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CN118783805A - 一种混合逆变器及光伏储能供电系统 - Google Patents

一种混合逆变器及光伏储能供电系统 Download PDF

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CN118783805A
CN118783805A CN202410909731.1A CN202410909731A CN118783805A CN 118783805 A CN118783805 A CN 118783805A CN 202410909731 A CN202410909731 A CN 202410909731A CN 118783805 A CN118783805 A CN 118783805A
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China
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inductor
switch tube
switching tube
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CN202410909731.1A
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陈勇兵
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Xi'an Yijie Tuo Electric Co ltd
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Xi'an Yijie Tuo Electric Co ltd
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Abstract

本发明涉及一种混合逆变器及光伏储能供电系统，属于电力领域，包括：MPPT电路、双向DC/AC电路和双向DC/DC电路；MPPT电路包括母线，母线上设置有第一电容C1；双向DC/AC电路的直流端与母线连接；双向DC/DC电路包括第一电感L1，第一开关管Q1、第二开关管Q2，第三开关管Q3、第一连接端、第二连接端。本发明的混合逆变器开关管可以减少1个，电感可以减少1个，驱动电路可以减少一半，因此器件少、驱动少、成本适中，可显著降低EMC问题，提高系统的可靠性。

Description

一种混合逆变器及光伏储能供电系统
技术领域
本发明涉及电力领域，具体涉及一种混合逆变器及光伏储能供电系统。
背景技术
目前光伏发电已取得广泛的应用，光伏发电在能源使用中的比例也在逐步提高。但是光伏发电具有间歇性和不稳定性，因此近年来带有储能功能的混合逆变器已逐步成为光伏逆变器的发展趋势。
与光伏逆变器相比，混合逆变器可以将白天生成的多余的电能储存在电池里，在本地负载或电网需要的时候再将这部分电能释放出来。
如图11所示，是现有技术的一种混合逆变器的电路图，该混合逆变器包括MPPT电路100、双向DC/DC电路200和双向DC/AC电路300。在这种混合逆变器系统中，双向DC/DC电路200需要使用正负两套电路，因此磁性元件、开关管和驱动电路都需要两套，如其中的开关管共有4个：Q1、Q2、Q3、Q100，使用的器件多、成本高。正负两套电路不是完全解耦的，开关管的发波需要遵循严格的控制时序，否则很容易导致短路并进一步导致损坏。另外，电池正负端口对系统参考电位点的电压是高频跳动的，幅度为母线电压的一半，因此会导致很严重的EMC问题，从而进一步降低系统的可靠性，也需要花费更多的成本来解决EMC问题。
发明内容
为缓解或解决上述问题中的至少一个方面或者至少一点，提出本发明。
本发明的一种混合逆变器，其特征在于：包括：MPPT电路、双向DC/AC电路和双向DC/DC电路；
MPPT电路包括母线，母线上设置有第一电容C1；
双向DC/AC电路的直流端与母线连接；
双向DC/DC电路包括第一电感L1，第一开关管Q1、第二开关管Q2，第三开关管Q3、第一连接端、第二连接端；双向DC/DC电路的第一连接端连接蓄电池的正极，第二连接端连接蓄电池的负极；
电感L3的一端与第一输入端连接，另一端与第一开关管Q1的一端、第二开关管的一端分别连接；
第二连接端分别与第一开关管Q1的另一端，第三开关管Q3的一端连接；第二开关管Q2的另一端与母线的第一端连接，第三开关管Q3的另一端与母线的第二端连接。
优选的，双向DC/DC电路还包括第二电感L2，第二连接端通过第二电感L2后分别与第一开关管Q1的另一端，第三开关管Q3的一端连接。
优选的，MPPT电路包括第三连接端、第四连接端、第三电感L3、第四开关管Q4和第一二极管D1；第三电感L3的一端同时与第一二极管D1的一端、第四开关管Q4的一端连接，第三电感L3的另一端与第一连接端连接；第一二极管D1的另一端与母线的第一端连接；第二连接端同时与第四开关管Q4的另一端、母线的第二端连接。
优选的，MPPT电路还包括第七连接端、第八连接端、第四电感L4、第二二极管D2、第五开关管Q5和第二电容C2，母线上串联设置有第一电容C1和第二电容C2；第四电感L4的一端同时与第二二极管D2的一端、第五开关管Q5的一端连接，第二二极管D2的另一端与母线的第一端连接。第四电感L4的另一端与第七连接端连接。第八连接端同时与第五开关管Q5的另一端、母线的第二端连接。
优选的，双向DC/AC电路是H4桥、H5桥或Heric桥单母线拓扑。
优选的，双向DC/AC电路是T型三电平或I型三电平双母线拓扑。
优选的，MPPT电路为多路输入电路。
另外本发明还提供一种光伏储能供电系统，其特征在于：包括前述权利要求1-6中任一项所述的混合逆变器、PV光伏组串、电池组、AC电网、负载，混合逆变器分别与PV光伏组串、电池组、AC电网、负载连接。
本发明的混合逆变器及光伏储能供电系统，具有器件少、驱动少、成本适中、控制简单、无电压高频跳动和可靠性高等优点。
与现有技术相比较，本发明的开关管可以减少1个，电感可以减少1个，驱动电路可以减少一半，因此器件少、驱动少、成本适中。本发明的开关管不需要区分工频管和高频管，因此控制简单，可靠性高。本发明的电池正负端口对系统参考电位点的电压是稳定的，不存在高频跳动，因此EMC性能更优，系统稳定性更高。
附图说明
图1为本发明实施例的光伏储能供电系统的功能框图。
图2为本发明实施例一的混合逆变器(H4桥)的电路示意图。
图3为本发明实施例二的混合逆变器(Heric桥)的电路示意图。
图4为本发明实施例三的混合逆变器(Heric桥)的电路示意图。
图5为本发明实施例五的混合逆变器(T型三电平(三相))的电路示意图。
图6为本发明实施例六的混合逆变器(T型三电平(三相))的电路示意图。
图7为本发明实施例七的混合逆变器(T型三电平(裂相))的电路示意图。
图8为本发明实施例八的混合逆变器(T型三电平(裂相))的电路示意图。
图9为本发明实施例九的混合逆变器(I型三电平(三相))的电路示意图。
图10为本发明实施例十的混合逆变器(I型三电平(三相))的电路示意图。
图11为现有的混合逆变器(H4桥)的电路示意图。
具体实施方式
下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。在本发明中，相同的附图标记表示相同或相似的部件。
在此描述的特征可以以不同的形式来实现，而不应被解释为限于在此描述的示例。相反，已提供在此描述的示例，以仅示出实现在此描述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些可行方式，所述许多可行方式在理解本发明的公开之后将是清楚的。
尽管在此可使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不应被这些术语所限制。相反，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分进行区分。
在说明书中，当元件(诸如，层、区域或基底)被描述为“在”另一元件上、“连接到”或“结合到”另一元件时，该元件可直接“在”另一元件上、直接“连接到”或“结合到”另一元件，或者可存在介于其间的一个或多个其他元件。相反，当元件被描述为“直接在”另一元件上、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件时，可不存在介于其间的其他元件。
在此使用的术语仅用于描述各种示例，并不将用于限制公开。除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式也意在包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”说明存在叙述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
为了使得本领域技术人员能够使用本发明的内容，下文中可能结合特定的应用场景、特定的系统、器件和元件的参数以及特定的连接方式，给出以下示例性实施例。然而，对于本领域技术人员来说，这些实施例仅是示例，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用场景。
根据本发明的一个示例性实施例：如图1所示为本文所公开的各种实施例的混合逆变器系统的功能框图。电池组101、PV光伏组串102和AC电网103被输入到混合逆变器104。混合逆变器104内部包括MPPT电路100、双向DC/DC电路200和双向DC/AC电路300。
当PV光伏组串102产生的电量充足时，混合逆变器104中产生的电量优先给负载105供电，多余的电量给电池组101充电，剩余的电量出售给AC电网103。
当PV光伏组串102产生的电量不足或未产生电量时，优先使用电池组101的电量给负载105供电，如电池组101的电量不足，则由AC电网103给负载105供电。
实施例一
如图2所示，本发明的混合逆变器，包括：MPPT电路、双向DC/AC电路和双向DC/DC电路。双向DC/DC电路包括第一连接端、第二连接端、第一电感L1，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3，双向DC/DC电路的第一连接端连接蓄电池的正极BAT+，第二连接端连接蓄电池的负极BAT-。
第一电感L1的一端与第一连接端连接，另一端与第一开关管Q1的一端、第二开关管Q2的一端分别连接。
第二连接端分别与第一开关管Q1的另一端，第三开关管Q3的一端连接；第二开关管Q2的另一端与母线的第一端连接，第三开关管Q3的另一端与母线的第二端连接。
如图2所示，MPPT电路包括母线，母线上设置有第一电容C1，母线的第一端连接双向DC/AC电路的直流侧的第一端，母线的第二端连接双向DC/AC电路的直流侧的第二端。
MPPT电路包括第三连接端、第四连接端、第三电感L3、第四开关管Q4和第一二极管D1。第三电感L3的一端同时与第一二极管D1的一端、第四开关管Q4的一端连接，第三电感L3的另一端与第一连接端连接；第一二极管D1的另一端与母线的第一端连接；第二连接端同时与第四开关管Q4的另一端、母线的第二端连接。第三连接端可与光伏的正极PV+连接，第四连接端可与光伏的负极PV-连接。
如图2所示，其中双向DC/AC电路采用H4桥电路结构，其包括第六开关管Q6、第七开关管Q7、第十开关管Q10、第十一开关管Q11、第五电感L5、第六电感L6、第三电容C3、第五连接端、第六连接端。H4桥的一边两个接口分别连接母线的第一端和第二端，H4桥的另一边的两个接口分别连接第五电感的一端、第六电感L6的一端，第五电感L5的另一端同时连接第三电容的一端和第五连接端，第六电感L6的另一端同时连接第三电容C3的另一端和第六连接端。第五连接端连接外接电网L端，第六连接端连接外接电网的N端。
实施例二
如图3所示，本发明的混合逆变器，包括：MPPT电路、双向DC/AC电路和双向DC/DC电路。其与图2中的MPPT电路、双向DC/DC的电路结构完全相同。其与图2的实施例的不同之处在于，图3中的双向DC/AC电路采用Heric桥电路结构，其包括第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9、第十开关管Q10、第十一开关管Q11、第五电感L5、第六电感L6、第三电容C3、第五连接端、第六连接端。
双向DC/AC电路一边两个接口分别连接母线的第一端和第二端，第五连接端连接外接电网L端，第六连接端连接外接电网的N端。
实施例三
如图4所示，本发明的混合逆变器，包括：MPPT电路、双向DC/AC电路和双向DC/DC电路。其与图3中的MPPT电路、双向DC/AC的电路结构完全相同。其与图3的实施例的不同之处在于，其中双向DC/DC电路还包括第二电感L2。
如图4所示，双向DC/DC电路包括第一连接端、第二连接端、第一电感L1、第二电感L2、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3。双向DC/DC电路的第一连接端连接蓄电池的正极BAT+，第二连接端连接蓄电池的负极BAT-。
第一电感L1的一端与第一连接端连接，另一端与第一开关管Q1的一端、第二开关管Q2的一端分别连接。第二电感L2的一端与第二连接端连接，另一端分别与第一开关管Q1的另一端，第三开关管Q3的一端连接。
第二开关管Q2的另一端与母线的第一端连接，第三开关管Q3的另一端与母线的第二端连接。
实施例四
如图5所示，本发明的混合逆变器，包括：MPPT电路、双向DC/AC电路和双向DC/DC电路。其中，双向DC/DC电路和图4中的双向DC/DC电路结构完全相同。其与图4中的不同之处在于，MPPT电路为多路结构。
如图5所示，MPPT电路包括母线，母线上串联设置有第一电容C1和第二电容C2。MPPT电路包括第三连接端、第四连接端、第七连接端、第八连接端，第三电感L3、第四电感L4.
第三电感L3的一端同时与第一二极管D1的一端、第四开关管Q4的一端连接，第一二极管D1的另一端与母线的第一端连接。第三电感L3的另一端与第三连接端连接。第四连接端同时与第四开关管Q4的另一端、母线的第二端连接。第三连接端可与光伏的正极PV+连接，第四连接端可与光伏的负极PV-连接。
第四电感L4的一端同时与第二二极管D2的一端、第五开关管Q5的一端连接，第二二极管D2的另一端与母线的第一端连接。第四电感L4的另一端与第七连接端连接。第八连接端同时与第五开关管Q5的另一端、母线的第二端连接。第七连接端可与光伏的正极PV2+连接，第八连接端可与光伏的负极PV-连接。
如图5所示，其中的双向DC/AC电路为T型三电平结构，其包括第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9、第十开关管Q10、第十一开关管Q11、第十二开关管Q12、第十三开关管Q13、第十四开关管Q14、第十五开关管Q15、第十六开关管Q16、第十七开关管Q17、第五电感L5、第六电感L6、第七电感L7、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5，双向DC/AC电路一边的接口分别连接母线的第一端、第二端、第一电容C1与第二电容C2的串接点上，双向DC/AC电路的另一边接口分别连接三相外接接口L-1，L-2，L-3和N接口上。
实施例五
如图6所示，本发明的混合逆变器，包括：MPPT电路、双向DC/AC电路和双向DC/DC电路。其中，MPPT电路、双向DC/AC电路与图5中的结构完全相同，其与图5的不同之处，仅在于，其双向DC/DC电路不同，其双向DC/DC电路与图2中的双向DC/DC电路结构完全相同，在此不再赘述。
实施例六
如图7所示，本发明的混合逆变器，包括：MPPT电路、双向DC/AC电路和双向DC/DC电路。其中，MPPT电路、双向DC/DC电路与图5中的结构完全相同，其与图5的不同之处，仅在于，其双向DC/AC电路不同，其双向DC/AC电路采用T型三电平(裂相)结构。
如图7所示，双向DC/AC电路包括第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9、第十开关管Q10、第十一开关管Q11、第十二开关管Q12、第十三开关管Q13、第五电感L5、第六电感L6、第三电容C3、第四电容C4，双向DC/AC电路一边的接口分别连接母线的第一端、第二端、第一电容C1与第二电容C2的串接点上，双向DC/AC电路的另一边接口分别连接三相外接接口L-1，L-2和N接口上。
实施例七
如图8所示，本发明的混合逆变器，包括：MPPT电路、双向DC/AC电路和双向DC/DC电路。其中，MPPT电路、双向DC/AC电路与图7中的结构完全相同，其与图7的不同之处，仅在于，其双向DC/DC电路不同，此处的双向DC/DC电路采用图2中的双向DC/DC电路。
实施例八
如图9所示，本发明的混合逆变器，包括：MPPT电路、双向DC/AC电路和双向DC/DC电路。其中，MPPT电路、双向DC/DC电路与图6中的结构完全相同，其与图6的不同之处，仅在于，其双向DC/AC电路不同，其双向DC/AC电路采用I型三电平(三相)结构。
如图9所示，双向DC/AC电路包括其包括第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8、第九开关管Q9、第十开关管Q10、第十一开关管Q11、第十二开关管Q12、第十三开关管Q13、第十四开关管Q14、第十五开关管Q15、第十六开关管Q16、第十七开关管Q17、第五电感L5、第六电感L6、第七电感L7、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5，双向DC/AC电路一边的接口分别连接母线的第一端、第二端、第一电容C1与第二电容C2的串接点上，双向DC/AC电路的另一边接口分别连接三相外接接口L-1，L-2，L-3和N接口上。
实施例九
如图10所示，本发明的混合逆变器，包括：MPPT电路、双向DC/AC电路和双向DC/DC电路。其中，MPPT电路、双向DC/AC电路与图9中的结构完全相同，其与图9的不同之处，仅在于，其双向DC/DC电路不同，此处的双向DC/DC电路采用图2中的双向DC/DC电路。
本发明的混合逆变器及光伏储能供电系统，具有器件少、驱动少、成本适中、控制简单、无电压高频跳动和可靠性高等优点。本发明的开关管可以减少1个，电感可以减少1个，驱动电路可以减少一半，因此器件少、驱动少、成本适中。
本发明的开关管不需要区分工频管和高频管，因此控制简单，可靠性高。本发明的电池正负端口对系统参考电位点的电压是稳定的，不存在高频跳动，因此EMC性能更优，系统稳定性更高。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化、要素组合，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种混合逆变器，其特征在于：包括：MPPT电路、双向DC/AC电路和双向DC/DC电路；
MPPT电路包括母线，母线上设置有第一电容C1；
双向DC/AC电路的直流端与母线连接；
双向DC/DC电路包括第一电感L1，第一开关管Q1、第二开关管Q2，第三开关管Q3、第一连接端、第二连接端；双向DC/DC电路的第一连接端连接蓄电池的正极，第二连接端连接蓄电池的负极；
电感L3的一端与第一输入端连接，另一端与第一开关管Q1的一端、第二开关管的一端分别连接；
第二连接端分别与第一开关管Q1的另一端，第三开关管Q3的一端连接；第二开关管Q2的另一端与母线的第一端连接，第三开关管Q3的另一端与母线的第二端连接。
2.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于：双向DC/DC电路还包括第二电感L2，第二连接端通过第二电感L2后分别与第一开关管Q1的另一端，第三开关管Q3的一端连接。
3.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于：MPPT电路包括第三连接端、第四连接端、第三电感L3、第四开关管Q4和第一二极管D1；第三电感L3的一端同时与第一二极管D1的一端、第四开关管Q4的一端连接，第三电感L3的另一端与第一连接端连接；第一二极管D1的另一端与母线的第一端连接；第二连接端同时与第四开关管Q4的另一端、母线的第二端连接。
4.根据权利要求3所述的逆变器，其特征在于：MPPT电路还包括第七连接端、第八连接端、第四电感L4、第二二极管D2、第五开关管Q5和第二电容C2，母线上串联设置有第一电容C1和第二电容C2；第四电感L4的一端同时与第二二极管D2的一端、第五开关管Q5的一端连接，第二二极管D2的另一端与母线的第一端连接；第四电感L4的另一端与第七连接端连接；第八连接端同时与第五开关管Q5的另一端、母线的第二端连接。
5.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于：双向DC/AC电路是H4桥、H5桥或Heric桥单母线拓扑。
6.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于：双向DC/AC电路是T型三电平或I型三电平双母线拓扑。
7.根据权利要求1所述的逆变器，其特征在于：MPPT电路为多路输入电路。
8.一种光伏储能供电系统，其特征在于：包括前述权利要求1-9中任一项所述的混合逆变器、PV光伏组串、电池组、AC电网、负载，混合逆变器分别与PV光伏组串、电池组、AC电网、负载连接。
CN202410909731.1A 2024-07-09 2024-07-09 一种混合逆变器及光伏储能供电系统 Pending CN118783805A (zh)

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