一种模块式光伏并网逆变器的制作方法

本实用新型涉及光伏并网逆变器，具体涉及将功能器件模块化配置的光伏并网逆变器。

背景技术：

随着光伏发电技术的持续进步，光伏发电的成本不断降低，分布式光伏发电普及率越来越高。仅2017年，三相10KW-100KW装机容量就占据了整个光伏市场的54%，工商业屋顶对单机大功率逆变器的要求也在不断提升。从2013年到2018年，逆变器单机功率从10KW扩展为60KW，甚至有部分厂家已推出70KW、80KW及更大功率等级。随着逆变器功率的不断增加，不可避免的出现逆变器单机体积更大、重量更重的问题，而这个问题在逆变器的组装调试，路程运输，现场安装，运维维护等环节影响很大。现有逆变器产品，10KW-36KW的最优重量为40KG，50KW及以上产品的体积普遍达0.14立方米以上，重量达60Kg以上，体积大、重量重问题更为突出。

现有逆变器扩容开发存在的问题主要集中在以下几点：1.箱体体积增大；2.散热器增大增重；3.硬件系统的体积增大；4.产品便捷性差；5.系列产品通用性差，开发工作重复浪费，且成本高；6.产品运维效果差，结构原因导致问题查找特别困难。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述技术问题，将逆变器的器件按功能进行模块化配置，提高逆变器产品的通用性和便捷性。

本实用新型为实现上述发明目的采用的技术方案为：一种模块式光伏并网逆变器，包括设置在箱体内的电子元器件，关键在于：所述箱体包括直流箱和交流箱，直流箱内设置一组并联的MPPT模块单元，每个MPPT模块单元中的器件按功能模块集成在一控制板上，交流箱内设置逆变单元的各模块器件，直流箱内的MPPT模块单元和交流箱内的逆变单元通过现场总线连接。

该实用新型整体分为直流箱系统和交流箱系统，其中，直流箱中安装MPPT模块单元，交流箱安装逆变单元， MPPT模块单元和逆变单元通过现场总线连接。

进一步的，所述逆变单元包括固定在交流箱内的电解电容板、DC/AC逆变器、LCL滤波器、继电器及EMC滤波器，电解电容组并联连接，并焊接在电解电容板上，电解电容板的输入端通过现场总线连接MPPT模块单元，输出端依次连接DC/AC逆变器、LCL滤波器、继电器及EMC滤波器后接入三相电网。

逆变单元的作用是监控逆变器母线电压和交流侧电压电流，实现DC/AC功能且最大功率输出。把电解电容板、DC/AC逆变器、LCL滤波器、继电器和EMC滤波器统一放置在交流箱内。逆变单元作为独立箱体模块设计，这样只需考虑逆变功率模块和电感的散热设计即可。进一步的，所述MPPT模块单元包括固定在控制板上或控制箱内的EMC滤波器、电感器和BOOST模块，EMC滤波器的输入端连接直流开关，两输出端一路通过电感器连接BOOST模块，另一路直接连接BOOST模块，BOOST模块的输出端连接电解电容板的输入端；直流开关的输入端连接有电池串，电池串设置有两组，两电池串并联后连接直流开关。

进一步的，所述直流箱内并联有1-10个MPPT模块单元，各MPPT模块单元的EMC滤波器通过直流开关连接两组电池串，BOOST模块与交流箱内的电解电容板连接。

进一步的，所述直流箱箱体上设置有连接电池串的接头，直流开关设置在直流箱箱体上。

每个MPPT模块单元为一个独立的单元，包括EMC滤波器、电感、BOOST模块。EMC滤波器、电感和BOOST模块中，电感器为结构器件，通过电感线一端连接EMC滤波器，另一端连接BOOST模块。EMC滤波器设计为一块线路板，BOOST模块为一块线路板。MPPT模块单元的两个线路板作为标准配置对应固定功率输入，根据逆变器功率等级选择几个MPPT模块单元。MPPT模块单元独立设置，每个MPPT模块单元可以安装在一块电路板上或一箱子内，在处理机箱散热和结构布局上更具灵活性。直流开关不是单独供一个MPPT模块单元使用，是根据功率等级几个MPPT模块单元共用一个直流开关。每个MPPT模块单元连接两个电池串。采用两组电池串，并联后的功率计算公式为：

MPPT模块单元最大功率= Isc（短路电流）*2（两串）* Vmppt（MPPT电压）

其中：

电网电压230V时，计算Vmppt为620V，这时逆变器能很好的工作在最大功率点处。所以能量系数设定为1.1为最优。Isc（短路电流）=9.68A，为最佳配比电池板的短路电流值。带入公式计算MPPT模块单元最大功率为13.2KW，一个组串的最大功率为6.6KW。MPPT模块单元作用是监控逆变器直流侧电压电流，实现BOOST升压控制和最大功率点跟踪，保证DC/DC的实现，同时，通过N个MPPT模块单元的并联组合，能很快的实现逆变器功率的提升，完成不同功率等级逆变器直流系统的统一性和兼容性。

同功率逆变器直流系统模块化应用，例如：4个MPPT模块输入最大功率为52.8KW，适合搭建50KW功率平台,5个MPPT模块输入最大功率为66KW，适合搭建60KW功率平台，6个MPPT模块输入最大功率79.2KW，适合搭建70KW功率平台。这种搭建功率平台是基于电网电压为230V而获得的最大功率，当电网电压提高277V（网侧器件耐压值）时，计算Vmppt为746V，对应的MPPT模块单元最大功率为14.4KW，这时，只需6个模块单元，也能搭建起80KW功率平台，即70KW和80KW共用完全相同的硬件平台，只是软件根据电网电压230V和277V进行控制即可。

每个MPPT模块单元主要开发2块电路板，1个EMC滤波器板，1个BOOST模块。根据设计功率等级来选择MPPT模块单元的数量。散热器结合功率等级进行设计，其中，电感可采用外置方式，各功率模块靠近排列布置，以提高单位散热率，使散热器尺寸重量更小更轻便。 可采用现成的MPPT模块单元直接进行功率组合和结构搭建，不用每个功率等级都进行单独的项目开发，不但缩短了研发周期，并且节省了散热器、模具等器件费用。不同功率等级逆变器具有原理线路板统一性，方便系统的排查问题和对逆变器运行进行管理，便于成本控制。独立机箱设计后，线路板布局更合理，能很好的对产品问题进行定位，提高运维效率，保证产品稳定运行。

进一步的，所述现场总线为绝缘铜排，绝缘铜排与直流箱和交流箱的连接处设置有电缆锁母。使用绝缘铜排对直流箱MPPT单元和交流箱逆变单元进行电气连接，作用是完成BOOST模块与电解电容组之间的能量传输，进而实现逆变器系统DC-DC-AC功能，连接线包括PBUS和NBUS两部分，并且铜排和机箱连接处使用防水锁母处理，保证逆变器达到IP65（防水防尘标准），具有IP65防护等级的逆变器可以放心安装在室外，对场地要求简单，适合大面积普及。

进一步的，所述直流箱和交流箱内均设置有数字信号处理器，两数字信号处理器之间通过CAN总线通讯，并传递心跳信号。控制部分有直流箱数字信号处理器（DSP）和交流箱数字信号处理器（DSP），两者通过CAN通讯，实现信息共享，并设定心跳信号实现两块控制板的同步，可实现对逆变器系统的控制，完成并网运行和各种功能实现，维护系统可靠稳定。

本实用新型的有益效果为：1、提高了逆变器在组装调试、路程运输、现场安装、运维维护等环节的便捷性，增强了系列产品的通用性，便于控制开发成本，快速准确运维，保证产品稳定运行。

附图说明

图1是实施例中交流箱和直流箱的连接示意图；

图2为实施例中交、直流箱内的模块单元示意图；

图3为实施例中MPPT模块单元的组成及连接示意图；

图4是实施例中MPPT模块单元与逆变单元的连接示意图；

图5是实施例中数字信号处理器的连接示意图；

附图中，1代表直流箱，2代表交流箱，11代表MPPT模块单元，12代表直流开关操作钮，13代表接头，21代表逆变单元，22代表插头，3代表现场总线，4数字信号处理器。

具体实施方式

一种模块式光伏并网逆变器，参见附图，箱体包括直流箱1和交流箱2，直流箱1内设置4个并联的MPPT模块单元11，每个MPPT模块单元11的器件集成在一控制箱内，交流箱内设置逆变单元21的器件，直流箱内的MPPT模块单元11和交流箱内的逆变单元21通过现场总线3连接。直流箱1箱体上设置有直流开关操作钮12和连接太阳能电池板的接头13。交流箱2箱体上设置有和三相电网连接的插头22。

逆变单元21包括固定在交流箱2内的电解电容板、DC/AC逆变器、LCL滤波器、继电器及EMC滤波器，电解电容组并联连接并焊接在电解电容板上，电解电容板的输入端通过现场总线连接MPPT模块单元，输出端依次连接DC/AC逆变器、LCL滤波器、继电器及EMC滤波器后接入三相电网。两MPPT模块单元11的BOOST模块与交流箱2内的电解电容板连接。

MPPT模块单元11包括固定在控制板上或控制箱内的EMC滤波器、电感器和BOOST模块，EMC滤波器的输入端连接直流开关，两输出端一路通过电感器连接BOOST模块，另一路直接连接BOOST模块，BOOST模块的输出端连接电解电容板的输入端；直流开关的输入端连接电池串，电池串设置有两组，两电池串并联后连接直流开关。EMC滤波器和BOOST模块各集成在一电路板上。所述直流箱和交流箱内均设置有数字信号处理器4，两数字信号处理器4之间通过CAN总线通讯，并传递心跳信号。

两个独立机箱的设计，单体机箱的体积和重量都满足便捷性要求。该实施例的50KW功率配置，直流箱20Kg，交流箱35 Kg，虽然整体重量没有太大区别，但独立单元模块非常具有操作便捷性。