21向市电输入模块输送电量。

所述多能源转换的逆变装置设置变流器21，所述变流器21为一个双向变流器，既可做整流器，也可做逆变器，从而既可从电网上获取电量，也可将电量输送到电网，使太阳能得到充分利用。所述多能源转换的逆变装置可根据不同情况对太阳能、电网和蓄电池的输出电量进行自动调节，从而在保证负载所需的电量供应外，还使太阳能、电网和蓄电池的能量得到合理而充分的利用，大大地提高能量利用率，避免能源利用的不充分、不平衡和低效率。

优选地，如图1所示，所述光伏输入模块包括光伏输入端口1和MPPT控制器11；所述逆变输出模块包括交流输出端口4和逆变器41；所述市电输入模块包括市电输入端口2；

所述市电输入端口2和变流器21的一端电连接，所述光伏输入端口1和所述MPPT控制器11的输入端电连接，所述逆变器41的输入端、变流器21的另一端和MPPT控制器11的输出端电连接，所述逆变器41的输出端和交流输出端口4电连接；所述MPPT控制器11用于控制太阳能板通过光伏输入端口1输入的电量。所述MPPT控制电路11和光伏输入端口1串接，所述MPPT控制电路11为单向电量传递，仅能将太阳能板的电量输送进所述多能源转换的逆变装置，所述MPPT控制电路11为最大功率点跟踪的太阳能控制电路，可对太阳能板的直流输出进行调节，将低压的直流输出升压并以最大输出功率输出，最大限度地提高太阳能的利用率。

优选地，如图1所示，所述蓄电池输入模块包括蓄电池连接端口3和电池充放电控制器31；所述电池充放电控制器31的一端和蓄电池连接端口3电连接，所述MPPT控制器11的输出端、变流器21的另一端和逆变器41的输入端均与所述电池充放电控制器31的另一端；所述电池充放电控制器31用于控制和蓄电池连接端口3电连接的蓄电池的充放电。

所述电池充放电控制器31和蓄电池连接端口3串接，控制和蓄电池连接端口3电连接的蓄电池的充放电，蓄电池通过所述电池充放电控制器31既可进行充电，也可进行放电；即太阳能板和电网的电量可通过电池充放电控制器31输送给蓄电池，蓄电池的电量也可通过逆变输出模块向负载供电，所述电池充放电控制器31控制蓄电池的充放电量，有效地保护蓄电池，防止因蓄电池的不合理充放电而缩短蓄电池的使用寿命。

优选地，所述MPPT控制器11包括电感L1、L2、二极管D1、D2、电容C1、C2和MOS管Q1、Q2，如图2、图3所示，所述电感L1的一端和光伏输入端口的正极电连接，所述电感L2的一端和光伏输入端口的负极电连接，所述二极管D1的正极、MOS管Q1的漏极和电感L1的另一端电连接，所述二极管D2的负极、MOS管Q2的源极和电感L2的另一端电连接，所述二极管D1的负极和电容C1的一端电连接，所述MOS管Q1的源极、MOS管Q2的漏极、电容C1的另一端和电容C2的一端均与市电输入端口的N极电连接，所述电容C2的另一端和二极管D2的正极电连接。

所述MPPT控制器11由电感L1、L2、二极管D1、D2、电容C1、C2和MOS管Q1、Q2构成三电平升压电路，二极管D1、D2可阻止多能源转换的逆变装置的电量输送给太阳能板，保证太阳能板的能量传递为单向；通过MOS管Q1、Q2的通断来对太阳能板的直流输出进行调节，将低压的单电平直流输出升压成三电平交流输出，并以最大输出功率输出，最大限度地提高太阳能的利用率。

优选地，电池充放电控制器31包括电感L3、L4和MOS管Q3、Q4、Q5、Q6，如图2、图4所示，所述电感L3的一端和蓄电池连接端口3的正极电连接，所述电感L4的一端和蓄电池连接端口3的负极电连接，所述MOS管Q3的源极、MOS管Q4的漏极和电感L3的另一端电连接，所述MOS管Q5的源极、MOS管Q6的漏极和电感L4的另一端电连接，所述MOS管Q4的源极、MOS管Q5的漏极和市电输入端口2的N极电连接，所述MOS管Q3的漏极和电容C1的一端电连接，所述MOS管Q6的源极和电容C2的另一端电连接。

所述电池充放电控制器31由电感L3、L4和MOS管Q3、Q4、Q5、Q6构成三电平升降压斩波电路，通过MOS管Q3、Q6的通断来控制和蓄电池连接端口3电连接的蓄电池的充放电量。当MOS管Q3导通并且MOS管Q6断开时，电池充放电控制器31处于降压状态，蓄电池充电；当MOS管Q3断开并且MOS管Q6导通时，电池充放电控制器31处于升压状态，蓄电池放电。

优选地，所述变流器21包括电感L5、MOS管Q7、Q8、Q9、Q10和电容C3、C4，如图2、图5所示，所述电感L5的一端和市电输入端口2的L极电连接，所述MOS管Q7的源极、MOS管Q8的漏极和MOS管Q10的漏极均与电感L5的另一端电连接，所述MOS管Q7的漏极和电容C3的一端电连接，所述MOS管Q8的源极和MOS管Q9的源极电连接，所述电容C3的另一端、MOS管Q9的漏极和电容C4的一端均与市电输入端口2的N极电连接，所述MOS管Q10的源极、电容C4的另一端和电容C2的另一端电连接，所述电容C3的一端和电容C1的一端电连接。

所述变流器21由电感L5、MOS管Q7、Q8、Q9、Q10和电容C3、C4构成三电平变流电路，所述变流器21通过MOS管Q7、Q8、Q9、Q10的通断来对多能源转换的逆变装置的整体能量进行调节，使能源平衡利用。当MOS管Q8导通并且MOS管Q9断开时，所述变流器21处于整流状态，电网向多能源转换的逆变装置输送电量；当MOS管Q9导通并且MOS管Q8断开时，所述变流器21处于逆变状态，太阳能板的电量通过变流器21向电网输送。

优选地，所述逆变器41包括电感L6和MOS管Q11、Q12、Q13、Q14，如图2、图6所示，所述电感L6的一端和交流输出端口4的L极电连接，所述MOS管Q11的源极、MOS管Q14的漏极和MOS管Q12的源极均与电感L6的另一端电连接，所述MOS管Q13的漏极和MOS管Q12的漏极电连接，所述MOS管Q13的源极和市电输入端口2的N极电连接，所述MOS管Q11的漏极和电容C3的一端电连接，所述MOS管Q14的源极和电容C4的另一端电连接。所述逆变器41由电感L6和MOS管Q11、Q12、Q13、Q14构成三电平逆变电路，将直流电转换为交流电，逆变后的交流电为正弦波形，无杂波，从而为负载提供优质电源。

优选地，所述逆变器41还包括电容C5和单刀双掷开关S1，如图2所示，所述单刀双掷开关S1的输出端和交流输出端口4的L极电连接，所述电容C5的一端、电感L6的一端和单刀双掷开关S1的第一输入端电连接，所述单刀双掷开关S1的第二输入端和市电输入端口2的L极电连接，所述电容C5的另一端、交流输出端口4的N极和市电输入端口2的N极电连接。所述逆变器41设置单刀双掷开关S1，为负载提供双母线供电：在逆变器41正常时，单刀双掷开关S1的第一输入端和单刀双掷开关S1的输出端连通，由逆变器41向负载供电；当逆变器41异常时，单刀双掷开关S1的第二输入端和单刀双掷开关S1的输出端连通，电网由旁路向负载供电，保证为负载不间断供电，提高供电可靠性和稳定性。

优选地，所述多能源转换的逆变装置的控制方法，包括太阳能板和蓄电池，所述光伏输入端口1和太阳能板电连接，所述蓄电池连接端口3和蓄电池电连接，所述市电输入端口2和电网电连接，所述交流输出端口4和负载电连接；

当太阳能板的输出电量大于负载所需电量，并且电网正常时，如图7的电流方向A所示，太阳能板依次通过MPPT控制器11和逆变器41向负载供电，同时太阳能板也依次通过MPPT控制器11和电池充放电控制器31向蓄电池充电，同时太阳能板还依次通过MPPT控制器11和变流器21向电网送电；

当太阳能板的输出电量小于负载所需电量，并且电网正常时，如图8的电流方向B所示，太阳能板依次通过MPPT控制器11和逆变器41向负载供电，同时电网依次通过变流器21和逆变器41向负载供电，同时电网依次通过变流器21和电池充放电控制器31向蓄电池充电；

当太阳能板无输出电量，但电网正常时，如图9的电流方向C所示，电网依次通过变流器21和逆变器41向负载供电，同时电网依次通过变流器21和电池充放电控制器31向蓄电池充电；

当太阳能板无输出电量，并且电网异常时，如图10的电流方向D所示，蓄电池依次通过电池充放电控制器31和逆变器41向负载供电；

当处于空载状态，且太阳能板无输出电量，但电网正常时，如图11的电流方向E所示，蓄电池依次通过电池充放电控制器31和变流器21向电网送电。

所述多能源转换的逆变装置的控制方法可根据不同情况对太阳能、电网和蓄电池的输出电量进行自动调节，从而在保证负载所需的电量供应外，还使太阳能、电网和蓄电池的能量得到合理而充分的利用，大大地提高能量利用率，避免能源利用的不充分、不平衡和低效率。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。