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CN102255536B - 太阳能光伏三相微逆变器系统及提高其转换效率的方法 - Google Patents

太阳能光伏三相微逆变器系统及提高其转换效率的方法 Download PDF

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CN102255536B CN2011102011986A CN201110201198A CN102255536B CN 102255536 B CN102255536 B CN 102255536B CN 2011102011986 A CN2011102011986 A CN 2011102011986A CN 201110201198 A CN201110201198 A CN 201110201198A CN 102255536 B CN102255536 B CN 102255536B
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Abstract

本发明提供一种太阳能光伏三相微逆变器系统，包括多个三相微逆变器，其中每三个三相微逆变器为一组，与三相交流电网相连接；每一个三相微逆变器包括三个单相逆变电路，每一个单相逆变电路包括两路转换电路，每一路转换电路对应于三相交流电网中的一相；一组内的三个微逆变器中同一路转换电路的交流输出分别连接到三相交流电网的三相火线上。相应地，本发明还提供一种提高太阳能光伏三相微逆变器系统转换效率的方法。本发明将3个三相微逆变器归为1组，三相微逆变器的交流输出交错连接，分别与三相交流电网的火线L1、L2、L3相连接。当功率总和由满载下降时，每个三相逆变器逐次关闭相同的单路转换电路，以提高低功率状态时的转换效率。

Description

太阳能光伏三相微逆变器系统及提高其转换效率的方法
技术领域
本发明涉及太阳能光伏科技领域，具体来说，本发明涉及一种太阳能光伏三相微逆变器系统及提高其转换效率的方法。
背景技术
太阳能光伏系统逆变器最近趋向于分布式的微型逆变器(微逆变器)。微型逆变器对每个光伏组件提供最大功率点控制，从而使每个组件产生最大的能量，提高光伏系统的性能。微逆变器还产生低压交流输出，而不是中心式逆变器系统的高直流电压，提高安全和效率。
图1是现有技术中的一个三相微逆变器的内部简单框图。如图所示，该三相微逆变器101包含3个单相逆变电路102、3个直流端子和1个三相交流端子(未标示)。三相微逆变器101通过该直流端子与3个独立的太阳能光伏组件103连接，且通过三相交流端子将3个单相逆变电路102连接三相交流电缆，分别连接到商业的三相交流电网104中的一个相。
在图1中，上述三相微逆变器101所包含的3个单相逆变器电路102一般是相同的。每个单相逆变电路102都有1个直流输入，每个三相微逆变器101于是通过三个直流端子与三个太阳能光伏组件103连接。每个单相逆变电路102还有1个单相交流输出，分别与三相交流电网104中的零线N和一个火线L1、L2或L3连接。这样，三个单相逆变电路102就分别与一个三相交流电网104的火线L1/零线N、火线L2/零线N、火线L3/零线N连接。每个三相微逆变器101通过三相交流端子完成与三相交流电网104连接。如之前描述的，每个单相逆变电路102将相连的太阳能光伏组件103产生的交流电转换为单相交流电，由于分别与三相交流电网104的3个相相连，它们产生与三相交流电网104电压相位匹配的交流电流。
图2是现有技术中的一个三相微逆变器连接三相交流电网的简单示意图。如图所示，每个三相微逆变器101与三相交流电网104以同样的方式相连接，各个三相微逆变器101的交流输出A、B、C分别连接到三相交流电网104的火线L1、L2、L3。
图3是现有技术中的一个三相微逆变器关闭转换电路以提高转换效率的简单流程图。其中，每个三相微逆变器101含三个单相逆变电路102，每个单相逆变电路102包含两个交错并联的转换电路A1、A2、B1、B2、C1、C2。则每个三相微逆变器101包含六个转换电路A1、A2、B1、B2、C1、C2。每个单相逆变电路102功率高时两路转换电路都工作，而功率低时需要关闭1路转换电路，只有1路转换电路工作。比如一个三相微逆变器101满功率为200W，在工作功率低于100W时，关闭1路转换电路，只有1路转换电路工作，这样可以降低损耗。
图4是现有技术中的一个三相微逆变器关闭1路转换电路以降低损耗的简单示意图。如图所示，每个三相微逆变器101与三相交流电网104以同样的方式相连接，如果以三个三相微逆变器101为一组构成一个三相微逆变器系统，则对于这个三相微逆变器系统，满功率P0为600W。当系统工作功率低于P0/2，即300W时，为了电网104三相间的平衡，三个单相逆变电路102需要同时关闭1路转换电路，比如A2、B2、C2，也就是说每一个三相微逆变器101总共需要关闭3路转换电路，这样在系统工作功率为300W时，功率比例为50％，效率相当于单相逆变器的100W工作功率。在此之下，三个单相逆变电路102的效率下降和单相逆变电路102的单路工作情况相同。
事实上，三相微逆变器的工作效率随输入功率变化，特别是在低功率时迅速下降。对于太阳能光伏系统，环境特性决定了逆变器长时间工作在低功率状态。那么需要可以简单地提高太阳能光伏三相微逆变器系统低功率时的转换效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种太阳能光伏三相微逆变器系统及提高其转换效率的方法，能够简单地提高其工作在低功率状态时的转换效率。
为解决上述技术问题，本发明提供一种太阳能光伏三相微逆变器系统，包括多个三相微逆变器，其中每三个所述三相微逆变器为一组，与三相交流电网相连接；
每一个所述三相微逆变器包括三个单相逆变电路，每一个所述单相逆变电路包括两路转换电路，每一路所述转换电路对应于所述三相交流电网中的一相；
一组内的三个微逆变器中同一路转换电路的交流输出分别连接到所述三相交流电网的三相火线上。
可选地，所述转换电路是交错并联的。
可选地，所述三相微逆变器还包括三个直流端子，所述三相微逆变器通过所述直流端子分别与三个独立的太阳能光伏组件相连接。
可选地，所述三相微逆变器还包括一个三相交流端子，所述三相微逆变器通过所述三相交流端子与所述三相交流电网相连接。
可选地，所述三相微逆变器为分布式微逆变器。
相应地，本发明还提供一种提高如上所述的太阳能光伏三相微逆变器系统转换效率的方法，包括步骤：
以一组为单位，计算三相微逆变器的功率总和；
判断所述功率总和是否小于所述三相微逆变器的总功率的5/6；
如果所述功率总和小于所述总功率的5/6，则产生控制信号，关闭每一个所述三相微逆变器中的同一路转换电路，否则结束；
判断所述功率总和是否小于所述三相微逆变器的总功率的4/6；
如果所述功率总和小于所述总功率的4/6，则产生控制信号，再关闭每一个所述三相微逆变器中的同一路转换电路，否则结束；
判断所述功率总和是否小于所述三相微逆变器的总功率的3/6；
如果所述功率总和小于所述总功率的3/6，则产生控制信号，再关闭每一个所述三相微逆变器中的同一路转换电路，否则结束；
判断所述功率总和是否小于所述三相微逆变器的总功率的2/6；
如果所述功率总和小于所述总功率的2/6，则产生控制信号，再关闭每一个所述三相微逆变器中的同一路转换电路，否则结束；
判断所述功率总和是否小于所述三相微逆变器的总功率的1/6；
如果所述功率总和小于所述总功率的1/6，则产生控制信号，再关闭每一个所述三相微逆变器中的同一路转换电路，否则结束。
可选地，所述转换电路是交错并联的。
可选地，所述三相微逆变器为分布式微逆变器。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明将3个三相微逆变器归为1组，各含三个单相逆变电路，而每个单相逆变电路又包含两路交错并联的转换电路。一组三相微逆变器的交流输出交错连接，分别与三相交流电网的火线L1、L2、L3相连接，从而同组中每个三相微逆变器的同一路转换电路各自对应三相L1、L2、L3中的一相，而同一组中三个三相微逆变器的同一路转换电路分别连接了电网的三相。这样，当功率总和由满载下降时，每个三相逆变器可以逐次关闭相同的单路转换电路，以提高转换效率。
相比于现有技术中的三相微逆变器系统在50％功率之上时为满效率，之下下降，本发明的三相微逆变器系统在16.7％功率之上为满效率，之下下降速度也更慢，从而本发明能够简单地提高其工作在低功率状态时的转换效率。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
图1是现有技术中的一个三相微逆变器的内部简单框图；
图2是现有技术中的一个三相微逆变器连接三相交流电网的简单示意图；
图3是现有技术中的一个三相微逆变器关闭转换电路以提高转换效率的简单流程图；
图4是现有技术中的一个三相微逆变器关闭1路转换电路以降低损耗的简单示意图；
图5为本发明一个实施例的太阳能光伏三相微逆变器系统的简单示意图；
图6为本发明一个实施例的提高太阳能光伏三相微逆变器系统转换效率的方法流程示意图；
图7为本发明一个实施例的逐次关闭三相微逆变器的5路转换电路以提高转换效率的简单示意图；
图8为本发明一个实施例的太阳能光伏三相微逆变器系统和现有技术的太阳能光伏三相微逆变器系统的转换效率与功率比例关系的对比曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述地其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
图5为本发明一个实施例的太阳能光伏三相微逆变器系统的简单示意图。如图所示，该太阳能光伏三相微逆变器系统500包括多个三相微逆变器501，该三相微逆变器501可以为分布式微逆变器。其中每三个三相微逆变器501为一组，通过三个直流端子(未标示)分别与三个独立的太阳能光伏组件(未图示)相连接，并且通过一个三相交流端子(未标示)与三相交流电网504相连接。每一个三相微逆变器501包括三个单相逆变电路502，每一个单相逆变电路502又包括两路可以为交错并联的转换电路A1、A2；B1、B2；C1、C2。如图所示，三个三相微逆变器501的三个交流输出A分别接三相交流电网504中的一根火线L1、L2、L3。类似地，交流输出B和C也分别接三相交流电网504中的一根火线L1、L2、L3。这样，该太阳能光伏三相微逆变器系统500中每一路转换电路A1、A2；B1、B2；C1、C2对应于三相交流电网504中的一相L1、L2、L3。一组内的三个微逆变器501中同一路转换电路A1、A2；B1、B2；C1、C2的交流输出分别连接到三相交流电网504的三相火线L1、L2、L3上。比如，图中最左侧的三相微逆变器501的转换电路C2接火线L3，中间的三相微逆变器501的转换电路C2接火线L1，而最右侧的三相微逆变器501的转换电路C2接火线L2。
图6为本发明一个实施例的提高上述太阳能光伏三相微逆变器系统转换效率的方法流程示意图。该太阳能光伏三相微逆变器系统可以是图5中所示的本发明一个实施例的太阳能光伏三相微逆变器系统。在该太阳能光伏三相微逆变器系统501中，该三相微逆变器501可以为分布式微逆变器，各个单相逆变电路502中的转换电路A1、A2；B1、B2；C1、C2可以是交错并联的。
如图6所示，该方法流程可以包括：
执行步骤S601，以系统中每三个三相微逆变器为一组，计算该些三相微逆变器的功率总和；
执行步骤S602，判断功率总和是否小于三相微逆变器的总功率的5/6；
执行步骤S603，如果功率总和小于总功率的5/6，则产生控制信号，关闭每一个三相微逆变器中的同一路转换电路，否则结束；
执行步骤S604，判断功率总和是否小于三相微逆变器的总功率的4/6；
执行步骤S605，如果功率总和小于总功率的4/6，则产生控制信号，再关闭每一个三相微逆变器中的同一路转换电路，否则结束；
执行步骤S606，判断功率总和是否小于三相微逆变器的总功率的3/6；
执行步骤S607，如果功率总和小于总功率的3/6，则产生控制信号，再关闭每一个三相微逆变器中的同一路转换电路，否则结束；
执行步骤S608，判断功率总和是否小于三相微逆变器的总功率的2/6；
执行步骤S609，如果功率总和小于总功率的2/6，则产生控制信号，再关闭每一个三相微逆变器中的同一路转换电路，否则结束；
执行步骤S610，判断功率总和是否小于三相微逆变器的总功率的1/6；
执行步骤S611，如果功率总和小于总功率的1/6，则产生控制信号，再关闭每一个三相微逆变器中的同一路转换电路，否则结束。
由此可见，在太阳能光伏三相微逆变器系统功率总和下降时，每个三相微逆变器中相同的单路转换电路可以逐次关闭。如功率总和低于5P0/6时(P0为该太阳能光伏三相微逆变器系统的满功率或总功率)，关闭所有的转换电路C2；功率总和低于4P0/6时，关闭所有的转换电路C1；功率总和低于3P0/6时，关闭所有的转换电路B2；功率总和低于2P0/6时，关闭所有的转换电路B1；功率总和低于P0/6时，关闭所有的转换电路A2。最后获得如图7所示的情况。
图7为本发明一个实施例的逐次关闭三相微逆变器的5路转换电路以提高转换效率的简单示意图。如图所示，对于本发明，当每个三相微逆变器501只剩下转换电路A1工作时，三相微逆变器501的功率则由例如600W降为100W，这时和单相逆变电路的单路工作情况相同，也和现有技术中三相微逆变器101关闭三路转换电路的情况相同。也就是说，功率为100W/600W＝16.7％时，其效率和现有技术功率50％时的效率相同。
下表为本发明一个实施例的太阳能光伏三相微逆变器系统和现有技术的太阳能光伏三相微逆变器系统的转换效率与功率比例关系的对比(在此为便于比较，假设现有技术和本发明的总功率皆为600W)：
  现有技术   本发明
  总功率p0   600   600
  单路功率p1   功率比例3P1/P   功率比例P1/P   转换效率
  100   50.0％   16.7％   1
  50   25.0％   8.3％   0.99
  30   15.0％   5.0％   0.95
  20   10.0％   3.3％   0.9
  10   5.0％   1.7％   0.8
  5   2.5％   0.8％   0.7
图8为本发明一个实施例的太阳能光伏三相微逆变器系统和现有技术的太阳能光伏三相微逆变器系统的转换效率与功率比例关系的对比曲线图。由于以上描述的原因，本发明的太阳能光伏三相微逆变器系统在低功率时的转换效率大大提高了。
对于现有技术中的三相微逆变器系统，由于每次交错并联关断一路转换电路时，是三相同时关断一路转换电路，也就是总共关断6路转换电路中的3路。假设该单路转换电路的功率为P1，总功率为P0，则功率比例为3P1/P0。
而对于本发明的三相微逆变器系统500，由于每次可以只是关断三相6路转换电路中的一路，直到只剩1路转换电路，假设该单路转换电路的功率为P1，总功率为P0，则功率比例为P1/P0。
另外，在此需要声明的是，在上述实施例中，皆以两路转换电路交错并联为例，但事实上多路转换电路也是可以的。
本发明将3个三相微逆变器归为1组，各含三个单相逆变电路，而每个单相逆变电路又包含两路交错并联的转换电路。一组三相微逆变器的交流输出交错连接，分别与三相交流电网的火线L1、L2、L3相连接，从而同组中每个三相微逆变器的同一路转换电路各自对应三相L1、L2、L3中的一相，而同一组中三个三相微逆变器的同一路转换电路分别连接了电网的三相。这样，当功率总和由满载下降时，每个三相逆变器可以逐次关闭相同的单路转换电路，以提高转换效率。
相比于现有技术中的三相微逆变器系统在50％功率之上时为满效率，之下下降，本发明的三相微逆变器系统在16.7％功率之上为满效率，之下下降速度也更慢，从而本发明能够简单地提高其工作在低功率状态时的转换效率。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种太阳能光伏三相微逆变器系统，包括多个三相微逆变器，其中每三个所述三相微逆变器为一组，与三相交流电网相连接；
每一个所述三相微逆变器包括三个单相逆变电路，每一个所述单相逆变电路包括两路转换电路，每一路所述转换电路对应于所述三相交流电网中的一相；
一组内的三个微逆变器中同一路转换电路的交流输出分别连接到所述三相交流电网的三相火线上。
2.根据权利要求1所述的太阳能光伏三相微逆变器系统，其特征在于，所述转换电路是交错并联的。
3.根据权利要求1所述的太阳能光伏三相微逆变器系统，其特征在于，所述三相微逆变器还包括三个直流端子，所述三相微逆变器通过所述直流端子分别与三个独立的太阳能光伏组件相连接。
4.根据权利要求3所述的太阳能光伏三相微逆变器系统，其特征在于，所述三相微逆变器还包括一个三相交流端子，所述三相微逆变器通过所述三相交流端子与所述三相交流电网相连接。
5.根据权利要求1所述的太阳能光伏三相微逆变器系统，其特征在于，所述三相微逆变器为分布式微逆变器。
6.一种提高上述权利要求1至5中任一项所述的太阳能光伏三相微逆变器系统转换效率的方法，包括步骤：
以一组为单位，计算三相微逆变器的功率总和；
判断所述功率总和是否小于所述三相微逆变器的总功率的5/6；
如果所述功率总和小于所述总功率的5/6，则产生控制信号，关闭每一个所述三相微逆变器中的同一路转换电路，否则结束；
判断所述功率总和是否小于所述三相微逆变器的总功率的4/6；
如果所述功率总和小于所述总功率的4/6，则产生控制信号，再关闭每一个所述三相微逆变器中的同一路转换电路，否则结束；
判断所述功率总和是否小于所述三相微逆变器的总功率的3/6；
如果所述功率总和小于所述总功率的3/6，则产生控制信号，再关闭每一个所述三相微逆变器中的同一路转换电路，否则结束；
判断所述功率总和是否小于所述三相微逆变器的总功率的2/6；
如果所述功率总和小于所述总功率的2/6，则产生控制信号，再关闭每一个所述三相微逆变器中的同一路转换电路，否则结束；
判断所述功率总和是否小于所述三相微逆变器的总功率的1/6；
如果所述功率总和小于所述总功率的1/6，则产生控制信号，再关闭每一个所述三相微逆变器中的同一路转换电路，否则结束。
7.根据权利要求6所述的提高太阳能光伏三相微逆变器系统转换效率的方法，其特征在于，所述转换电路是交错并联的。
8.根据权利要求6所述的提高太阳能光伏三相微逆变器系统转换效率的方法，其特征在于，所述三相微逆变器为分布式微逆变器。
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