CN201789306U - 具有开机点测试功能的太阳能并网逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有开机点测试功能的太阳能并网逆变器，包括控制电路、滤波器和逆变单元，其特征在于在滤波器的输入端还设有一个辅助开关管和一测试电阻，所述的电阻一端和太阳能电池板的输出正极相连，另一端和辅助开关管的集电极或漏极相连，辅助开关管Q的发射极或源极和太阳能电池板的输入负极相连，辅助开关管的控制极接控制电路。在本方案中，电压采样的精度较高，电阻阻值可预设，同时对于特定的逆变器，其空载功耗可预先测试得到，因此通过本方案的测试电路，可以比较精确地判断输入太阳能电池板的可输出最大功率是否大于逆变器的空载功耗，并根据测试结果及时开机并网发电，以实现对电池板输出太阳能的充分利用。

Description

具有开机点测试功能的太阳能并网逆变器

技术领域

本实用新型涉及太阳能并网逆变器，或其他输入源为太阳能电池板的储能变换设备等，具体地说是一种具有开机点测试功能的太阳能并网逆变器。

背景技术

太阳能并网逆变器的功能是将太阳能电池板发出的直流电流逆变转化为与公共电网同频同相的交流电力，馈送到电网中。

由于太阳自然光照特性限制，太阳能电池板每天需要经历夜晚无光照/无输出电压-白天关照逐步增强/输出电压和功率逐步增大-中午达到峰值功率-傍晚光照减弱/输出电压和功率逐步降低的工作状态转换过程。由于太阳能电池板的特性，在此过程中，太阳能电池板的输出电压和输出功率并不成正比，也就是说，不能根据太阳能电池板的输出电压值来推测其输出功率能力的大小。如图1所示，当光强降低时，太阳能电池板的输出最大功率和电流均近似线性下降，而电池板的空载输出电压却降低不多(该电压更多地与环境温度相关)。太阳能电池板在从晚上向白天过渡的时候，在微弱的光照下可以输出较高的电压，但是可输出功率可能比较小。而对于逆变器来说，一旦启动并网工作，功率变换电路和滤波电路将产生损耗，即使输出功率为零，该损耗值也将保持相当的水平。逆变器输出功率为零时的工作损耗即空载功耗，其大小由逆变器功率器件，工作频率，滤波电路，控制电路等参数决定，对于中小功率等级的逆变器，其空载功耗一般在几十W到几百W之间。如果设置开机条件过早，在太阳能电池输出功率不足的时候开机，逆变器的自身变换消耗功率大于从电池板可得到的最大输入功率(该最大功率通过逆变器最大功率跟踪控制，也即MPPT来实现)，将反而消耗电网能量，达不到发电的目的；如果设置启动点过晚，又不能充分利用电池板的输出能量，损失可发电功率。

因此，如何准确判断电池板的输出功率能力，根据其输出功率能力及时启动逆变器并网工作，以充分利用弱光下的太阳能电力，是逆变器需要解决的问题。

针对上述问题，现有的技术方案有以下两种：

1)仅根据电池板的输出电压(即图2中的PV+，PV-之间电压)来判断开机点，当逆变器检测到输入电压达到最低工作电压(或最低工作电压+一定值)后，控制逆变器开机。如合肥阳光电源有限公司生产的SG6K逆变器，其使用说明书中记载：当检测到输入电池板的直流电压超过340V后(对应逆变器的MPPT跟踪范围为320V～650V)，即开始准备并网发电。

逆变器开机后即按照常规的太阳能逆变器MPPT控制方案进行最大功率跟踪，如果发现跟踪到最大功率点之后，逆变器的直流侧输入电流仍然很小(对应电池板的可输出最大功率较小)，则延时3分钟后关断逆变器，转入待机模式。

这种方案的不足是，仅根据输入电压判断开机，无法准确识别当前电池板的实际可输出最大功率能力，容易在电池板实际输出功率不足的情况下开机，因电池板的输出功率小于逆变器的空载功耗而消耗电网电能。或者因延迟开机而浪费电池板可发电能量。

2)当逆变器检测到输入电压达到工作电压(该电压即为电池板的开路输出电压)范围后，控制逆变器的开关管(图1中的Q1，Q3或Q2，Q4)连续开通，这样将输入电池板短路，逆变器侧流过功率管的电流，即为电池板的输出短路电流，根据测试得到输入开路电压和短路电流来计算电池板的可输出最大功率，确定是否开机(电池板的可输出最大功率＝开路电压×短路电流×填充系数)。如果计算得到的电池板可输出最大功率大于本逆变器的空载功耗，则控制开机。开机后逆变器根据自身的最大功率跟踪控制，来最大功率跟踪；如果计算得到的电池板可输出最大功率较低，则不开机，延时后再进行同样的测试过程，直至满足预定条件开机。

这种方案的不足在于：

A.电池板的填充系数根据不同种类电池，以及在不同的工作环境下，其变化范围相当大，因此，根据测试的电池板开路电压和短路电流，难以准确计算出电池板当前的可输出最大功率。

B.同时由于电流采样电路在小电流时的采样精度较差(采样误差一般为额定值的1％左右)，当早晨关照较弱时，其短路电流也较小，电流的测试误差较大。

C.功率管在测试过程中连续导通，持续流过电池板的短路电流，对功率管的工作可靠性有影响。

发明内容

本实用新型要解决的是现有技术存在的上述不足，旨在提供一种能够准确识别输入侧电池板的最大可输出功率能力，在其输出功率大于逆变器的空载功耗后及时开机，并网发电，以充分利用太阳能能量。这样可避免在太阳能电池板输出功率不足的时候开机，因电池板的输出功率小于逆变器的空载功耗，而反而消耗电网能源；或者开机条件设置过高，延迟逆变器开机时间，而导致太阳能电池板的能量浪费。

解决上述问题采用的技术方案是：具有开机点测试功能的太阳能并网逆变器，包括控制电路、滤波器和逆变单元，滤波器的输入正端和负端分别接太阳能电池板的输出正极和负极，滤波器的输出端接逆变单元的输入端，其特征在于在滤波器的输入端还设有一个辅助开关管和一测试电阻，所述的电阻一端和太阳能电池板的输出正极相连，另一端和辅助开关管的集电极或漏极相连，辅助开关管Q的发射极或源极和太阳能电池板的输入负极相连，辅助开关管的控制极接控制电路。

其中电阻的值可选为逆变器最低工作电压的平方/逆变器空载功耗。辅助开关管可选MOSFET，IGBT或继电器等类似的具有开关特性的器件。

当输入电压达到预设的开机门限时，控制辅助开关短时开通，这样电阻R将作为负载加在输入电池板上，通过测试稳定后的电池板电压来判断电池板输出功率能力。如果稳定后逆变器输入电压仍高于最低工作电压，则表明电池板的输出功率大于逆变器的空载功耗，则表明逆变器可开机并网发电，控制辅助开关断开，启动逆变器工作；反之，若此时逆变器输入电压低于最低工作电压，则表明输入太阳能电池板的最大可输出功率低于逆变器的空载损耗，逆变器不宜开机，则继续测试(或者为避免电阻长时间加电导致过热，可考虑辅助开关暂时断开，延时后再开通测试)，直至满足开机条件。

在本方案中，电压采样的精度较高，电阻阻值可预设，同时对于特定的逆变器，其空载功耗可预先测试得到，因此通过本方案的测试电路，可以比较精确地判断输入太阳能电池板的可输出最大功率是否大于逆变器的空载功耗，并根据测试结果及时开机并网发电，以实现对电池板输出太阳能的充分利用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是太阳能电池板的输出伏安特性图。

图2是现有的太阳能逆变器的结构示意图。

图3是本实用新型太阳能逆变器的结构示意图。

具体实施方式

参照图3，本实用新型具有开机点测试功能的太阳能并网逆变器，包括控制电路、滤波器和逆变单元，滤波器的输入正端和负端分别接太阳能电池板的输出正极和负极，滤波器的输出端接逆变单元的输入端，其特征在于在滤波器的输入端还设有一个辅助开关管Q和一测试电阻R，所述的电阻R一端和太阳能电池板的输出正极相连，另一端和辅助开关管Q的集电极或漏极相连，辅助开关管Q的发射极或源极和太阳能电池板的输入负极相连，辅助开关管Q的控制极接控制电路。

其中电阻R的值可选为逆变器最低工作电压的平方/逆变器空载功耗。辅助开关管可选MOSFET，IGBT或继电器等类似的具有开关特性的器件。

当输入电压达到预设的开机门限时，控制辅助开关短时开通，这样电阻R将作为负载加在输入电池板上，通过测试稳定后的电池板电压来判断电池板输出功率能力。如果稳定后逆变器输入电压仍高于最低工作电压，则表明电池板的输出功率大于逆变器的空载功耗，则表明逆变器可开机并网发电，控制辅助开关断开，启动逆变器工作；反之，若此时逆变器输入电压低于最低工作电压，则表明输入太阳能电池板的最大可输出功率低于逆变器的空载损耗，逆变器不宜开机，则继续测试(或者为避免电阻长时间加电导致过热，可考虑辅助开关暂时断开，延时后再开通测试)，直至满足开机条件。

应该理解到的是：上述实施例只是对本实用新型的说明，而不是对本实用新型的限制，任何不超出本实用新型实质精神范围内的发明创造，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.具有开机点测试功能的太阳能并网逆变器，包括控制电路、滤波器和逆变单元，滤波器的输入正端和负端分别接太阳能电池板的输出正极和负极，滤波器的输出端接逆变单元的输入端，其特征在于在滤波器的输入端还设有一个辅助开关管(Q)和一测试电阻(R)，所述的电阻(R)一端和太阳能电池板的输出正极相连，另一端和辅助开关管(Q)的集电极或漏极相连，辅助开关管(Q)的发射极或源极和太阳能电池板的输入负极相连，辅助开关管(Q)的控制极接控制电路。

2.如权利要求1所述的具有开机点测试功能的太阳能并网逆变器，其特征在于所述的电阻(R)的值为逆变器最低工作电压的平方除逆变器空载功耗。

3.如权利要求1或2所述的具有开机点测试功能的太阳能并网逆变器，其特征在于辅助开关管(Q)为MOSFE T，IGBT或继电器。

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