专利名称：一种光伏并网逆变器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光伏并网逆变器，具体是一种单相非隔离型光伏并网逆变
O
背景技术：
太阳能是一种新兴的绿色能源，它有清洁、高效、永不衰竭、不受地域资源限制等 特点，其具有安全可靠、无噪声、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点，因而可广泛应 用于各个社会生活的各个领域，特别是应用于光伏并网发电系统。目前单相非隔离型光伏并网逆变器一般都采用DC/AC逆变器直接对直流输入电 压进行逆变，这种方式优点是电路结构简单。其缺点是第一，直流输入电压的范围较窄； 第二，DC/AC逆变器采用全桥电路结构，全桥电路中的开关器件以单极性或双极性方式调 制，对于采用单极性调制方式，不能解决电路中共模电流的问题；对于采用双极性调制方 式，虽然可以解决电路中共模电流的问题，但是交流侧输出的电流纹波较大，交流输出滤波 电感损耗大，电路效率低。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术存在的上述不足，提供一种光伏 并网逆变器，该逆变器可满足逆变器输入直流电压变化范围宽的要求，解决了电路中的共 模电流问题，减小了电路中的EMI，降低了高频开关损耗和电感损耗，提高了整个逆变器的
工作效率。解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是该光伏并网逆变器包括升压电路、 正弦半波电路、换向电路以及控制电路，所述升压电路、正弦半波电路和换向电路依次连 接，由控制电路对上述各个电路进行控制当输入直流电压低于所述正弦半波电路的工作电压时，由控制电路控制升压电压 接通，以对输入直流电压进行升压，从而为所述正弦半波电路提供足够的工作电压；当输入 直流电压等于或高于所述正弦半波电路的工作电压时，控制电路控制升压电路处于关断状 态，输入直流电压经升压电路后直接到达正弦半波电路。优选的是，所述升压电路采用多个Boost电路并联的结构，即采用多相Boost并联 电路，当输入直流电压低于所述正弦半波电路的工作电压时，所述控制电路控制多相Boost 并联电路中的多个开关管接通，所述多相Boost并联电路处于工作状态，将输入直流电压 进行升压，为所述正弦半波电路提供足够的工作电压；当输入直流电压等于或高于所述正 弦半波电路的工作电压时，所述控制电路控制多相Boost并联电路中的多个开关管关断， 多相Boost并联电路不工作。由控制电路控制多相Boost并联电路中的开关管以多相PWM调制方式工作，其工 作状态根据具体的电路参数决定，即只有当输入直流电压低于后级正弦半波电路的工作电 压时，多相Boost并联电路才工作，将输入直流电压进行升压，为后级电路提供稳定的工作电压；当输入直流电压满足后级正弦半波电路的工作电压时，多相Boost并联电路不工作， 输入直流电压经过多相Boost并联电路中的电感元件后直接被送入后级的正弦半波电路， 而多相Boost并联电路中的开关元件则处于关断状态。采用多相Boost并联的电路结构能 够起到均流的效果，而且这种并联的电路结构可以减小电路中的EMI、降低高频开关损耗和 电感损耗，提高了工作效率。更优选的是，本实用新型逆变器中还包括有电压采样电路，所述电压采样电路对 输入直流电压进行实时采样，再将采集到的电压值传送给控制电路，控制电路对所述电压 值进行比较判断后，发出控制信号来控制多相Boost并联电路中的多个开关管的接通与关 断。进一步优选的是，所述正弦半波电路采用多个Buck电路并联的结构，即采用多相 Buck并联电路，所述控制电路以SPWM方式对多相Buck并联电路中的多个开关管进行调 制，将输入的直流电流转变为正弦半波电流，为所述换向电路提供正弦半波电流。采用多相 Buck并联电路能够起到均流的效果，而且这种并联的电路结构可以减小电路中的EMI、降 低高频开关损耗和电感损耗，提高了工作效率。 进一步优选的是，所述换向电路采用全桥逆变电路，控制电路通过对换向电路的 两个桥臂进行工频切换的控制从而将正弦半波电流变换为正弦电流，以满足并网的需要。现有逆变器中的Buck电路一般都是作为降压电路工作的，而本实用新型中的 Buck电路不是作为降压电路来使用的，而是作为正弦半波电路来使用的。本实用新型中，只有当输入直流电压低于后级正弦半波电路的工作电压时，升压 电路才工作，为正弦半波电路提供稳定的工作电压；当输入直流电压满足后级正弦半波电 路的工作电压时，升压电路将不工作。升压电路的这种工作方式，有效的提高了整机效率， 减小了不必要的损耗。本实用新型逆变器采用正弦半波电路+换向电路的拓扑结构，有效解决了非隔离 型光伏并网逆变器中共模电流的问题。本实用新型逆变器的升压电路和正弦半波电路中均使用了多相并联的结构，减小 了电路中的EMI，降低了高频开关损耗和电感损耗，提高了工作效率，因此本实用新型属于 一种高效小功率的并网逆变器。
图1为本实用新型光伏并网逆变器的原理框图图2为本实用新型光伏并网逆变器的工作流程图图3a为本实用新型光伏并网逆变器的电路原理图(图中没有示出控制电路)图3b为本实用新型光伏并网逆变器的电路原理图(示出了控制电路)图4为本实用新型光伏并网逆变器在电网电流正半周工作时的电路工作原理图图5为本实用新型光伏并网逆变器在电网电流负半周工作时的电路工作原理图
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。图1描述了本实用新型光伏并网逆变器的电路原理框图。如图1所示，所述光伏并网逆变器主要包括升压电路、正弦半波电路、换向电路和控制电路，所述升压电路、正弦 半波电路和换向电路依次连接，由控制电路控制上述各个电路的工作。本实施例中，所述升压电路采用多相Boost并联电路结构(包括采用两个或两个 以上并联的Boost电路)，控制电路对多相Boost并联电路中的开关管以多相PWM调制方式 进行调节。该升压电路只在输入直流电压低于后级电路的工作电压时工作，从而为后级电 路提供稳定的工作电压，当输入直流电压满足后级电路的工作电压时，升压电路不工作。本实施例中，所述正弦半波电路采用多相Buck并联电路结构(包括采用两个或两 个以上的并联的Buck电路)，其中，控制电路通过对多相Buck并联电路中的各个开关管采 用多相SPWM方式进行调制，从而将输入的直流电流转变为正弦半波电流输出。本实施例中，所述换向电路采用全桥电路结构，控制电路通过对换向电路的两个 桥臂进行工频切换，将正弦半波电流变换为正弦电流，以满足并网的需要。PV阵列(PV电池板)与升压电路之间并联有滤波电容Cl，升压电路与正弦半波电 路之间并联有储能电容C2，正弦半波电路与换向电路之间并联有电容C3。其中，滤波电容 Cl用于滤波，储能电容C2用于储能，为后级电路提供足够的工作电压，电容C3用于储能和 高频滤波，为后级的换向电路提供足够的工作电压。图2描述了本实用新型光伏并网逆变器的工作流程图。如图2所示，本实用新型光 伏并网逆变器电路的具体工作过程有下面两种情况其一，当输入直流电压Vin低于后级 正弦半波电路的工作电压Ve时，多相Boost并联电路以PWM的调制方式工作，对输入电压 进行升压，为后级的多相Buck并联电路提供足够的工作电压，然后由多相Buck并联电路以 SPWM方式调制，输出正弦半波电流，正弦半波电流最后经过全桥换向电路输出正弦电流，以 满足并网的需要；其二，当输入直流电压Vin高于后级正弦半波电路的工作电压Ve时，多相 Boost并联电路不工作，即多相Boost并联电路中的各个开关管一直处于关断状态，输入直 流电压经过多相Boost并联电路中的电感直接送入后级的多相Buck并联电路，由多相Buck 并联电路以SPWM方式调制，输出正弦半波电流，正弦半波电流最后经过全桥换向电路输出 正弦电流，以满足并网的需要。上述逆变器中各个电路的工作状态都是通过控制电路DSP F2812中的程序控制的。图3a和图3b为本实用新型光伏并网逆变器的电路原理图。如图3a、图3b所示， 本实施例中，升压电路采用双相Boost并联电路，正弦半波电路采用双相Buck并联电路。其 中，多相Boost并联电路类似于双相Boost并联电路，只需并联相应个数的Boost升压电路 即可；多相Buck并联电路类似于双相Buck并联电路，只需并联相应个数的Buck电路即可。 此处以双相电路为例进行具体描述。所述双相Boost并联电路，其第一支路Boost电路，包括电感Li，二极管Dl，开关 管VT1。电感Ll的输入端与PV电池板的输出正极相接，电感Ll的输出端与二极管Dl的阳 极相接，开关管VTl的漏极与二极管Dl的阳极和电感Ll的输出端相接，开关管VTl的源极 与PV电池板的输出负极相接，二极管Dl的阴极与后级Buck电路中的开关管VT2的漏极相 接。第二支路Boost电路包括电感L4，二极管D7，开关管VT7。电感L4的输入端与第一支 路Boost电路中的电感Ll的输入端相接，电感L4的输出端与二极管D7的阳极相接，开关 管VT7的漏极与二极管D7的阳极和电感L4的输出端相接，开关管VT7的源极与PV电池板 的负极相接，二极管D7的阴极与第一支路Boost电路中的二极管Dl的阴极相接。[0031]所述双相Buck并联电路的开关管使用双相SPWM方式调制，为后级换向电路提供 正弦半波电流。其第一支路Buck电路包括开关管VT2，电感L2，二极管D2。开关管VT2的 漏极与前级升压电路中的二极管Dl和D7的阴极相接，开关管VT2的源极与电感L2的输入 端相接，二极管D2的阴极与开关管VT2的源极相接，二极管D2的阳极与PV电池板的负极 相接，电感L2的输入端与开关管VT2的源极相接，电感L2的输出端与后级换向电路中开关 管VT3的漏极相接。第二支路Buck电路包括开关管VT8，电感L5，二极管D8。其开关管VT8 的漏极与第一支路Buck电路中的开关管VT2的漏极相接，开关管VT8的源极与电感L5的 输入端相接，二极管D8的阴极与开关管VT8的源极相接，二极管D8的阳极与PV电池板的 负极相接，电感L5的输入端与开关管VT2的源极相接，电感L5的输出端与第一支路Buck 电路中的电感L2的输出端相接。所述换向电路是采用全桥电路，以工频切换，实现电流换向，将正弦半波电流变换 为正弦电流，以满足并网的需要。所述全桥电路包括开关管VT3、VT4、VT5、VT6，其中开关管 VT3的源极与开关管VT4的漏极相连，开关管VT5的源极与开关管VT6的漏极相连，开关管 VT3的漏极与开关管VT5的漏极相连，其连接点与前级电路中的电感L2的输出端相接，开关 管VT4的源极与开关管VT6的源极相接，其连接点与PV电池板的负极相接。如图3b所示，所述逆变器中还包括有电压采用电路，所述电压采用电路接在PV电 池板的输出端，电压采用电路并与控制电路电连接。所述控制电路还分别与双相Boost并联电路中的开关管VTl开关管VT7连接，与 双相Buck并联电路中的开关管VT2、开关管VT8连接，与换向电路中的开关管VT3、开关管 VT6、开关管VT4、开关管VT5电连接。本实施例中，控制电路采用DSP (数字信息处理器)F2812中的模块电路，其中，DSP 的具体型号可以为TMS320F2812。图4和图5只对图3中光伏并网逆变器的双相电路中的其中一支路的电路工作原 理进行了具体描述，另外一支路的工作原理与其相同。图4为本实用新型光伏并网逆变器在电网电流正半周时的电路工作原理图。如图 4所示，在电网电流正半周期，逆变器中的开关管VT2、VT3、VT6导通，开关管VT4和VT5不 导通，其中双相Buck并联电路中的开关管VT2以SPWM调制方式工作于高频，为后级的换向 电路提供正弦半波电流，换向电路中的开关管VT3和VT6工作于工频，为电路中的正向电流 提供通路，电路中的电流方向如图4中虚线所示。图5为本实用新型光伏并网逆变器在电网电流负半周时的电路工作原理图。如 图5所示，在电网电流负半周期，逆变器中的开关管VT2、VT4、VT5导通，开关管VT3、VT6不 导通，其中开关管VT2以SPWM方式工作于高频，为后级换向电路提供正弦半波电流，开关管 VT4和VT5工作于工频，为电路中的负向电流提供通路，电路中的电流方向如图5中虚线所
7J\ ο下面描述控制电路对整个逆变器的控制过程首先由电压采样电路对PV阵列的输入直流电压进行实时采样，然后将采集到的 电压值传送给DSP控制器(控制电路)，DSP控制器对上述电压值进行比较判断后，发出控 制信号1，以控制Boost电路中的开关管VTl和开关管VT7的接通与关断，从而控制Boost 电路的启闭，以实现电路的升压功能。DSP控制器同时还发出控制信号2、控制信号3和控制信号4，DSP控制器与双相Buck并联电路中的开关管VT2和开关管VT8的栅极相连，并发 出控制信号2对其进行控制，从而以SPWM的调制信号控制双相Buck并联电路中的开关管 工作，使双相Buck并联电路的输出电流的波形为正弦半波波形。DSP控制器与换向电路中 的开关管VT3和开关管VT6的栅极相连接，通过发出控制信号3直接控制开关管VT3和VT6 的开关状态，DSP控制器还与换向电路中的开关管VT4和开关管VT5的栅极相连接，通过发 出控制信号4直接控制开关管VT4和VT5的开关状态。并且控制信号3和控制信号4是工 频带死区时间的互补对称的两组调制信号，该两组控制信号使双相Buck并联电路输出的 正弦半波电流以工频进行换向，最终得到满足电网要求的工频正弦电流。 可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性 实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本 实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实 用新型的保护范围。
权利要求一种光伏并网逆变器，其特征在于包括升压电路、正弦半波电路、换向电路以及控制电路，所述升压电路、正弦半波电路和换向电路依次连接，由控制电路对上述各个电路进行控制当输入直流电压低于所述正弦半波电路的工作电压时，由控制电路控制升压电压接通，以对输入直流电压进行升压，从而为所述正弦半波电路提供足够的工作电压；当输入直流电压等于或高于所述正弦半波电路的工作电压时，控制电路控制升压电路处于关断状态，输入直流电压经升压电路后直接到达正弦半波电路。
2.根据权利要求1所述的光伏并网逆变器，其特征在于所述升压电路采用多个Boost 电路并联的结构，即采用多相Boost并联电路，当输入直流电压低于所述正弦半波电路的 工作电压时，所述控制电路控制多相Boost并联电路中的多个开关管接通，所述多相Boost 并联电路处于工作状态，将输入直流电压进行升压，为所述正弦半波电路提供足够的工作 电压；当输入直流电压等于或高于所述正弦半波电路的工作电压时，所述控制电路控制多 相Boost并联电路中的多个开关管关断，多相Boost并联电路不工作。
3.根据权利要求2所述的光伏并网逆变器，其特征在于还包括有电压采样电路，所述 电压采样电路对输入直流电压进行实时采样，再将采集到的电压值传送给控制电路，控制 电路对所述电压值进行比较判断后，发出控制信号来控制多相Boost并联电路中的多个开 关管的接通与关断。
4.根据权利要求1-3之一所述的光伏并网逆变器，其特征在于所述正弦半波电路采用 多个Buck电路并联的结构，即采用多相Buck并联电路，所述控制电路以SPWM方式对多相 Buck并联电路中的多个开关管进行调制，将输入的直流电流转变为正弦半波电流。
5.根据权利要求4所述的光伏并网逆变器，其特征在于所述换向电路采用全桥逆变电 路，控制电路通过对换向电路的两个桥臂进行工频切换控制从而将正弦半波电流变换为正 弦电流，以满足并网的需要。
6.根据权利要求4所述的光伏并网逆变器，其特征在于所述控制电路采用DSPF2812 中的模块电路。
7.根据权利要求6所述的光伏并网逆变器，其特征在于控制电路所采用的DSP的型号 为 TMS320F2812。
8.根据权利要求1-3之一所述的光伏并网逆变器，其特征在于在升压电路前并联有滤 波电容(C1)。
9.根据权利要求1-3之一所述的光伏并网逆变器，其特征在于所述升压电路与正弦半 波电路之间并联有储能电容(C2)。
10.根据权利要求1-3之一所述的光伏并网逆变器，其特征在于所述正弦半波电路与 换向电路之间并联有电容(C3)。
专利摘要本实用新型公开了一种光伏并网逆变器，其包括升压电路、正弦半波电路、换向电路以及控制电路，所述升压电路、正弦半波电路和换向电路依次连接，由控制电路对上述各电路进行控制当输入直流电压低于所述正弦半波电路的工作电压时，由控制电路控制升压电压接通，以对输入直流电压进行升压，从而为所述正弦半波电路提供足够的工作电压；当输入直流电压等于或高于所述正弦半波电路的工作电压时，控制电路控制升压电路处于关断状态，输入直流电压经升压电路后直接到达正弦半波电路。该逆变器可满足逆变器输入直流电压变化范围宽的要求，解决了电路中的共模电流问题，减小了电路中的EMI，降低了高频开关损耗和电感损耗，提高了整个逆变器的工作效率。
文档编号H02M7/537GK201726334SQ20102021061
公开日2011年1月26日 申请日期2010年5月26日 优先权日2010年5月26日
发明者刘伟增, 梁欢迎, 赵丹 申请人:特变电工新疆新能源股份有限公司;特变电工西安电气科技有限公司