消除直流输入端纹波的单相逆变器及太阳能光伏发电系统技术方案

本发明专利技术提供一种消除直流输入端纹波的单相逆变器，连于直流输入和交流输出间，包括：直流检测电路；交流检测电路；直流‑直流转换电路；直流‑交流转换电路；电力转换控制电路；纹波消除单元，根据输入直流电信号和输出交流电信号消除直流输入端的纹波；其中，纹波消除单元包括：纹波控制器，根据输入直流电信号和输出交流电信号控制纹波消除单元的工作模式；能量储存单元，储存或释放直流输入端的能量；能量储存控制器，控制能量储存单元的开关。本发明专利技术还提供一种太阳能光伏发电系统。本发明专利技术利用纹波消除单元检测纹波功率，控制转换电路的工作模式，电容上的电压随能量波形变化，可被控制为等于纹波功率，实现充放电，消除直流输入端的纹波。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力转换
，具体来说，本专利技术涉及一种消除直流输入端纹波的单相逆变器及太阳能光伏发电系统。
技术介绍
很多可再生能源产生直流电，例如太阳能光伏和化学电池。直流电通过逆变器转换为固定频率的正弦交流电，传输给电网或者离网使用。太阳能光伏发电系统的逆变器最近趋向于采用分布式的微型逆变器(微逆变器)。微型逆变器对每个直流光伏组件提供最大功率点控制，从而使每个直流光伏组件产生最大的能量，提高整个太阳能光伏发电系统的性能。另外，微型逆变器还能产生交流低压输出，而不是中心式逆变器系统的高直流电压输出，提高了系统的安全性和工作效率。图1为现有技术中的一个单相逆变器的结构示意图。如图所示，该单相逆变器100连接在太阳能板101和电网102之间，其可以包括直流检测电路103、直流-直流转换电路104、直流-交流转换电路105、交流检测电路106以及电力转换控制电路107。其中，直流检测电路103与太阳能板101相连接，用于检测输入的直流电信号(至少包括输入电压和电流)；交流检测电路106与电网102相连接，用于检测输出的交流电信号(至少包括输出电压和电流)；直流-直流转换电路104与直流检测电路103相连接，用于对直流电信号进行升压与稳压；直流-交流转换电路105分别与直流-直流转换电路104和交流检测电路106相连接，用于将直流电转换成交流电；以及电力转换控制电路107分别与直流检测电路103、交流检测电路106、直流-直流转换电路104和直流-交流转换电路105相连接，根据输入电压和电流以及输出电压和电流通过基准电流控制开关(未图示)，使逆变器100产生与电网102的交流电压同相位的输出交流电。单相逆变器的一个基本特性是：电源和负载间的能量传输包括平均能量和双倍频率的纹波。逆变器希望从直流电源获取没有纹波的直流电，然后将平均能量和纹波能量传给输出负载，这样就要求逆变器里有能量存储单元来处理纹波能量。在如图1所示的现有技术的单相逆变器的结构示意图中，逆变器100产生和交流电网102能量同相的输出功率，所以输出能量在零和峰值输出功率之间震荡。在逆变器100的输出功率为零时，光伏组件的电流不流过逆变器100，所以给存储电容充电；在逆变器100的输出功率为峰值时，存储电容放电补充光伏组件的功率，使峰值达到平均值的两倍。所以，存储电容的充放电形成了光伏组件提供的直流电之上附加的交流成分，叫做纹波功率。为管理双倍频率的纹波功率，能量需要被在两倍的频率存储和释放。为避免能量交换造成大的电压纹波，需要使用大的电容C。图2为现有技术中的一个单相反激逆变器的简单电路结构示意图。如图所示，该单相反激逆变器200的直流输入端设置有大的电容C，来减小能量存储和释放产生的纹波电压。这里的单相反激逆变器200以单路反激为例，但两路或多路地交错反激也是类似的情况。通常逆变器采用在直流主线的大容量电解电容作为被动滤波器，但电解电容有多种失效模式，特别是纹波电流造成电容内部自热，减少寿命。主动滤波电路被广泛研究来替代被动方法，通过分开的能量变换电路来提供另一个纹波，该纹波抵消掉双频率纹波功率，但该方法需要复杂的电路和控制方法。所以，需要能简单地消除单相逆变器中直流侧输入端的纹波功率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种消除直流输入端纹波的单相逆变器及太阳能光伏发电系统，可以简单地消除单相逆变器直流侧输入端的纹波功率。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种消除直流输入端纹波的单相逆变器，连接于直流输入和交流输出之间，包括：直流检测电路，与所述直流输入相连接，用于检测输入的直流电信号；交流检测电路，与所述交流输出相连接，用于检测输出的交流电信号；直流-直流转换电路，与所述直流检测电路相连接，用于对所述直流电信号进行升压；直流-交流转换电路，分别与直流-直流转换电路和交流检测电路相连接，用于将所述直流电转换成所述交流电；电力转换控制电路，分别与所述直流检测电路、所述交流检测电路、所述直流-直流转换电路和所述直流-交流转换电路相连接，用于根据输入的直流电压和电流以及输出的交流电压和电流通过基准电流控制开关，使所述单相逆变器产生与所述交流电压同相位的输出交流电；以及纹波消除单元，分别与所述直流检测电路、所述交流检测电路和所述直流-交流转换电路相连接，用于根据输入的直流电信号和输出的交流电信号消除所述单相逆变器直流输入端的纹波；其中，所述纹波消除单元包括：纹波控制器，分别与所述直流检测电路和所述交流检测电路相连接，用于根据输入的直流电信号和输出的交流电信号控制所述纹波消除单元的工作模式；能量储存单元，与所述直流-直流转换电路相连接，用于储存或者释放所述直流输入端的能量；以及能量储存控制器，分别与所述纹波控制器和所述能量储存单元相连接，用于根据所述纹波控制器的指令，控制所述能量储存单元的开关，实行所述能量的储存和释放。可选地，所述能量储存单元为升压-降压双向转换器。可选地，所述能量储存单元包括所述转换器的副边线圈、电感、电容、第一开关管、第二开关管、第一二极管和第二二极管，其中：所述副边线圈与所述转换器的主边线圈相耦合；所述电感的第一端与所述副边线圈的第一端相连接，所述电感的第二端通过所述第二开关管连接到所述电容的第一端；所述电容的第二端连接到所述副边线圈的第二端；所述第一开关管跨接在所述电感的第二端和所述副边线圈的第二端之间；所述第一开关管和所述第二开关管分别通过所述能量储存控制器控制其开关，实行所述能量的储存和释放；所述第一二极管和所述第二二极管分别并联在所述第一开关管和所述第二开关管两端，所述第一二极管的正极连接到所述副边线圈的第二端，所述第一二极管的负极连接到所述电感的第二端，所述第二二极管的正极连接到所述电感的第二端，所述第二二极管的负极连接到所述电容的第一端。可选地，所述纹波消除单元的工作模式包括：充电模式和放电模式。可选地，所述纹波控制器、所述能量储存控制器和所述电力转换控制器集成在同一电路里。可选地，所述纹波控制器、所述能量储存控制器和所述电力转换控制器以FPGA、CPU、MCU、DSP或者ASIC实现。相应地，本专利技术还提供一种太阳能光伏发电系统，包括一个或者多个单相逆变器，所述单相逆变器连接于太阳能板和电网之间，所述单相逆变器包括：直流检测电路，与所述太阳能板相连接，用于检测输入的直流电信号；交流检测电路，与所述电网相连接，用于检测输出的交流电信号；直流-直流转换电路，与所述直流检测电路相连接，用于对所述直流电信号进行升压；直流-交流转换电路，分别与直流-直流转换电路和交流检测电路相连接，用于将所述直流电转换成所述交流电；电力转换控制电路，分别与所述直流检测电路、所述交流检测电路、所述直流-直流转换电路和所述直流-交流转换电路相连接，用于根据输入的直流电压和电流以及输出的交流电压和电流通过基准电流控制开关，使所述单相逆变器产生与所述交流电压同相位的输出交流电；以及纹波消除单元，分别与所述直流检测电路、所述交流检测电路和所述直流-交流转换电路相连接，用于根据输入的直流电信号和输出的交流电信号消除所述单相逆变器直流输入端的纹波；其中，所述纹波消除单元包括：纹波控制器，分别与所述直流检测电路和所述交流检测电路相连接，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消除直流输入端纹波的单相逆变器，连接于直流输入和交流输出之间，包括：直流检测电路，与所述直流输入相连接，用于检测输入的直流电信号；交流检测电路，与所述交流输出相连接，用于检测输出的交流电信号；直流‑直流转换电路，与所述直流检测电路相连接，用于对所述直流电信号进行升压；直流‑交流转换电路，分别与直流‑直流转换电路和交流检测电路相连接，用于将所述直流电转换成所述交流电；电力转换控制电路，分别与所述直流检测电路、所述交流检测电路、所述直流‑直流转换电路和所述直流‑交流转换电路相连接，用于根据输入的直流电压和电流以及输出的交流电压和电流通过基准电流控制开关，使所述单相逆变器产生与所述交流电压同相位的输出交流电；以及纹波消除单元，分别与所述直流检测电路、所述交流检测电路和所述直流‑交流转换电路相连接，用于根据输入的直流电信号和输出的交流电信号消除所述单相逆变器直流输入端的纹波；其中，所述纹波消除单元包括：纹波控制器，分别与所述直流检测电路和所述交流检测电路相连接，用于根据输入的直流电信号和输出的交流电信号控制所述纹波消除单元的工作模式；能量储存单元，与所述直流‑直流转换电路相连接，用于储存或者释放所述直流输入端的能量；以及能量储存控制器，分别与所述纹波控制器和所述能量储存单元相连接，用于根据所述纹波控制器的指令，控制所述能量储存单元的开关，实行所述能量的储存和释放。...

【技术特征摘要】
1.一种消除直流输入端纹波的单相逆变器，连接于直流输入和交流输出之间，包括：直流检测电路，与所述直流输入相连接，用于检测输入的直流电信号；交流检测电路，与所述交流输出相连接，用于检测输出的交流电信号；直流-直流转换电路，与所述直流检测电路相连接，用于对所述直流电信号进行升压；直流-交流转换电路，分别与直流-直流转换电路和交流检测电路相连接，用于将所述直流电转换成所述交流电；电力转换控制电路，分别与所述直流检测电路、所述交流检测电路、所述直流-直流转换电路和所述直流-交流转换电路相连接，用于根据输入的直流电压和电流以及输出的交流电压和电流通过基准电流控制开关，使所述单相逆变器产生与所述交流电压同相位的输出交流电；以及纹波消除单元，分别与所述直流检测电路、所述交流检测电路和所述直流-交流转换电路相连接，用于根据输入的直流电信号和输出的交流电信号消除所述单相逆变器直流输入端的纹波；其中，所述纹波消除单元包括：纹波控制器，分别与所述直流检测电路和所述交流检测电路相连接，用于根据输入的直流电信号和输出的交流电信号控制所述纹波消除单元的工作模式；能量储存单元，与所述直流-直流转换电路相连接，用于储存或者释放所述直流输入端的能量；以及能量储存控制器，分别与所述纹波控制器和所述能量储存单元相连接，用于根据所述纹波控制器的指令，控制所述能量储存单元的开关，实行所述能量的储存和释放。2.根据权利要求1所述的单相逆变器，其特征在于，所述能量储存单元为升压-降压双向转换器。3.根据权利要求2所述的单相逆变器，其特征在于，所述能量储存单元包括所述转换器的副边线圈、电感、电容、第一开关管、第二开关管、第一二极管和第二二极管，其中：所述副边线圈与所述转换器的主边线圈相耦合；所述电感的第一端与所述副边线圈的第一端相连接，所述电感的第二端通过所述第二开关管连接到所述电容的第一端；所述电容的第二端连接到所述副边线圈的第二端；所述第一开关管跨接在所述电感的第二端和所述副边线圈的第二端之间；所述第一开关管和所述第二开关管分别通过所述能量储存控制器控制其开关，实行所述能量的储存和释放；所述第一二极管和所述第二二极管分别并联在所述第一开关管和所述第二开关管两端，所述第一二极管的正极连接到所述副边线圈的第二端，所述第一二极管的负极连接到所述电感的第二端，所述第二二极管的正极连接到所述电感的第二端，所述第二二极管的负极连接到所述电容的第一端。4.根据权利要求1至3中任一项所述的单相逆变器，其特征在于，所述纹波消除单元的工作模式包括：充电模式和放电模式。5.根据权利要求1至3中任一项所述的单相逆变器，其特征在于，所述纹波控制器、所述能量储存控制器和所述电力转换控制器集成在同一电路里。6.根据权利要求5所述的单相逆变器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：马玉林，褚东军，马群，
申请(专利权)人：武汉承光博德光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42