專利名稱：一種單相并網(wǎng)型功率調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種功率調(diào)節(jié)器，特別涉及一種用于太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的單相并網(wǎng)型功率調(diào)節(jié)器，屬于電氣技術(shù)領(lǐng)域。
如

圖1所示，在現(xiàn)有的功率變換裝置中，一般都要使用隔離變壓器對(duì)輸入、輸出端所接的電網(wǎng)和逆變電路進(jìn)行隔離，這樣做在電氣原理上是必要的，但是使用隔離變壓器的不足之處在于會(huì)使整個(gè)功率變換裝置的體積、重量增大，成本增加，并增加整個(gè)裝置的電氣損耗，降低裝置的能量轉(zhuǎn)化效率。
為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本實(shí)用新型采用下述的技術(shù)方案一種單相并網(wǎng)型功率調(diào)節(jié)器，接在太陽(yáng)能電池板輸出端與市電電網(wǎng)之間，其特征在于所述單相并網(wǎng)型功率調(diào)節(jié)器包括兩個(gè)IGBT器件和四個(gè)晶體管，所述兩個(gè)IGBT器件和四個(gè)晶體管兩兩串接在一起，組成一個(gè)三相整流—逆變橋電路，其中兩個(gè)IGBT器件之間的連接點(diǎn)與一個(gè)太陽(yáng)能電池板輸出端之間經(jīng)過(guò)第一個(gè)電感相接，三相整流—逆變橋兩端中的一端接太陽(yáng)能電池板的另一個(gè)輸出端，另一端經(jīng)過(guò)電容后也接這個(gè)輸出端；串接的兩個(gè)晶體管的連接點(diǎn)處接第二個(gè)電感，串接的另兩個(gè)晶體管的連接點(diǎn)處經(jīng)傳感器后接第三個(gè)電感，所述傳感器感應(yīng)第二個(gè)電感所在電路的電信號(hào)；所述第二個(gè)電感和第三個(gè)電感分別經(jīng)過(guò)一個(gè)漏電開關(guān)后接市電電網(wǎng)，它們各自經(jīng)過(guò)電容與所述太陽(yáng)能電池板的另一個(gè)輸出端相接。
本實(shí)用新型所述的單相并網(wǎng)型功率調(diào)節(jié)器由于取消了傳統(tǒng)設(shè)備中必不可少的隔離變壓器，大大降低了裝置的制造和使用成本，提高了裝置的工作效率。根據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)方案制造的試驗(yàn)性裝置與現(xiàn)有裝置相比，體積減小約1/3，重量減輕約5公斤，可以實(shí)現(xiàn)掛墻安裝，安裝施工更加簡(jiǎn)便。整機(jī)的工作效率提高8-10％。
圖1為現(xiàn)有的使用隔離變壓器的功率變換裝置的電路原理框圖。
圖2為本實(shí)用新型所述的單相并網(wǎng)型功率調(diào)節(jié)器的電路原理圖。
圖3為本單相并網(wǎng)型功率調(diào)節(jié)器中太陽(yáng)能電池方陣側(cè)噪聲吸收電路的電路原理圖。
圖4為本單相并網(wǎng)型功率調(diào)節(jié)器中市電電網(wǎng)接入側(cè)的噪聲吸收和過(guò)壓防護(hù)電路的電路原理圖。
本實(shí)用新型技術(shù)方案的關(guān)鍵就在于采用經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的新型電路來(lái)替代原有隔離變壓器發(fā)揮作用，原有隔離變壓器的各項(xiàng)功能都能由本實(shí)用新型所述的電路來(lái)完成，從而可以被完全替換掉。這一電路的原理圖如圖2所示，其中P、N為太陽(yáng)能電池板的輸出端，在P、N之間接有電容C1，IGBT器件IGBT1、IGBT2，晶體管Q1、Q2、Q3、Q4兩兩串接在一起，組成一個(gè)三相整流—逆變橋電路，其中IGBT1與IGBT2中間的連接點(diǎn)與P端之間經(jīng)過(guò)電感L1相接，上下兩端中的一端接N端，另一端經(jīng)過(guò)電容C2后也接N端。從串接的晶體管Q1、Q2的連接點(diǎn)處引出一路，接電感L2；從串接的Q3、Q4的連接點(diǎn)處也引出一路，經(jīng)傳感器HS2后接電感L3，傳感器HS2感應(yīng)L2一路的電信號(hào)。電感L2和L3分別經(jīng)過(guò)一個(gè)漏電開關(guān)后接入220V的交流電網(wǎng)中，它們各自經(jīng)過(guò)電容C3和C4與N端相接。
由于太陽(yáng)能電池方陣對(duì)地存在寄生電容，當(dāng)負(fù)載側(cè)有漏電流時(shí)，會(huì)在太陽(yáng)能電池方陣框架與大地間產(chǎn)生感應(yīng)電壓，有可能危及人員安全。因此如圖2所示，在負(fù)載側(cè)安裝有漏電開關(guān)進(jìn)行保護(hù)。這里的漏電開關(guān)是現(xiàn)在使用非常普遍的常規(guī)器件，不會(huì)因此增加裝置電路的復(fù)雜程度和成本。
本電路的各項(xiàng)功能是通過(guò)如下措施實(shí)現(xiàn)的1.在現(xiàn)有的功率調(diào)節(jié)器中，由于IGBT器件的工作電壓較低，使得逆變器的輸出電壓也較低，這就需要通過(guò)變壓器進(jìn)行升壓變換。而在本實(shí)用新型中沒(méi)有變壓器，這時(shí)的升壓變換是通過(guò)由IGBT1、IGBT2、Q1、Q2、Q3、Q4，L1和L2組成的升壓回路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下在升壓回路中，首先是IGBT2導(dǎo)通，電流經(jīng)電感線圈L1、IGBT2形成回路，在逆變器單元輸入端形成直流電壓V1；然后IGBT2關(guān)斷，IGBT1導(dǎo)通，電流經(jīng)L1、IGBT1形成回路，L1產(chǎn)生感應(yīng)電壓V2，在逆變器單元輸入端形成直流電壓V1+V2，這樣就實(shí)現(xiàn)了升壓變換。實(shí)際使用時(shí)，在逆變器單元回路中通過(guò)控制晶體管Q1、Q2、Q3、Q4的門極，使Q1、Q4導(dǎo)通，Q3、Q2關(guān)斷的狀態(tài)和Q2、Q3導(dǎo)通，Q1、Q4關(guān)斷的狀態(tài)不斷變換出現(xiàn)，從而形成電壓值相等、方向相反的交變電流，然后再運(yùn)用現(xiàn)有的最大功率跟蹤技術(shù)(MPPT)使裝置的功率輸出達(dá)到最大值，經(jīng)過(guò)與電網(wǎng)的波形相位進(jìn)行比較后向電網(wǎng)送電。具體而言，要達(dá)到220V交流電壓的輸出，則直流電壓的輸入必須達(dá)到300V。而太陽(yáng)能電池板工作時(shí)的最佳電壓為100V～250V左右，因此，通過(guò)調(diào)控升壓回路中IGBT1和IGBT2的控制極，使逆變單元的輸入電壓升高至320V直流電壓，再通過(guò)控制整流—逆變橋式電路中Q1、Q2、Q3、Q4的開通和關(guān)斷，使其最終形成220V的交流電，向電網(wǎng)輸出。在這一過(guò)程中，所使用的IGBT器件為額定電壓600V的IGBT管。
2.如圖2所示，在Q1、Q2的連接點(diǎn)與電感L2之間的電路上接有傳感器HS2。傳感器HS2的作用是對(duì)逆變器輸出的直流分量進(jìn)行檢測(cè)，它檢測(cè)到的信號(hào)交給裝置外接的微處理器(圖中未畫出)進(jìn)行處理，微處理器同時(shí)也對(duì)整流—逆變橋中的開關(guān)器件進(jìn)行控制。當(dāng)逆變器輸出的直流分量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，微處理器會(huì)自動(dòng)采取保護(hù)性動(dòng)作。例如當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)存在的直流分量電流大于100mA時(shí)，微處理器一接到傳感器HS2的信號(hào)就會(huì)在50ms內(nèi)關(guān)斷IGBT管，進(jìn)行直流分量保護(hù)。
3.圖3和圖4分別為本功率調(diào)節(jié)器中太陽(yáng)能電池方陣側(cè)噪聲吸收電路和市電電網(wǎng)接入側(cè)的噪聲吸收和過(guò)壓防護(hù)電路的電路原理圖。圖3中所示的太陽(yáng)能電池方陣側(cè)的噪聲吸收電路由電容C5～C8組成，接在太陽(yáng)能電池板與本實(shí)用新型所述的單相并網(wǎng)型功率調(diào)節(jié)器的P、N端之間，即圖中的①、③端接太陽(yáng)能電池板，②、④端分別接所述的P、N端。圖4中所述的噪聲吸收和過(guò)壓防護(hù)電路由電容C12～C15及壓敏電阻VS1～VS8分別構(gòu)成，它接在本單相并網(wǎng)型功率調(diào)節(jié)器的交流輸出端與市電電網(wǎng)之間。上述的噪聲吸收電路和過(guò)壓防護(hù)電路的具體組成都是現(xiàn)有的成熟技術(shù)，此處就不贅述了。
在本實(shí)用新型所述的功率調(diào)節(jié)器之內(nèi)，電容C3、C4串聯(lián)后接于逆變器的輸出端，C1接于逆變器輸入端正負(fù)極之間，負(fù)極與C3、C4中心點(diǎn)連接，其作用為吸收交流側(cè)和直流側(cè)產(chǎn)生的噪聲，并且使交流側(cè)的噪聲不會(huì)影響到直流側(cè)。而C5～C8和C12～C15兩組電容則分別吸收太陽(yáng)能電池方陣側(cè)和交流電網(wǎng)側(cè)的噪聲，壓敏電阻VS1～VS8負(fù)責(zé)吸收交流電網(wǎng)側(cè)由于雷擊或其他原因產(chǎn)生的過(guò)電壓。
需要聲明的是，本實(shí)用新型的特定實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本實(shí)用新型的發(fā)明內(nèi)容做了詳盡的說(shuō)明。對(duì)本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員而言，在不背離本實(shí)用新型精神的前提下對(duì)它所做的任何顯而易見(jiàn)的改動(dòng)，特別是對(duì)若干部件的等同替換，都構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型專利權(quán)的侵犯，將承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。
權(quán)利要求1.一種單相并網(wǎng)型功率調(diào)節(jié)器，接在太陽(yáng)能電池板輸出端與市電電網(wǎng)之間，其特征在于所述單相并網(wǎng)型功率調(diào)節(jié)器包括兩個(gè)IGBT器件和四個(gè)晶體管，所述兩個(gè)IGBT器件和四個(gè)晶體管兩兩串接在一起，組成一個(gè)三相整流—逆變橋電路，其中兩個(gè)IGBT器件之間的連接點(diǎn)與一個(gè)太陽(yáng)能電池板輸出端之間經(jīng)過(guò)第一個(gè)電感相接，三相整流—逆變橋兩端中的一端接太陽(yáng)能電池板的另一個(gè)輸出端，另一端經(jīng)過(guò)電容后也接這個(gè)輸出端；串接的兩個(gè)晶體管的連接點(diǎn)處接第二個(gè)電感，串接的另兩個(gè)晶體管的連接點(diǎn)處經(jīng)傳感器后接第三個(gè)電感，所述傳感器感應(yīng)第二個(gè)電感所在電路的電信號(hào)；所述第二個(gè)電感和第三個(gè)電感分別經(jīng)過(guò)一個(gè)漏電開關(guān)后接市電電網(wǎng)，它們各自經(jīng)過(guò)電容與所述太陽(yáng)能電池板的另一個(gè)輸出端相接。
2.如權(quán)利要求1所述的單相并網(wǎng)型功率調(diào)節(jié)器，其特征在于所述IGBT器件的控制極，晶體管的門極及所述傳感器都接微處理器。
3.如權(quán)利要求1所述的單相并網(wǎng)型功率調(diào)節(jié)器，其特征在于所述單相并網(wǎng)型功率調(diào)節(jié)器與所述太陽(yáng)能電池板輸出端之間接有噪聲吸收電路。
4.如權(quán)利要求1所述的單相并網(wǎng)型功率調(diào)節(jié)器，其特征在于所述單相并網(wǎng)型功率調(diào)節(jié)器與市電電網(wǎng)之間接有噪聲吸收電路和過(guò)壓防護(hù)電路。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種單相并網(wǎng)型功率調(diào)節(jié)器。它接在太陽(yáng)能電池板輸出端與市電電網(wǎng)之間，包括兩個(gè)IGBT器件和四個(gè)晶體管，IGBT器件和晶體管兩兩串接在一起，組成一個(gè)三相整流—逆變橋電路，其兩端中的一端接太陽(yáng)能電池板的一個(gè)輸出端，另一端經(jīng)過(guò)電容后也接這個(gè)輸出端，串接的兩個(gè)晶體管的連接點(diǎn)處接有電感，另兩個(gè)晶體管的連接點(diǎn)處經(jīng)傳感器后也接有電感，這兩個(gè)電感分別經(jīng)過(guò)漏電開關(guān)后接市電電網(wǎng)。本單相并網(wǎng)型功率調(diào)節(jié)器取消了傳統(tǒng)設(shè)備中必不可少的隔離變壓器，體積減小約1/3，重量減輕約5公斤，可以實(shí)現(xiàn)掛墻安裝，安裝施工更加簡(jiǎn)便。整機(jī)的工作效率提高8－10％。
文檔編號(hào)H02J3/38GK2596645SQ0320045
公開日2003年12月31日 申請(qǐng)日期2003年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月8日
發(fā)明者楊建中, 楊鴻雁 申請(qǐng)人:北京日佳電源有限公司