本發(fā)明涉及直流-交流逆變變換技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電池逆變串聯(lián)系統(tǒng)及逆變電源裝置。

背景技術(shù)：

光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏組件把太陽(yáng)的光能轉(zhuǎn)換為間歇性、變化的直流電，通過光伏組件的串并聯(lián)提高電壓、增大電流，同時(shí)匯流箱、配電柜等實(shí)現(xiàn)電氣連接功能，光伏逆變單元把這種隨機(jī)變化的直流電轉(zhuǎn)換為與公用電網(wǎng)相同頻率、相位的交流電。并且光伏逆變單元具有mppt(maximumpowerpointtracking，最大功率點(diǎn)跟蹤)功能，可以通過內(nèi)部軟件算法自動(dòng)尋找光伏組串、或光伏陣列的最大功率點(diǎn)。

典型大型荒漠地面、及大型屋頂太陽(yáng)能光伏電站一般采用集中式逆變單元構(gòu)成光伏發(fā)電系統(tǒng)，如圖1所示，主要由太陽(yáng)能光伏電池組件、匯流箱、交直流配電柜、光伏逆變單元、及升壓變壓器組成，可以方便實(shí)現(xiàn)10kv/35kv中壓并網(wǎng)。其中，多個(gè)光伏組件串聯(lián)構(gòu)成光伏組串，再由多個(gè)光伏組串并聯(lián)構(gòu)成光伏陣列，從而得到較高的直流電壓與直流功率，然后共用一臺(tái)集中型逆變單元實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。然而，這種系統(tǒng)架構(gòu)具有明顯的缺點(diǎn)，比如多個(gè)串聯(lián)的光伏組件中其中某個(gè)組件的電流減小，會(huì)直接導(dǎo)致這串整個(gè)光伏組串的總電流減小，這種現(xiàn)象稱為木桶效應(yīng)，木桶效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)組串的輸出功率降低。

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展促使光伏發(fā)電靠近負(fù)載端，從而減小輸配電的傳導(dǎo)損耗。分布式光伏電站一般建在中、大型工商業(yè)廠房、及個(gè)人家庭屋頂，主要使用組串式逆變單元，而無(wú)需匯流箱、直流配電柜，如圖2所示。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)帶來(lái)的主要問題是并機(jī)臺(tái)數(shù)過多后增大并網(wǎng)點(diǎn)的電流諧波，同時(shí)容易導(dǎo)致并網(wǎng)諧振問題。組串式系統(tǒng)中光伏組件串聯(lián)構(gòu)成光伏組串，單個(gè)或多個(gè)并聯(lián)的光伏組串經(jīng)過組串式逆變單元內(nèi)部各自獨(dú)立的dc/dc變換器升壓后，再共用組串式逆變單元內(nèi)部的同一套逆變電路實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，因此這種系統(tǒng)架構(gòu)具有多路mppt功能，部分改進(jìn)了集中式系統(tǒng)單路mppt存在的多個(gè)組串并聯(lián)時(shí)的失配缺陷。但是，組串式系統(tǒng)內(nèi)部仍然存在多個(gè)光伏組件串聯(lián)帶來(lái)的木桶效應(yīng)問題，比如多個(gè)串聯(lián)的光伏組件中其中某個(gè)組件的電流減小，會(huì)直接導(dǎo)致這路光伏組串的總電流減小，從而導(dǎo)致整個(gè)組串的輸出功率降低。

為了消除集中式、組串式系統(tǒng)的木桶效應(yīng)，近年來(lái)提出了功率優(yōu)化器的概念，從而構(gòu)成了含有功率優(yōu)化器的光伏發(fā)電系統(tǒng)，如圖3所示。這個(gè)系統(tǒng)主要在集中式、組串式光伏發(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了功率優(yōu)化器這個(gè)部件，帶來(lái)的直接好處是消除了集中式、組串式系統(tǒng)的木桶效應(yīng)。由于每塊光伏組件的背面均安裝有一個(gè)功率優(yōu)化器，從而無(wú)需把光伏組件直接串聯(lián)構(gòu)成光伏組串、而是把功率優(yōu)化器的輸出端首尾串聯(lián)，因此可以實(shí)現(xiàn)組件級(jí)、或分布式mppt功能。但是所造成的缺點(diǎn)顯而易見，主要是增加了部件會(huì)提升系統(tǒng)價(jià)格、增加系統(tǒng)損耗。功率優(yōu)化器會(huì)使當(dāng)前系統(tǒng)價(jià)格上升6～7.5％；同時(shí)其工作效率大約為95～98％，由于功率優(yōu)化器在光伏系統(tǒng)發(fā)電時(shí)始終保持運(yùn)行，從而系統(tǒng)將增多2～5％的功率損耗。

近年來(lái)提出的微型逆變單元光伏發(fā)電系統(tǒng)的概念也可以消除集中式、組串式系統(tǒng)的木桶效應(yīng)，如圖4所示。這個(gè)系統(tǒng)完全不同于集中式、組串式、及含有功率優(yōu)化器的光伏發(fā)電系統(tǒng)，無(wú)需把光伏組件直接串聯(lián)構(gòu)成光伏組串，而在每塊光伏組件的背面安裝一個(gè)獨(dú)立的微型逆變單元，因此可以實(shí)現(xiàn)組件級(jí)、或分布式mppt功能，帶來(lái)的直接好處是消除了集中式、組串式系統(tǒng)由于組件串聯(lián)導(dǎo)致的木桶效應(yīng)。光伏組件直流電壓一般為30～36v、而電網(wǎng)交流電壓為110～120v，所以微型逆變單元內(nèi)部通常為兩級(jí)結(jié)構(gòu)，第一級(jí)實(shí)現(xiàn)直流升壓功能、第二級(jí)完成dc/ac交流逆變功能，兩級(jí)結(jié)構(gòu)造成的問題非常顯而易見：一方面微型逆變單元的工作效率一般為95～96％，從而導(dǎo)致光伏發(fā)電系統(tǒng)額外的4～5％功耗；另一方面內(nèi)部器件繁多、控制復(fù)雜，其價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于集中式、組串式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，也高于含有功率優(yōu)化器的系統(tǒng)價(jià)格。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種電池逆變串聯(lián)系統(tǒng)及逆變電源裝置。具有改善木桶效應(yīng)，同時(shí)提高轉(zhuǎn)換效率、降低系統(tǒng)成本的優(yōu)點(diǎn)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種電池逆變串聯(lián)系統(tǒng)，包括至少一個(gè)發(fā)電子系統(tǒng)，所述發(fā)電子系統(tǒng)包括：

至少兩個(gè)光伏電池單元，其用于產(chǎn)生直流電；

至少兩個(gè)逆變單元，所述逆變單元與所述光伏電池單元對(duì)應(yīng)電連接，所述逆變單元用于跟蹤光伏電池單元的最大功率點(diǎn)并控制光伏電池單元的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓；其中，

所述逆變單元的輸出端串聯(lián)以將交流電壓疊加后形成總交流輸出電壓，所述總交流輸出電壓并入電網(wǎng)或者輸出給交流負(fù)載。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述光伏電池單元包括單個(gè)光伏電池片或者包括多個(gè)串聯(lián)的光伏電池片；或者，所述光伏電池單元包括單個(gè)光伏組件或者包括多個(gè)串聯(lián)的光伏組件。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述逆變單元包括dc/ac逆變電路，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為h橋、z源h橋、準(zhǔn)z源h橋、i型三電平、t型三電平或模塊多電平等不同形式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述逆變單元還包括dc/dc變換電路，所述dc/dc變換電路連接于所述光伏電池單元與所述逆變單元的dc/ac逆變電路之間，用于將所述光伏電池單元的直流電壓進(jìn)行升降壓變換。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述dc/dc變換電路為非隔離型的boost、buck或buck/boost變換電路；或者所述dc/dc變換電路為隔離型的全橋、半橋、反激、正激或推挽等變換電路。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述電池逆變串聯(lián)系統(tǒng)還包括配電單元，所述配電單元與所述逆變單元電連接，所述總交流輸出電壓通過所述配電單元并入電網(wǎng)或者輸出給交流負(fù)載；所述配電單元包括控制、監(jiān)控與通訊模塊，用于發(fā)送控制指令給每一個(gè)所述逆變單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)所述逆變單元的協(xié)同集群控制，并監(jiān)測(cè)所述發(fā)電子系統(tǒng)的工作狀態(tài)以及實(shí)現(xiàn)所述發(fā)電子系統(tǒng)與電網(wǎng)或交流負(fù)載的通訊、保護(hù)及信息處理。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述逆變單元包括控制器和dc/ac逆變電路，所述控制器與所述配電單元及所述dc/ac逆變電路電連接，用于接收所述配電單元發(fā)送的控制指令，并生成相應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述dc/ac逆變電路的功率開關(guān)器件，以通過所述dc/ac逆變電路將所述光伏電池單元的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述逆變單元為正弦波逆變單元，所述交流電壓為正弦交流電壓，并且所述電池逆變串聯(lián)系統(tǒng)為單相光伏發(fā)電系統(tǒng)；或者

所述逆變單元為正弦波逆變單元，所述交流電壓為正弦交流電壓，并且所述電池逆變串聯(lián)系統(tǒng)為三相光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括三個(gè)所述發(fā)電子系統(tǒng)，每一個(gè)所述發(fā)電子系統(tǒng)的輸出端形成三相端口中的一個(gè)端口。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種電池逆變串聯(lián)系統(tǒng)，包括至少一個(gè)電源子系統(tǒng)，所述電源子系統(tǒng)包括：

至少兩個(gè)蓄電池單元，其用于產(chǎn)生直流電；

至少兩個(gè)逆變單元，所述逆變單元與所述蓄電池單元對(duì)應(yīng)電連接，所述逆變單元用于蓄電池單元的電量監(jiān)控、均衡管理并控制蓄電池單元的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓；其中，

所述逆變單元的輸出端串聯(lián)以將交流電壓疊加后形成總交流輸出電壓，所述總交流輸出電壓輸出給交流負(fù)載。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種逆變電源裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述的電池逆變串聯(lián)系統(tǒng)，所述逆變電源裝置為直流-交流逆變電源裝置，用于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、光伏離網(wǎng)或者儲(chǔ)能系統(tǒng)中；或者，所述逆變電源裝置用于蓄電池供電的不間斷電源、新能源汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中。

實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例，具有如下有益效果：

由于電池逆變串聯(lián)系統(tǒng)包括至少兩個(gè)光伏電池單元和至少兩個(gè)逆變單元，所述逆變單元與所述光伏電池單元對(duì)應(yīng)電連接，所述逆變單元用于跟蹤光伏電池單元的最大功率點(diǎn)并控制光伏電池單元的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓；其中，所述逆變單元的輸出端串聯(lián)以將交流電壓疊加后形成總交流輸出電壓，所述總交流輸出電壓并入電網(wǎng)或者輸出給交流負(fù)載。從而，可以實(shí)現(xiàn)電池級(jí)或組件級(jí)mppt功能，可以很好的改善木桶效應(yīng)，進(jìn)而改善由于木桶效應(yīng)導(dǎo)致的光伏組件失配損耗，提高光伏系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率和發(fā)電量。而且，由于逆變單元的輸出端串聯(lián)，從而總交流輸出電壓為各個(gè)逆變單元上的交流電壓之和，從而總交流輸出電壓可以進(jìn)行升壓以得到高壓，從而不需要通過逆變單元自身進(jìn)行升壓或者只需通過逆變單元進(jìn)行小幅度升壓，從而相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)通過逆變單元大幅升壓的方案成本得到很大降低；而且提升光伏電池交流串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量和轉(zhuǎn)換效率。而且，由于電池逆變串聯(lián)系統(tǒng)包括蓄電池單元和逆變單元，方便實(shí)現(xiàn)蓄電池的電量監(jiān)控與均衡管理，同時(shí)提高逆變電源轉(zhuǎn)換效率及降低系統(tǒng)成本。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中集中式逆變器構(gòu)成光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是現(xiàn)有技術(shù)中組串式逆變器構(gòu)成分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是現(xiàn)有技術(shù)中含有功率優(yōu)化器的光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是現(xiàn)有技術(shù)中微型逆變器構(gòu)成光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明一實(shí)施例提供的光伏電池逆變串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明另一實(shí)施例提供的光伏電池逆變串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明又一實(shí)施例提供的光伏電池逆變串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8(a)-圖8(f)是本發(fā)明實(shí)施例提供的光伏電池逆變串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)示意了多種逆變單元的dc/ac逆變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的光伏電池逆變串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)示意了一個(gè)逆變單元的控制策略示意圖；

圖10是本發(fā)明再一實(shí)施例提供的光伏電池逆變串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11是本發(fā)明再二實(shí)施例提供的蓄電池逆變串聯(lián)電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本申請(qǐng)說(shuō)明書、權(quán)利要求書和附圖中出現(xiàn)的術(shù)語(yǔ)“包括”和“具有”以及它們?nèi)魏巫冃?，意圖在于覆蓋不排他的包含。例如包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備沒有限定于已列出的步驟或單元，而是可選地還包括沒有列出的步驟或單元，或可選地還包括對(duì)于這些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”和“第三”等是用于區(qū)別不同的對(duì)象，而并非用于描述特定的順序。

本發(fā)明一實(shí)施例提供一種電池逆變串聯(lián)系統(tǒng)，在本實(shí)施例中，所述電池逆變串聯(lián)系統(tǒng)為光伏電池逆變串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)，以下圖5-圖10的電池逆變串聯(lián)系統(tǒng)均為光伏電池逆變串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)。請(qǐng)參見圖5，所述光伏電池逆變串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)100包括至少一個(gè)發(fā)電子系統(tǒng)，例如為一個(gè)發(fā)電子系統(tǒng)、兩個(gè)發(fā)電子系統(tǒng)、三個(gè)發(fā)電子系統(tǒng)或者更多個(gè)發(fā)電子系統(tǒng)等，在以下的圖5、圖6、圖7中都只示意了一個(gè)發(fā)電子系統(tǒng)，在圖10中示意了三個(gè)發(fā)電子系統(tǒng)。所述發(fā)電子系統(tǒng)包括至少兩個(gè)光伏電池單元110、至少兩個(gè)逆變單元120。

在本實(shí)施例中，所述光伏電池單元110的數(shù)目為多個(gè)，例如為兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)或者更多個(gè)等數(shù)量，在圖5中示意了9個(gè)光伏電池單元110，所述光伏電池單元110用于產(chǎn)生直流電壓，在本實(shí)施例中，每個(gè)所述光伏電池單元110包括多個(gè)串聯(lián)的光伏電池片，所述串聯(lián)的光伏電池片例如為10個(gè)、12個(gè)、20個(gè)、24個(gè)等數(shù)目，多個(gè)所述光伏電池片首尾串聯(lián)連接以形成光伏電池串，在此處，光伏電池單元110為光伏電池串。但本發(fā)明不限于此，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，每個(gè)所述光伏電池單元還可以只包括單個(gè)光伏電池片。在本實(shí)施例中，所述逆變單元120的數(shù)目與所述光伏電池單元110的數(shù)目一一對(duì)應(yīng)，也即有多少個(gè)光伏電池單元110就有多少個(gè)逆變單元120，在圖5中示意了9個(gè)逆變單元120，所述逆變單元120與所述光伏電池單元110對(duì)應(yīng)電連接，所述逆變單元120用于跟蹤光伏電池單元110的最大功率點(diǎn)(mppt)，可以實(shí)現(xiàn)電池串級(jí)mppt功能，因而可以很好的改善木桶效應(yīng)，進(jìn)而改善由于木桶效應(yīng)導(dǎo)致的光伏組件失配損耗，提高光伏電池逆變串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率和發(fā)電量。在本實(shí)施例中，所述逆變單元120還用于控制光伏電池單元110的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，從而經(jīng)由逆變單元120輸出的電壓為交流電壓。

在本實(shí)施例中，所述逆變單元120的輸出端串聯(lián)以將交流電壓疊加后形成總交流輸出電壓，所述總交流輸出電壓并入電網(wǎng)或者輸出給交流負(fù)載。由于逆變單元120的輸出端串聯(lián)，從而總交流輸出電壓為各個(gè)逆變單元120上的交流電壓之和，從而總交流輸出電壓可以進(jìn)行升壓以得到高壓，從而不需要通過逆變單元120自身進(jìn)行升壓或者只需通過逆變單元120進(jìn)行小幅度升壓，從而相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)通過逆變單元120大幅升壓的方案成本得到很大降低。

在本發(fā)明另一實(shí)施例中，請(qǐng)參見圖6，所述發(fā)電子系統(tǒng)包括多個(gè)所述光伏電池單元210，例如2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)等數(shù)目，圖6中示意了3個(gè)光伏電池單元210。所述光伏電池單元210包括單個(gè)光伏組件，在本實(shí)施例中，所述光伏組件包括多個(gè)串聯(lián)的光伏電池串，在此處光伏組件包括三個(gè)光伏電池串，每個(gè)光伏電池串包括多個(gè)串聯(lián)的光伏電池片，在此處，每個(gè)光伏電池串包括互相串聯(lián)的10個(gè)、12個(gè)、20個(gè)或24個(gè)等數(shù)目光伏電池片。在本實(shí)施例中，所述逆變單元120與所述光伏組件電連接，所述逆變單元120用于跟蹤光伏電池單元210的mppt，可以實(shí)現(xiàn)組件級(jí)mppt功能，可以較好的改善木桶效應(yīng)，進(jìn)而改善由于木桶效應(yīng)導(dǎo)致的光伏組件失配損耗，提高光伏電池逆變串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率和發(fā)電量。同樣，在本實(shí)施例中，所述逆變單元120的輸出端串聯(lián)以將交流電壓疊加后形成總交流輸出電壓，在本實(shí)施例中，由于所述光伏電池單元210為單個(gè)光伏組件，從而總交流輸出電壓可以進(jìn)行升壓以得到更高的高壓，從而不需要通過逆變單元120自身進(jìn)行升壓或者只需通過逆變單元120進(jìn)行小幅度升壓，從而相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)通過逆變單元120大幅升壓的方案成本得到很大降低。

在本發(fā)明又一實(shí)施例中，請(qǐng)參見圖7，所述發(fā)電子系統(tǒng)包括多個(gè)所述光伏電池單元310，例如2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)等數(shù)目，圖7中示意了4個(gè)光伏電池單元310。所述光伏電池單元310包括多個(gè)互相串聯(lián)的光伏組件，在本實(shí)施例中，所述光伏電池單元310包括兩個(gè)串聯(lián)的光伏組件，當(dāng)然還可以包括更多個(gè)串聯(lián)的光伏組件。在本實(shí)施例中，所述逆變單元120與所述多個(gè)串聯(lián)的光伏組件電連接，所述逆變單元120用于跟蹤光伏電池單元310的最大功率點(diǎn)mppt，可以實(shí)現(xiàn)組串級(jí)mppt功能，從而可以對(duì)木桶效應(yīng)具有一定的改善，進(jìn)而改善由于木桶效應(yīng)導(dǎo)致的光伏組件失配損耗，提高光伏電池逆變串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率和發(fā)電量。同樣，在本實(shí)施例中，所述逆變單元120的輸出端串聯(lián)以將交流電壓疊加后形成總交流輸出電壓，在本實(shí)施例中，由于所述光伏電池單元110為多個(gè)串聯(lián)的光伏組件，從而總交流輸出電壓可以進(jìn)一步提升，從而不需要通過逆變單元120自身進(jìn)行升壓或者只需通過逆變單元120進(jìn)行小幅度升壓，從而相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)通過逆變單元120大幅升壓的方案成本得到很大降低。

以下描述以圖6的方案為例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

在本實(shí)施例中，所述逆變單元120可以是dc/ac逆變電路的單級(jí)結(jié)構(gòu)，也可以是dc/ac逆變電路和dc/dc變換電路構(gòu)成的兩級(jí)結(jié)構(gòu)。由于光伏電池單元310為直流低電壓，從而dc/ac逆變電路和dc/dc變換電路可使用低電壓等級(jí)的功率開關(guān)器件，因此逆變單元120可實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)逆變器更高的轉(zhuǎn)換效率。所述dc/ac逆變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活多樣，如h橋、z源h橋、準(zhǔn)z源h橋、i型三電平、t型三電平或模塊多電平等不同形式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；所述dc/dc變換電路連接于所述光伏電池單元210與所述逆變單元的dc/ac逆變電路之間，用于將所述光伏電池單元210的直流電壓進(jìn)行升壓或者降壓變換，所述dc/dc變換電路為非隔離型的boost、buck或buck/boost變換電路；或者所述dc/dc變換電路為隔離型的全橋、半橋、反激、正激或推挽等變換電路等。

如圖8(a)-圖8(f)所示，所述dc/ac逆變電路既可以是圖8(a)、圖8(c)或圖8(d)所示單級(jí)標(biāo)準(zhǔn)或變形h橋結(jié)構(gòu)，也可以在h橋前面增加boost變換器的兩級(jí)結(jié)構(gòu)，如圖8(b)所示，還可以使用圖8(e)所示z源h橋結(jié)構(gòu)、或圖8(f)所示準(zhǔn)z源h橋結(jié)構(gòu)，或i型三電平、t型三電平或模塊多電平等不同形式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。單級(jí)變換結(jié)構(gòu)中由dc/ac電路實(shí)現(xiàn)電池串級(jí)、組件級(jí)或組串mppt功能，兩級(jí)變換結(jié)構(gòu)由dc/dc變換電路實(shí)現(xiàn)電池串級(jí)、組件級(jí)或組串mppt功能。這些逆變電路技術(shù)成熟，可采用傳統(tǒng)單極性或雙極性正弦波脈沖寬度調(diào)制(spwm)策略，或其他的調(diào)制策略。逆變單元120內(nèi)部采用單級(jí)h橋時(shí)，逆變電路的輸出為交流低壓。如果逆變單元120內(nèi)部采用兩級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)，即使光伏電池單元210或者逆變單元120串聯(lián)數(shù)量較少，但是逆變電路的交流輸出電壓可以提高，從而提高了系統(tǒng)的靈活性。

在本實(shí)施例中，請(qǐng)繼續(xù)參見圖6，所述光伏電池逆變串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)200還包括配電單元130，所述配電單元130與逆變單元120電連接，所述總交流輸出電壓通過所述配電單元130并入電網(wǎng)或者輸出給交流負(fù)載，所述配電單元130用于對(duì)總交流輸出電壓進(jìn)行濾波和對(duì)每一個(gè)逆變單元進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制。在本實(shí)施例中，所述配電單元主要由濾波電路和控制、監(jiān)測(cè)與通訊模塊構(gòu)成。所述總交流輸出電壓經(jīng)過由濾波電路濾波后產(chǎn)生純凈的正弦波交流，其后并入電網(wǎng)或輸出給交流負(fù)載。同時(shí)，控制、監(jiān)控與通訊模塊產(chǎn)生所有逆變單元120需要的協(xié)同集群控制信號(hào)，包含有所有與電網(wǎng)相關(guān)的信息收集、電量檢測(cè)、協(xié)議轉(zhuǎn)換、電網(wǎng)側(cè)濾波、有功降額、無(wú)功補(bǔ)償、諧波治理、與電網(wǎng)故障穿越等功能，及完成逆變單元120所需的對(duì)外通訊、發(fā)電狀態(tài)上報(bào)與監(jiān)測(cè)、控制指令的上傳與下發(fā)、電網(wǎng)調(diào)度、及安全保護(hù)，并且實(shí)現(xiàn)每個(gè)逆變單元120的協(xié)同集群控制、狀態(tài)采集、及計(jì)算處理等。

在本實(shí)施例中，所述逆變單元120還包括控制器，所述控制器例如可以為模擬或數(shù)字控制芯片mcu或者其他模擬控制電路，所述控制器與所述配電單元130及所述dc/ac逆變電路電連接，用于接收所述配電單元130發(fā)送的控制指令，并生成相應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述dc/ac逆變電路的功率開關(guān)器件，以通過所述dc/ac逆變電路將所述光伏電池單元210的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓。在本實(shí)施例中，所述控制器實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理、mppt跟蹤、控制策略及通訊監(jiān)控功能。每個(gè)逆變單元120的控制器接收到來(lái)自于控制、監(jiān)測(cè)與通訊模塊的協(xié)同集群控制信號(hào)后，經(jīng)過實(shí)時(shí)計(jì)算并經(jīng)處理后得到功率開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使逆變單元120實(shí)現(xiàn)正常dc/ac逆變工作。

在本實(shí)施例中，所述逆變單元120為正弦波逆變單元120，所述交流電壓為正弦波交流電壓，請(qǐng)參見圖9，示意了控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)dc/ac逆變電路的控制策略，具體說(shuō)來(lái)，逆變單元120功率變換部分為單級(jí)h橋逆變電路，控制器由運(yùn)算放大器、比較器、乘法器、mppt控制模塊、電壓和功率補(bǔ)償器、邏輯處理等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理、mppt跟蹤、控制策略及通訊監(jiān)控等功能。在這個(gè)電路中，cin為輸入濾波電容，功率開關(guān)器件s1、s2、s3及s4高頻開關(guān)工作，得到spwm交流電壓，經(jīng)過電感l(wèi)1、l2、及電容c1構(gòu)成的濾波器濾波后得到純正弦交流電壓波形，純正弦交流電壓波形沒有污染，沒有諧波，對(duì)外界干擾極小。控制策略上采樣光伏組件直流電壓vpv、光伏組件直流電流ipv、交流輸出電壓vo、及輸出交流電流io，經(jīng)過一系列邏輯運(yùn)算后得到功率開關(guān)器件s1、s2、s3及s4的spwm驅(qū)動(dòng)信號(hào)。dc/ac逆變電路采用功率控制策略，從而每個(gè)逆變單元120的輸出端可實(shí)現(xiàn)交流串聯(lián)疊加。功率參考信號(hào)pdc由每塊光伏組件各自的輸出功率決定，為了便于理論分析，設(shè)定交流串聯(lián)后總交流輸出電壓為這個(gè)總交流輸出電壓也即并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的交流電網(wǎng)電壓，其中vac為總交流輸出電壓峰值，ωt為角頻率，為相位。

光伏組件直流電壓經(jīng)過運(yùn)算放大器op1采樣處理后得到光伏組件直流電壓信號(hào)vpv，并且通過電流傳感器或其他方式采樣光伏組件直流電流信號(hào)ipv，這兩個(gè)信號(hào)在mppt控制模塊中分析計(jì)算，通過傳統(tǒng)的擾動(dòng)觀察測(cè)、增量導(dǎo)納法等控制算法后跟蹤到光伏組件的最大功率點(diǎn)(mpp)，并輸出電壓參考信號(hào)vref，同時(shí)與光伏組件直流電壓vpv相比較后控制光伏組件直流電壓，這個(gè)稱為電壓控制外環(huán)。電壓控制外環(huán)主要調(diào)節(jié)光伏組件直流電壓，也即調(diào)節(jié)輸入電容cin兩端電壓的穩(wěn)定性，其控制帶寬需要比電網(wǎng)頻率更慢。電壓控制外環(huán)的誤差信號(hào)經(jīng)過電壓補(bǔ)償器gv處理后，得到功率參考信號(hào)pdc，在乘法器中與相乘后得到功率參考信號(hào)，再與實(shí)時(shí)輸出功率相比較后控制逆變電路的輸出功率，這個(gè)稱為功率控制內(nèi)環(huán)。逆變單元120交流輸出電壓經(jīng)過運(yùn)算放大器op2采樣處理后得到交流輸出電壓信號(hào)vo，經(jīng)過頻率與相位處理生成后生成功率參考信號(hào)，同時(shí)進(jìn)入另一個(gè)乘法器中，與電流傳感器或其他方式采樣到的交流輸出電流io相乘后得到實(shí)時(shí)輸出功率信號(hào)。功率控制內(nèi)環(huán)主要調(diào)節(jié)逆變單元120的實(shí)時(shí)輸出功率，其控制帶寬需要比電網(wǎng)頻率更快一個(gè)數(shù)量級(jí)。功率控制內(nèi)環(huán)的誤差信號(hào)經(jīng)過功率補(bǔ)償器gp，并經(jīng)過控制器內(nèi)部spwm邏輯處理后得到各功率開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

同時(shí)參見圖6、圖9，詳細(xì)說(shuō)明功率控制策略的具體實(shí)現(xiàn)方式。設(shè)有n個(gè)光伏組件對(duì)應(yīng)n個(gè)逆變單元120，n為大于或等于2的正整數(shù)，第k個(gè)逆變單元120的交流輸出電壓為vok、功率參考信號(hào)為pdck，從而這個(gè)逆變單元120的實(shí)時(shí)功率為由于每個(gè)逆變單元120的輸出為串聯(lián)關(guān)系，因而這個(gè)逆變單元的交流輸出電流與總輸出電流io相同。從而，可得到以下數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系式：

從關(guān)系式(1)可以看出，受電網(wǎng)決定而可看作定值，因此總交流輸出電流與各逆變單元120的功率參考信號(hào)之和成正比，功率參考信號(hào)之和越大、則總輸出交流電流越大，反之亦然。

從關(guān)系式(2)可以看出，受電網(wǎng)決定也可看作定值，因此每個(gè)逆變單元120的交流輸出電壓與這個(gè)逆變單元120功率參考信號(hào)在全部功率參考信號(hào)之和中的占比成正比，逆變單元120功率參考信號(hào)在全部功率參考信號(hào)之和中的占比越大、則這個(gè)逆變單元120輸出電壓越高，反之亦然。

從關(guān)系式(3)可以看出，每個(gè)逆變單元120的交流輸出電壓與其功率參考信號(hào)的比值恒定，如果其個(gè)逆變單元120的功率參考信號(hào)變大、則其交流輸出電壓越高。全部逆變單元120輸出端串聯(lián)的總交流輸出電壓之和為電網(wǎng)電壓，這個(gè)關(guān)系式闡明了每個(gè)逆變單元120交流輸出電壓之間的分壓關(guān)系，并且已闡明每個(gè)逆變單元120的輸出交流電流嚴(yán)格相等，這也是這個(gè)逆變電路功率控制策略的核心。

另外，從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析，這些dc/ac逆變電路也是雙向功率變換結(jié)構(gòu)，因此也可以使用以上控制策略實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電中的無(wú)功補(bǔ)償功能。無(wú)功補(bǔ)償軟件算法的具體實(shí)現(xiàn)中，可根據(jù)各自輸出的有功功率，調(diào)節(jié)各自功率參考信號(hào)，按比例分配各個(gè)逆變單元120的無(wú)功功率分量。

本發(fā)明再一實(shí)施例提供一種光伏電池逆變串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)，所述光伏電池逆變串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)400為三相有中性線的光伏發(fā)電系統(tǒng)，請(qǐng)參見圖10，包括三個(gè)所述發(fā)電子系統(tǒng)，每一個(gè)所述發(fā)電子系統(tǒng)的輸出端形成三相端口中的一個(gè)端口，所述三個(gè)發(fā)電子系統(tǒng)的共同連接端形成所述中性線端口。具體說(shuō)來(lái)，所述配電單元130包括a相端口、b相端口、c相端口，三個(gè)所述發(fā)電子系統(tǒng)的各自的總交流輸出電壓分別與a相端口、b相端口、c相端口電連接，每個(gè)發(fā)電子系統(tǒng)內(nèi)的逆變單元120相互串聯(lián)，三個(gè)發(fā)電子系統(tǒng)中各自串聯(lián)的逆變單元120其中一端相互電連接以與中性線端口電連接。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述光伏電池逆變串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)也可構(gòu)成三相無(wú)中性線的光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括三個(gè)所述發(fā)電子系統(tǒng)，每一個(gè)所述發(fā)電子系統(tǒng)的輸出端形成三相端口中的一個(gè)端口。具體說(shuō)來(lái)，所述配電單元包括a相端口、b相端口、c相端口，三個(gè)所述發(fā)電子系統(tǒng)的總交流輸出電壓分別與a相端口、b相端口、c相端口電連接。

另外，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種逆變電源裝置，所述逆變電源裝置包括上述的電池逆變串聯(lián)系統(tǒng)，也即包括上述的光伏電池逆變串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)。所述逆變電源裝置可以構(gòu)成直流-交流逆變電源裝置，除了應(yīng)用于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)外，所述逆變電源裝置還可用于光伏離網(wǎng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)中。

另外，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種電池逆變串聯(lián)系統(tǒng)，所述電池逆變串聯(lián)系統(tǒng)為蓄電池逆變串聯(lián)電源系統(tǒng)，請(qǐng)參見圖11，所述蓄電池逆變串聯(lián)電源系統(tǒng)至少兩個(gè)蓄電池單元410，其用于產(chǎn)生直流電，在本實(shí)施例中，所述蓄電池單元410包括單個(gè)蓄電池或者包括多個(gè)串聯(lián)的蓄電池；至少兩個(gè)逆變單元120，所述逆變單元120與所述蓄電池單元410對(duì)應(yīng)電連接，所述逆變單元120用于蓄電池單元410的電量監(jiān)控、均衡管理并控制蓄電池單元的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，實(shí)現(xiàn)蓄電池單元410的電量監(jiān)控、均衡管理和逆變功能，從而改善蓄電池單元410直接串聯(lián)的木桶效應(yīng)所導(dǎo)致的低利用率及延長(zhǎng)蓄電池使用壽命，同時(shí)提高蓄電池逆變串聯(lián)電源系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。其中，所述逆變單元120的輸出端串聯(lián)以將交流電壓疊加后形成總交流輸出電壓，所述總交流輸出電壓輸出給交流負(fù)載rl，從而不需要通過逆變單元120自身進(jìn)行升壓或者只需通過逆變單元120進(jìn)行小幅度升壓，從而相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)通過逆變單元120大幅升壓的方案成本得到很大降低。

另外，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種逆變電源裝置，所述逆變電源裝置包括上述的電池逆變串聯(lián)系統(tǒng)，也即包括上述的蓄電池逆變串聯(lián)電源系統(tǒng)，所述逆變電源裝置可擴(kuò)展應(yīng)用至蓄電池供電的不間斷電源(ups)、新能源汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等逆變電源中，不同于光伏電池的分散式安裝，而蓄電池供電的逆變電源中蓄電池統(tǒng)一集成在電池包中，因此蓄電池逆變串聯(lián)電源系統(tǒng)既可使用類似于光伏電池逆變串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)中的分布式控制器，也可僅使用同一個(gè)控制單元，每個(gè)逆變單元120內(nèi)部包含信號(hào)處理部分用于接收和上報(bào)控制單元的信號(hào)，而調(diào)制方式和控制策略與光伏發(fā)電系統(tǒng)相似，這里不再重復(fù)說(shuō)明。

需要說(shuō)明的是，本說(shuō)明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其它實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可。對(duì)于裝置實(shí)施例而言，由于其與方法實(shí)施例基本相似，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見方法實(shí)施例的部分說(shuō)明即可。

通過上述實(shí)施例的描述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

由于電池逆變串聯(lián)系統(tǒng)包括至少兩個(gè)光伏電池單元和至少兩個(gè)逆變單元，所述逆變單元與所述光伏電池單元對(duì)應(yīng)電連接，所述逆變單元用于跟蹤光伏電池單元的最大功率點(diǎn)并控制光伏電池單元的直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓；其中，所述逆變單元的輸出端串聯(lián)以將交流電壓疊加后形成總交流輸出電壓，所述總交流輸出電壓并入電網(wǎng)或者輸出給交流負(fù)載。從而，可以實(shí)現(xiàn)電池串級(jí)、組件級(jí)或組串級(jí)mppt功能，可以很好的改善木桶效應(yīng)，進(jìn)而改善由于木桶效應(yīng)導(dǎo)致的光伏組件失配損耗，提高光伏系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率和發(fā)電量。而且，由于逆變單元的輸出端串聯(lián)，從而總交流輸出電壓為各個(gè)逆變單元上的交流電壓之和，從而總交流輸出電壓可以進(jìn)行升壓以得到高壓，從而不需要通過逆變單元自身進(jìn)行升壓或者只需通過逆變單元進(jìn)行小幅度升壓，從而相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)通過逆變單元大幅升壓的方案成本得到很大降低；而且提升光伏電池交流串聯(lián)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量和工作效率。而且，由于電池逆變串聯(lián)系統(tǒng)包括蓄電池單元和逆變單元，方便實(shí)現(xiàn)蓄電池的電量監(jiān)控與均衡管理，同時(shí)提高逆變電源轉(zhuǎn)換效率及降低系統(tǒng)成本。

以上所揭露的僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來(lái)限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。