一種單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器，包括輸出連接至交流電網(wǎng)的DC-AC逆變電路，還包括串聯(lián)連接在光伏陣列和DC-AC逆變電路之間的DC-DC升壓電路和旁路元件的并聯(lián)電路；所述DC-DC升壓電路的額定功率容量Pdc小于所述DC-AC逆變電路的額定功率容量Pac。相對(duì)于傳統(tǒng)單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器，本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器，通過(guò)控制使得白天等輻照度較好的大時(shí)間段，DC-DC升壓電路不工作，效率高；而在早晚或陰雨等輻照度較差的情況下，DC-DC升壓電路工作，使得滿足并網(wǎng)條件，光伏并網(wǎng)逆變器可以并網(wǎng)發(fā)電，增加了發(fā)電量。并且由于DC-DC升壓電路的額定功率容量Pdc小于和DC-AC逆變電路的額定功率容量Pac，投資成本大大降低。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)?jiān)O(shè)及一種單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器，具體為一種包括DC-AC逆變電路的單級(jí)光 伏并網(wǎng)逆變器及其應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 光伏并網(wǎng)逆變器正常并網(wǎng)發(fā)電都需要滿足一定的并網(wǎng)條件，即光伏并網(wǎng)逆變器的 直流母線電壓不低于電網(wǎng)電壓峰值。為了提高光伏并網(wǎng)逆變器的工作效率，逆變器廠商通 常配置較多的太陽(yáng)能電池板來(lái)提升光伏陣列的開(kāi)路電壓或者在DC-AC逆變電路前級(jí)接入 與其功率容量匹配的DC-DC升壓電路來(lái)滿足并網(wǎng)條件。
[0003] 對(duì)于采用在DC-AC逆變電路前級(jí)接入與其功率容量匹配的DC-DC升壓電路的情 況，常規(guī)的設(shè)計(jì)思路是前級(jí)的DC-DC升壓電路完成光伏陣列輸出電壓的升壓功能，該樣的 話，光伏陣列配置的太陽(yáng)能電池板不需要很多。但是存在W下缺點(diǎn)：由于DC-DC升壓電路與 DC-AC逆變電路功率容量匹配，成本較高；并且由于DC-DC升壓電路需要長(zhǎng)時(shí)間和DC-AC逆 變電路一起工作，因而開(kāi)關(guān)損耗比較大，逆變器整機(jī)效率低。做為一種改進(jìn)，在DC-DC升壓 電路上并聯(lián)一接觸器，當(dāng)某些特殊情況下日照特別好、滿足并網(wǎng)條件時(shí)，接觸器接通，DC-DC 升壓電路可W短時(shí)間不工作。該種改進(jìn)雖然降低了開(kāi)關(guān)損耗，轉(zhuǎn)換效率得到改善，但是仍然 存在成本局的問(wèn)題。
[0004] 對(duì)傳統(tǒng)采用包括單級(jí)DC-AC逆變電路的光伏并網(wǎng)逆變器的情況，逆變器廠商通常 考慮配置較多數(shù)量的光伏電池板W提升光伏陣列的開(kāi)路電壓。該種單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器 具有電路簡(jiǎn)單、輸出功率可達(dá)兆瓦級(jí)、單位發(fā)電成本低等優(yōu)點(diǎn)，在大型光伏電站得到廣泛應(yīng) 用。但是盡管光伏電池板配置適量，在早晚或陰雨天氣等福照較低的情況下，仍然不滿足并 網(wǎng)條件，光伏并網(wǎng)逆變器無(wú)法并網(wǎng)發(fā)電，導(dǎo)致發(fā)電量損失。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0005] 有鑒于此，本申請(qǐng)要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種相對(duì)于傳統(tǒng)單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變 器，能夠增加發(fā)電量的單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器。
[0006] 本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N
[0007] 本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器，包括DC-AC逆變電路，所述DC-AC逆變 電路的輸出連接至交流電網(wǎng)，還包括串聯(lián)連接在光伏陣列和所述DC-AC逆變電路之間的 DC-DC升壓電路，W及旁路元件；所述旁路元件與所述DC-DC升壓電路并聯(lián)；所述DC-DC升 壓電路的額定功率容量Pdc小于所述DC-AC逆變電路的額定功率容量化C。
[000引進(jìn)一步地，所述DC-DC升壓電路的額定功率容量Pdc小于所述DC-AC逆變電路的 額定功率容量Pac具體為；Pdc《0. 5Pac。
[0009] 進(jìn)一步地，所述單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器還包括控制電路，所述控制電路用來(lái)控制所 述旁路元件的斷開(kāi)和接通；當(dāng)所述光伏陣列的最大功率點(diǎn)電壓值化v_mppt小于所述交流 電網(wǎng)電壓峰值時(shí)，或者，當(dāng)所述光伏陣列輸出功率Ppv小于所述DC-DC升壓電路的額定功率 容量Pdc時(shí)，所述控制電路控制所述旁路元件斷開(kāi)，所述DC-DC升壓電路工作；當(dāng)所述光伏 陣列的最大功率點(diǎn)電壓化v_mppt不小于所述交流電網(wǎng)電壓峰值時(shí)，或者，當(dāng)所述光伏陣列 的輸出功率Ppv不小于所述DC-DC升壓電路的額定功率容量Pdc時(shí)，所述控制電路控制所 述旁路元件的接通，所述DC-DC升壓電路不工作。
[0010] 進(jìn)一步地，所述旁路元件為電動(dòng)開(kāi)關(guān)或高壓直流繼電器或高壓MOS陽(yáng)T或高壓 IGBTo
[00川進(jìn)一步地，所述DC-AC逆變電路采用兩電平拓?fù)浠蚨嚯娖酵負(fù)洹?br> [001引進(jìn)一步地，所述DC-AC逆變電路為S相或單相逆變電路。
[0013] 本申請(qǐng)還提供了一種應(yīng)用于上述單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器中的DC-DC升壓電路。
[0014] 本申請(qǐng)還提供了一種光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括光伏陣列W及上述單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變 器。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0016] 相對(duì)于傳統(tǒng)單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器，本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器，在光 伏陣列和DC-AC逆變電路之間串聯(lián)連接DC-DC升壓電路和旁路元件的并聯(lián)電路，DC-DC升 壓電路的額定功率容量Pdc小于和DC-AC逆變電路的額定功率容量化C，通過(guò)控制使得白天 等福照度較好的大時(shí)間段，DC-DC升壓電路不工作，效率高；而在早晚或陰雨等福照度較差 的情況下，DC-DC升壓電路工作，提升光伏并網(wǎng)逆變器的直流母線電壓使之滿足并網(wǎng)條件， 可W并網(wǎng)發(fā)電，增加了發(fā)電量。并且由于DC-DC升壓電路的額定功率容量Pdc小于和DC-AC 逆變電路的額定功率容量化C，投資成本大大降低。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是本申請(qǐng)?zhí)峁┑膯渭?jí)光伏并網(wǎng)逆變器實(shí)施例一示意圖；
[0018] 圖2是本申請(qǐng)?zhí)峁┑膯渭?jí)光伏并網(wǎng)逆變器實(shí)施例二示意圖；
[0019] 圖3是本申請(qǐng)?zhí)峁┑腄C-DC升壓電路實(shí)施例示意圖；

【具體實(shí)施方式】
[0020] 為使本申請(qǐng)的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本申請(qǐng) 的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0021] 相對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)的單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N能夠提高發(fā)電量的單 級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器。
[0022] 請(qǐng)參見(jiàn)圖1，為本申請(qǐng)?zhí)峁┑膯渭?jí)光伏并網(wǎng)逆變器實(shí)施例一示意圖，單級(jí)光伏并網(wǎng) 逆變器10包括DC-AC逆變電路200，DC-AC逆變電路200的輸出連接至交流電網(wǎng)，還包括串 聯(lián)連接在光伏陣列PV和DC-AC逆變電路200之間的DC-DC升壓電路100, W及與DC-DC升 壓電路100并聯(lián)的旁路元件300 ;DC-DC升壓電路100的功率容量Pdc小于和DC-AC逆變電 路200的功率容量化C。
[0023] 本申請(qǐng)實(shí)施例提供的單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器，在常規(guī)單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器的DC-AC 逆變電路的前級(jí)連接DC-DC升壓電路和旁路元件的并聯(lián)電路，擴(kuò)大了光伏并網(wǎng)逆變器的直 流輸入電壓工作范圍，在早晚或陰雨等福照度較差的情況下，DC-DC升壓電路工作，提升光 伏并網(wǎng)逆變器的直流母線電壓使之滿足并網(wǎng)條件，可W并網(wǎng)發(fā)電，增加發(fā)電量；并且DC-DC 升壓電路的額定功率容量Pdc小于DC-AC逆變電路的額定功率容量化c，降低了投資成本。 尤其是在需要用多個(gè)光伏并網(wǎng)逆變器的大型電站，投資成本回收效益顯著。
[0024] 具體地，DC-DC升壓電路與DC-AC逆變電路的額定功率容量的配置關(guān)系可W為： Pdc《0. 5Pac，具體根據(jù)安裝地的福照度、歷史天氣情況等因素來(lái)決定。W額定功率容量為 100KW的DC-AC逆變電路為例，解決早晚或陰雨等福照度較差的情況不能并網(wǎng)發(fā)電的技術(shù) 問(wèn)題的傳統(tǒng)思路是配置功率匹配的DC-DC升壓電路，而本申請(qǐng)中，配置DC-DC升壓電路額定 功率容量范圍在0-50KW，可W為10KW，相對(duì)于配置功率匹配的DC-DC升壓電路的解決方案， 在提高發(fā)電量的同時(shí)，大大降低了投資成本。
[0025] 請(qǐng)參見(jiàn)圖2,為本申請(qǐng)?zhí)峁┑膯渭?jí)光伏并網(wǎng)逆變器實(shí)施例二，相比于實(shí)施例一，單 級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器20還包括控制電路400,用來(lái)控制旁路元件300的斷開(kāi)和接通。
[0026] 當(dāng)光伏陣列PV的最大功率點(diǎn)電壓值化v_mppt小于交流電網(wǎng)電壓峰值時(shí)，或者，當(dāng) 光伏陣列PV輸出功率Ppv小于DC-DC升壓電路100的額定功率容量Pdc時(shí)，控制電路400 控制旁路元件300斷開(kāi)，DC-DC升壓電路100工作；當(dāng)最大功率點(diǎn)電壓化v_mppt不小于交 流電網(wǎng)電壓峰值時(shí)或者當(dāng)光伏陣列的輸出功率Ppv不小于DC-DC升壓電路的額定功率容量 Pdc時(shí)，控制電路400控制旁路元件300的接通，DC-DC升壓電路100不工作。
[0027] 請(qǐng)參見(jiàn)圖3,為本申請(qǐng)?zhí)峁┑腄C-DC升壓電路實(shí)施例一示意圖，DC-DC升壓電路 100A和DC-AC逆變電路200之間連接有直流母線電容C，DC-DC升壓電路100A包括電感 L、二極管D、第一開(kāi)關(guān)S ;電感L的第一端和旁路元件300的第一端相連做為DC-DC升壓電 路100A的輸入正極203，DC-DC升壓電路100A的輸入正極203與光伏陣列PV的正極相連， 電感L的第二端連接二極管D的陽(yáng)極，二極管D的陰極和旁路元件300的第二端相連做為 DC-DC升壓電路100A的輸出正極，DC-DC升壓電路100A的輸出正極與DC-AC逆變電路200 的直流母線正極201相連，第一開(kāi)關(guān)S的第一端連接電感L和二極管D的公共連接點(diǎn)，第一 開(kāi)關(guān)S的第二端連接DC-DC升壓電路100A的負(fù)極，DC-DC升壓電路100A的負(fù)極與光伏陣 列PV的負(fù)極、DC-AC逆變電路200的直流母線負(fù)極202相連。
[002引做為替代，DC-DC升壓電路還可W為非隔離正激、非隔離反激、非隔離推挽電路等 可W完成升壓功能的一切電路結(jié)構(gòu)，本申請(qǐng)對(duì)此不做限定。
[0029] 本申請(qǐng)所有實(shí)施例中，旁路元件300可W選擇電動(dòng)開(kāi)關(guān)，或高壓直流繼電器，或高 壓MOSFET，或高壓IGBT等能夠?qū)崿F(xiàn)電路連接和斷開(kāi)功能的所有電氣元件，也可W是所有能 實(shí)現(xiàn)相同功能的電路。
[0030] 本申請(qǐng)所有實(shí)施例的DC-AC逆變電路可W采用一切實(shí)現(xiàn)將直流電轉(zhuǎn)換為交流電 的電路拓?fù)?，既可W采用兩電平拓?fù)?，也可W采用多電平拓?fù)?，例如S電平拓?fù)浜臀咫娖酵?撲，本申請(qǐng)不做任何限定。
[0031] 進(jìn)一步地，本申請(qǐng)所有實(shí)施例的DC-AC逆變電路可W為單相逆變電路，也可W為 =相逆變電路，本申請(qǐng)不做任何限定。
[0032] 本申請(qǐng)實(shí)施例還提供了應(yīng)用于上述單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器的DC-DC升壓電路，詳細(xì) 描述請(qǐng)參見(jiàn)上文。
[0033] 本申請(qǐng)實(shí)施例還提供了上述單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器的控制方法，包括如下步驟：
[0034] S11 ;獲得光伏陣列的最大功率點(diǎn)電壓值化v_mppt ;
[003引 S12 ;獲得光伏陣列的輸出功率巧V ;
[0036] S13 ;比較光伏陣列的最大功率點(diǎn)電壓值化v_mppt與交流電網(wǎng)電壓峰值的大??；
[0037] S14 ;比較光伏陣列的輸出功率Ppv與DC-DC升壓電路的額定功率容量Pdc的大 ??；
[003引 S15 ;根據(jù)比較結(jié)果控制旁路元件300的接通和斷開(kāi)W及DC-DC升壓電路是否工 作。
[0039] 進(jìn)一步地，S15 ;根據(jù)比較結(jié)果控制旁路元件300的接通和斷開(kāi)W及DC-DC升壓電 路是否工作包括：
[0040] 若光伏陣列的最大功率點(diǎn)電壓值化v_mppt小于所述交流電網(wǎng)電壓峰值或者光伏 陣列輸出功率Ppv小于所述DC-DC升壓電路的額定功率容量Pdc,控制旁路元件300斷開(kāi)， DC-DC升壓電路工作；
[0041] 若光伏陣列的最大功率點(diǎn)電壓化v_mppt不小于交流電網(wǎng)電壓峰值時(shí)，或者，當(dāng)光 伏陣列的輸出功率Ppv不小于DC-DC升壓電路的額定功率容量Pdc時(shí)，控制旁路元件300 接通，DC-DC升壓電路不工作。
[0042] 本申請(qǐng)實(shí)施例還提供了一種光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括光伏陣列W及上述實(shí)施例中的單 級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器。
[0043] 下面W 100KW的光伏發(fā)電系統(tǒng)為例來(lái)闡述本申請(qǐng)的有益效果：
[0044] 100KW的光伏發(fā)電系統(tǒng)，配置相同的光伏陣列，一臺(tái)傳統(tǒng)單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器（簡(jiǎn) 稱(chēng)單INV)，則逆變電路的額定功率容量至少100KW ;若配置一臺(tái)傳統(tǒng)功率匹配的升壓電路 值C-DC)和逆變電路（INV)的兩級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器（簡(jiǎn)稱(chēng)對(duì)稱(chēng)式DC-DC+INV)，則升壓電路 和逆變電路的額定功率容量必須匹配且至少100KW ;本申請(qǐng)實(shí)施例提供的單級(jí)光伏并網(wǎng)逆 變器（簡(jiǎn)稱(chēng)不對(duì)稱(chēng)式DC-DC+INV)，逆變電路的額定功率容量至少100KW，升壓電路的額定功 率容量假定為8KW。升壓電路的成本為0. 1元/瓦，逆變電路的成本為0. 2元/瓦。
[0045] 假定在早晚或陰雨等福照度較差的情況下，光伏陣列的輸出功率可達(dá)到8KW，但是 由于不滿足并網(wǎng)條件，光伏并網(wǎng)逆變器無(wú)法并網(wǎng)發(fā)電。假定一年365天，每天光伏發(fā)電系統(tǒng) 的福照情況相同，平均下來(lái)，每天該種光伏陣列輸出功率不可忽略、但不滿足并網(wǎng)條件的總 時(shí)長(zhǎng)為1小時(shí)，W當(dāng)前度電補(bǔ)貼為1. 5元/瓦來(lái)計(jì)算，單INV、對(duì)稱(chēng)式DC-DC+INV，不對(duì)稱(chēng)式 DC-DC+INV的設(shè)計(jì)參數(shù)和發(fā)電量分別如下：
[0046]

【權(quán)利要求】
1. 一種單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器，包括DC-AC逆變電路，所述DC-AC逆變電路的輸出連接 至交流電網(wǎng)，其特征在于，還包括串聯(lián)連接在光伏陣列和所述DC-AC逆變電路之間的DC-DC 升壓電路，以及旁路元件； 所述旁路元件與所述DC-DC升壓電路并聯(lián)； 所述DC-DC升壓電路的額定功率容量Pdc小于所述DC-AC逆變電路的額定功率容量 Pac〇
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于， 所述DC-DC升壓電路的額定功率容量Pdc小于所述DC-AC逆變電路的額定功率容量 Pac 具體為：Pdc < 0? 5Pac。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于， 所述單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器還包括控制電路，所述控制電路用來(lái)控制所述旁路元件的斷 開(kāi)和接通； 當(dāng)所述光伏陣列的最大功率點(diǎn)電壓值Upv_mppt小于所述交流電網(wǎng)電壓峰值時(shí)，或者， 當(dāng)所述光伏陣列輸出功率Ppv小于所述DC-DC升壓電路的額定功率容量Pdc時(shí)，所述控制 電路控制所述旁路元件斷開(kāi)，所述DC-DC升壓電路工作； 當(dāng)所述光伏陣列的最大功率點(diǎn)電壓Upv_mppt不小于所述交流電網(wǎng)電壓峰值時(shí)，或者， 當(dāng)所述光伏陣列的輸出功率Ppv不小于所述DC-DC升壓電路的額定功率容量Pdc時(shí)，所述 控制電路控制所述旁路元件的接通，所述DC-DC升壓電路不工作。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述旁路元 件為電動(dòng)開(kāi)關(guān)或高壓直流繼電器或高壓M0SFET或高壓IGBT。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述DC-AC 逆變電路采用兩電平拓?fù)浠蚨嚯娖酵負(fù)洹?br> 6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，所述DC-AC 逆變電路為三相或單相逆變電路。
7. -種應(yīng)用于權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的單級(jí)光伏并網(wǎng)逆變器中的DC-DC升壓電 路。
8. -種光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括光伏陣列以及權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的單級(jí)光伏并 網(wǎng)逆變器。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK204243781SQ201420389695
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】孫維, 鄭群, 汪昌友, 李浩源 申請(qǐng)人:陽(yáng)光電源股份有限公司