一種單級光伏并網逆變器的制造方法
【專利摘要】一種單級光伏并網逆變器，包括輸出連接至交流電網的DC-AC逆變電路，還包括串聯連接在光伏陣列和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。相對于傳統單級光伏并網逆變器，本申請提供的一種單級光伏并網逆變器，通過控制使得白天等輻照度較好的大時間段，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，使得滿足并網條件，光伏并網逆變器可以并網發電，增加了發電量。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。
【專利說明】-種單級光伏并網逆變器
【技術領域】
[0001] 本申請設及一種單級光伏并網逆變器，具體為一種包括DC-AC逆變電路的單級光 伏并網逆變器及其應用。
【背景技術】
[0002] 光伏并網逆變器正常并網發電都需要滿足一定的并網條件，即光伏并網逆變器的 直流母線電壓不低于電網電壓峰值。為了提高光伏并網逆變器的工作效率，逆變器廠商通 常配置較多的太陽能電池板來提升光伏陣列的開路電壓或者在DC-AC逆變電路前級接入 與其功率容量匹配的DC-DC升壓電路來滿足并網條件。
[0003] 對于采用在DC-AC逆變電路前級接入與其功率容量匹配的DC-DC升壓電路的情 況，常規的設計思路是前級的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能電池板不需要很多。但是存在W下缺點：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升壓電路需要長時間和DC-AC逆 變電路一起工作，因而開關損耗比較大，逆變器整機效率低。做為一種改進，在DC-DC升壓 電路上并聯一接觸器，當某些特殊情況下日照特別好、滿足并網條件時，接觸器接通，DC-DC 升壓電路可W短時間不工作。該種改進雖然降低了開關損耗，轉換效率得到改善，但是仍然 存在成本局的問題。
[0004] 對傳統采用包括單級DC-AC逆變電路的光伏并網逆變器的情況，逆變器廠商通常 考慮配置較多數量的光伏電池板W提升光伏陣列的開路電壓。該種單級光伏并網逆變器 具有電路簡單、輸出功率可達兆瓦級、單位發電成本低等優點，在大型光伏電站得到廣泛應 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 網條件，光伏并網逆變器無法并網發電，導致發電量損失。 實用新型內容
[0005] 有鑒于此，本申請要解決的技術問題是提供一種相對于傳統單級光伏并網逆變 器，能夠增加發電量的單級光伏并網逆變器。
[0006] 本申請提供的一種
[0007] 本申請提供的一種單級光伏并網逆變器，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，還包括串聯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；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] 進一步地，所述單級光伏并網逆變器還包括控制電路，所述控制電路用來控制所 述旁路元件的斷開和接通；當所述光伏陣列的最大功率點電壓值化v_mppt小于所述交流 電網電壓峰值時，或者，當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，所述控制電路控制所述旁路元件斷開，所述DC-DC升壓電路工作；當所述光伏 陣列的最大功率點電壓化v_mppt不小于所述交流電網電壓峰值時，或者，當所述光伏陣列 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，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] 進一步地，所述旁路元件為電動開關或高壓直流繼電器或高壓MOS陽T或高壓 IGBTo
[00川進一步地，所述DC-AC逆變電路采用兩電平拓撲或多電平拓撲。
[001引進一步地，所述DC-AC逆變電路為S相或單相逆變電路。
[0013] 本申請還提供了一種應用于上述單級光伏并網逆變器中的DC-DC升壓電路。
[0014] 本申請還提供了一種光伏發電系統，包括光伏陣列W及上述單級光伏并網逆變 器。
[0015] 與現有技術相比，本申請具有W下優點：
[0016] 相對于傳統單級光伏并網逆變器，本申請提供的一種單級光伏并網逆變器，在光 伏陣列和DC-AC逆變電路之間串聯連接DC-DC升壓電路和旁路元件的并聯電路，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，通過控制使得白天 等福照度較好的大時間段，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，提升光伏并網逆變器的直流母線電壓使之滿足并網條件， 可W并網發電，增加了發電量。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。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1是本申請提供的單級光伏并網逆變器實施例一示意圖；
[0018] 圖2是本申請提供的單級光伏并網逆變器實施例二示意圖；
[0019] 圖3是本申請提供的DC-DC升壓電路實施例示意圖；
【具體實施方式】
[0020] 為使本申請的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本申請 的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0021] 相對比現有技術的單級光伏并網逆變器，本申請提供了一種能夠提高發電量的單 級光伏并網逆變器。
[0022] 請參見圖1，為本申請提供的單級光伏并網逆變器實施例一示意圖，單級光伏并網 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，還包括串 聯連接在光伏陣列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] 本申請實施例提供的單級光伏并網逆變器，在常規單級光伏并網逆變器的DC-AC 逆變電路的前級連接DC-DC升壓電路和旁路元件的并聯電路，擴大了光伏并網逆變器的直 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 伏并網逆變器的直流母線電壓使之滿足并網條件，可W并網發電，增加發電量；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光伏并網逆變器的大型電站，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系可W為： Pdc《0. 5Pac，具體根據安裝地的福照度、歷史天氣情況等因素來決定。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發電的技術 問題的傳統思路是配置功率匹配的DC-DC升壓電路，而本申請中，配置DC-DC升壓電路額定 功率容量范圍在0-50KW，可W為10KW，相對于配置功率匹配的DC-DC升壓電路的解決方案， 在提高發電量的同時，大大降低了投資成本。
[0025] 請參見圖2,為本申請提供的單級光伏并網逆變器實施例二，相比于實施例一，單 級光伏并網逆變器20還包括控制電路400,用來控制旁路元件300的斷開和接通。
[0026] 當光伏陣列PV的最大功率點電壓值化v_mppt小于交流電網電壓峰值時，或者，當 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，控制電路400 控制旁路元件300斷開，DC-DC升壓電路100工作；當最大功率點電壓化v_mppt不小于交 流電網電壓峰值時或者當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，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] 請參見圖3,為本申請提供的DC-DC升壓電路實施例一示意圖，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、第一開關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，第一開關S的第一端連接電感L和二極管D的公共連接點，第一 開關S的第二端連接DC-DC升壓電路100A的負極，DC-DC升壓電路100A的負極與光伏陣 列PV的負極、DC-AC逆變電路200的直流母線負極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構，本申請對此不做限定。
[0029] 本申請所有實施例中，旁路元件300可W選擇電動開關，或高壓直流繼電器，或高 壓MOSFET，或高壓IGBT等能夠實現電路連接和斷開功能的所有電氣元件，也可W是所有能 實現相同功能的電路。
[0030] 本申請所有實施例的DC-AC逆變電路可W采用一切實現將直流電轉換為交流電 的電路拓撲，既可W采用兩電平拓撲，也可W采用多電平拓撲，例如S電平拓撲和五電平拓 撲，本申請不做任何限定。
[0031] 進一步地，本申請所有實施例的DC-AC逆變電路可W為單相逆變電路，也可W為 =相逆變電路，本申請不做任何限定。
[0032] 本申請實施例還提供了應用于上述單級光伏并網逆變器的DC-DC升壓電路，詳細 描述請參見上文。
[0033] 本申請實施例還提供了上述單級光伏并網逆變器的控制方法，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電壓值化v_mppt與交流電網電壓峰值的大小；
[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 小；
[003引 S15 ;根據比較結果控制旁路元件300的接通和斷開W及DC-DC升壓電路是否工 作。
[0039] 進一步地，S15 ;根據比較結果控制旁路元件300的接通和斷開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電壓值化v_mppt小于所述交流電網電壓峰值或者光伏 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， DC-DC升壓電路工作；
[0041] 若光伏陣列的最大功率點電壓化v_mppt不小于交流電網電壓峰值時，或者，當光 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，控制旁路元件300 接通，DC-DC升壓電路不工作。
[0042] 本申請實施例還提供了一種光伏發電系統，包括光伏陣列W及上述實施例中的單 級光伏并網逆變器。
[0043] 下面W 100KW的光伏發電系統為例來闡述本申請的有益效果：
[0044] 100KW的光伏發電系統，配置相同的光伏陣列，一臺傳統單級光伏并網逆變器（簡 稱單INV)，則逆變電路的額定功率容量至少100KW ;若配置一臺傳統功率匹配的升壓電路 值C-DC)和逆變電路（INV)的兩級光伏并網逆變器（簡稱對稱式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 ;本申請實施例提供的單級光伏并網逆 變器（簡稱不對稱式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到8KW，但是 由于不滿足并網條件，光伏并網逆變器無法并網發電。假定一年365天，每天光伏發電系統 的福照情況相同，平均下來，每天該種光伏陣列輸出功率不可忽略、但不滿足并網條件的總 時長為1小時，W當前度電補貼為1. 5元/瓦來計算，單INV、對稱式DC-DC+INV，不對稱式 DC-DC+INV的設計參數和發電量分別如下：
[0046]
【權利要求】
1. 一種單級光伏并網逆變器，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，其特征在于，還包括串聯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； 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. 根據權利要求1所述的單級光伏并網逆變器，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. 根據權利要求1所述的單級光伏并網逆變器，其特征在于， 所述單級光伏并網逆變器還包括控制電路，所述控制電路用來控制所述旁路元件的斷 開和接通； 當所述光伏陣列的最大功率點電壓值Upv_mppt小于所述交流電網電壓峰值時，或者， 當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，所述控制 電路控制所述旁路元件斷開，所述DC-DC升壓電路工作； 當所述光伏陣列的最大功率點電壓Upv_mppt不小于所述交流電網電壓峰值時，或者， 當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，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. 根據權利要求1至3中任一項所述的單級光伏并網逆變器，其特征在于，所述旁路元 件為電動開關或高壓直流繼電器或高壓M0SFET或高壓IGBT。
5. 根據權利要求1至3中任一項所述的單級光伏并網逆變器，其特征在于，所述DC-AC 逆變電路采用兩電平拓撲或多電平拓撲。
6. 根據權利要求1至3中任一項所述的單級光伏并網逆變器，其特征在于，所述DC-AC 逆變電路為三相或單相逆變電路。
7. -種應用于權利要求1至6中任一項所述的單級光伏并網逆變器中的DC-DC升壓電 路。
8. -種光伏發電系統，包括光伏陣列以及權利要求1至6中任一項所述的單級光伏并 網逆變器。
【文檔編號】H02J3/38GK204243781SQ201420389695
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年7月15日 優先權日:2014年7月15日
【發明者】孫維, 鄭群, 汪昌友, 李浩源 申請人:陽光電源股份有限公司