專利名稱：消除直流輸入端紋波的單相逆變器及太陽能光伏發電系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力轉換技術領域，具體來說，本實用新型涉及一種消除直流輸入端紋波的單相逆變器及太陽能光伏發電系統。
背景技術：
很多可再生能源產生直流電，例如太陽能光伏和化學電池。直流電通過逆變器轉換為固定頻率的正弦交流電，傳輸給電網或者離網使用。太陽能光伏發電系統的逆變器最近趨向于采用分布式的微型逆變器(微逆變器)。微型逆變器對每個直流光伏組件提供最大功率點控制，從而使每個直流光伏組件產生最大的能量，提高整個太陽能光伏發電系統的性能。另外，微型逆變器還能產生交流低壓輸出，而不是中心式逆變器系統的高直流電壓輸出，提高了系統的安全性和工作效率。圖1為現有技術中的一個單相逆變器的結構示意圖。如圖所示，該單相逆變器100 連接在太陽能板101和電網102之間，其可以包括直流檢測電路103、直流-直流轉換電路 104、直流-交流轉換電路105、交流檢測電路106以及電力轉換控制電路107。其中，直流檢測電路103與太陽能板101相連接，用于檢測輸入的直流電信號(至少包括輸入電壓和電流)；交流檢測電路106與電網102相連接，用于檢測輸出的交流電信號(至少包括輸出電壓和電流)；直流-直流轉換電路104與直流檢測電路103相連接，用于對直流電信號進行升壓與穩壓；直流-交流轉換電路105分別與直流-直流轉換電路104和交流檢測電路 106相連接，用于將直流電轉換成交流電；以及電力轉換控制電路107分別與直流檢測電路 103、交流檢測電路106、直流-直流轉換電路104和直流-交流轉換電路105相連接，根據輸入電壓和電流以及輸出電壓和電流通過基準電流控制開關(未圖示)，使逆變器100產生與電網102的交流電壓同相位的輸出交流電。單相逆變器的一個基本特性是電源和負載間的能量傳輸包括平均能量和雙倍頻率的紋波。逆變器希望從直流電源獲取沒有紋波的直流電，然后將平均能量和紋波能量傳給輸出負載，這樣就要求逆變器里有能量存儲單元來處理紋波能量。在如圖1所示的現有技術的單相逆變器的結構示意圖中，逆變器100產生和交流電網102能量同相的輸出功率， 所以輸出能量在零和峰值輸出功率之間震蕩。在逆變器100的輸出功率為零時，光伏組件的電流不流過逆變器100，所以給存儲電容(未圖示)充電；在逆變器100的輸出功率為峰值時，存儲電容放電補充光伏組件的功率，使峰值達到平均值的兩倍。所以，存儲電容的充放電形成了光伏組件提供的直流電之上附加的交流成分，叫做紋波功率。為管理雙倍頻率的紋波功率，能量需要被在兩倍的頻率存儲和釋放。為避免能量交換造成大的電壓紋波，需要使用大的電容C。圖2為現有技術中的一個單相反激逆變器的簡單電路結構示意圖。如圖所示，該單相反激逆變器200的直流輸入端設置有大的電容C， 來減小能量存儲和釋放產生的紋波電壓。這里的單相反激逆變器200以單路反激為例，但兩路或多路地交錯反激也是類似的情況。通常逆變器采用在直流主線的大容量電解電容作為被動濾波器，但電解電容有多種失效模式，特別是紋波電流造成電容內部自熱，減少壽命。主動濾波電路被廣泛研究來替代被動方法，通過分開的能量變換電路來提供另一個紋波，該紋波抵消掉雙頻率紋波功率， 但該方法需要復雜的電路和控制方法。所以，需要能簡單地消除單相逆變器中直流側輸入端的紋波功率。 發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種消除直流輸入端紋波的單相逆變器及太陽能光伏發電系統，可以簡單地消除單相逆變器直流側輸入端的紋波功率。為解決上述技術問題，本實用新型提供一種消除直流輸入端紋波的單相逆變器， 連接于直流輸入和交流輸出之間，包括直流檢測電路，與所述直流輸入相連接，用于檢測輸入的直流電信號；交流檢測電路，與所述交流輸出相連接，用于檢測輸出的交流電信號；直流-直流轉換電路，與所述直流檢測電路相連接，用于對所述直流電信號進行升壓；直流-交流轉換電路，分別與直流-直流轉換電路和交流檢測電路相連接，用于將所述直流電轉換成所述交流電；電力轉換控制電路，分別與所述直流檢測電路、所述交流檢測電路、所述直流-直流轉換電路和所述直流-交流轉換電路相連接，用于根據輸入的直流電壓和電流以及輸出的交流電壓和電流通過基準電流控制開關，使所述單相逆變器產生與所述交流電壓同相位的輸出交流電；以及紋波消除單元，分別與所述直流檢測電路、所述交流檢測電路和所述直流-交流轉換電路相連接，用于根據輸入的直流電信號和輸出的交流電信號消除所述單相逆變器直流輸入端的紋波；其中，所述紋波消除單元包括紋波控制器，分別與所述直流檢測電路和所述交流檢測電路相連接，用于根據輸入的直流電信號和輸出的交流電信號控制所述紋波消除單元的工作模式；能量儲存單元，與所述直流-直流轉換電路相連接，用于儲存或者釋放所述直流輸入端的能量；以及能量儲存控制器，分別與所述紋波控制器和所述能量儲存單元相連接，用于根據所述紋波控制器的指令，控制所述能量儲存單元的開關，實行所述能量的儲存和釋放。可選地，所述能量儲存單元為升壓-降壓雙向轉換器。可選地，所述能量儲存單元包括所述轉換器的副邊線圈、電感、電容、第一開關管、 第二開關管、第一二極管和第二二極管，其中所述副邊線圈與所述轉換器的主邊線圈相耦合；所述電感的第一端與所述副邊線圈的第一端相連接，所述電感的第二端通過所述第二開關管連接到所述電容的第一端；所述電容的第二端連接到所述副邊線圈的第二端；所述第一開關管跨接在所述電感的第二端和所述副邊線圈的第二端之間；所述第一開關管和所述第二開關管分別通過所述能量儲存控制器控制其開關，實行所述能量的儲存和釋放；所述第一二極管和所述第二二極管分別并聯在所述第一開關管和所述第二開關管兩端，所述第一二極管的正極連接到所述副邊線圈的第二端，所述第一二極管的負極連接到所述電感的第二端，所述第二二極管的正極連接到所述電感的第二端，所述第二二極管的負極連接到所述電容的第一端。可選地，所述紋波消除單元的工作模式包括充電模式和放電模式。可選地，所述紋波控制器、所述能量儲存控制器和所述電力轉換控制器集成在同一電路里。可選地，，所述紋波控制器、所述能量儲存控制器和所述電力轉換控制器以FPGA、 CPU、MCU、DSP 或者 ASIC 實現。相應地，本實用新型還提供一種太陽能光伏發電系統，包括一個或者多個單相逆變器，所述單相逆變器連接于太陽能板和電網之間，所述單相逆變器包括直流檢測電路，與所述太陽能板相連接，用于檢測輸入的直流電信號；交流檢測電路，與所述電網相連接，用于檢測輸出的交流電信號；直流-直流轉換電路，與所述直流檢測電路相連接，用于對所述直流電信號進行升壓；直流-交流轉換電路，分別與直流-直流轉換電路和交流檢測電路相連接，用于將所述直流電轉換成所述交流電；電力轉換控制電路，分別與所述直流檢測電路、所述交流檢測電路、所述直流-直流轉換電路和所述直流-交流轉換電路相連接，用于根據輸入的直流電壓和電流以及輸出的交流電壓和電流通過基準電流控制開關，使所述單相逆變器產生與所述交流電壓同相位的輸出交流電；以及紋波消除單元，分別與所述直流檢測電路、所述交流檢測電路和所述直流-交流轉換電路相連接，用于根據輸入的直流電信號和輸出的交流電信號消除所述單相逆變器直流輸入端的紋波；其中，所述紋波消除單元包括紋波控制器，分別與所述直流檢測電路和所述交流檢測電路相連接，用于根據輸入的直流電信號和輸出的交流電信號控制所述紋波消除單元的工作模式；能量儲存單元，與所述直流-直流轉換電路相連接，用于儲存或者釋放所述直流輸入端的能量；以及能量儲存控制器，分別與所述紋波控制器和所述能量儲存單元相連接，用于根據所述紋波控制器的指令，控制所述能量儲存單元的開關，實行所述能量的儲存和釋放。可選地，所述能量儲存單元為升壓-降壓雙向轉換器。可選地，所述能量儲存單元包括所述轉換器的副邊線圈、電感、電容、第一開關管、 第二開關管、第一二極管和第二二極管，其中所述副邊線圈與所述轉換器的主邊線圈相耦合；所述電感的第一端與所述副邊線圈的第一端相連接，所述電感的第二端通過所述第二開關管連接到所述電容的第一端；所述電容的第二端連接到所述副邊線圈的第二端；[0048]所述第一開關管跨接在所述電感的第二端和所述副邊線圈的第二端之間；所述第一開關管和所述第二開關管分別通過所述能量儲存控制器控制其開關，實行所述能量的儲存和釋放；所述第一二極管和所述第二二極管分別并聯在所述第一開關管和所述第二開關管兩端，所述第一二極管的正極連接到所述副邊線圈的第二端，所述第一二極管的負極連接到所述電感的第二端，所述第二二極管的正極連接到所述電感的第二端，所述第二二極管的負極連接到所述電容的第一端。可選地，所述紋波消除單元的工作模式包括充電模式和放電模式。可選地，所述紋波控制器、所述能量儲存控制器和所述電力轉換控制器集成在同一電路里。可選地，所述紋波控制器、所述能量儲存控制器和所述電力轉換控制器以FPGA、 CPU、MCU、DSP 或者 ASIC 實現。與現有技術相比，本實用新型具有以下優點本實用新型的單相逆變器增加了紋波消除單元，通過檢測紋波功率，控制能量儲存單元里轉換電路的工作模式。當輸入直流功率高于輸出功率時，為充電模式，能量儲存單元儲存能量。當輸入直流功率低于輸出功率時，為放電模式，能量儲存單元釋放能量補充給輸出端。通過控制紋波消除單元內轉換電路的開關，電容上的電壓隨能量波形變化，其上的電壓和儲存的能量決定電容值，電容的能量可以被控制為等同于雙頻紋波功率，實現充放電，從而消除單相逆變器直流側輸入端的雙頻紋波。

本實用新型的上述的以及其他的特征、性質和優勢將通過
以下結合附圖和實施例的描述而變得更加明顯，其中圖1為現有技術中的一個單相逆變器的結構示意圖；圖2為現有技術中的一個單相反激逆變器的簡單電路結構示意圖；圖3為本實用新型一個實施例的消除直流輸入端紋波的單相逆變器的模塊結構示意圖；圖4為本實用新型一個實施例的消除直流輸入端紋波的單相反激逆變器的簡單電路結構示意圖；圖5為本實用新型一個實施例的消除直流輸入端紋波的單相反激逆變器中的紋波消除單元工作于充電模式時的簡單電路結構示意圖；圖6為本實用新型一個實施例的消除直流輸入端紋波的單相反激逆變器中的紋波消除單元工作于放電模式時的簡單電路結構示意圖；圖7為本實用新型一個實施例的消除直流輸入端紋波的單相逆變器的一系列工作波形的簡單示意圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例和附圖對本實用新型作進一步說明，在以下的描述中闡述了更多的細節以便于充分理解本實用新型，但是本實用新型顯然能夠以多種不同于此描述地其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內涵的情況下根據實際應用情況作類似推廣、演繹，因此不應以此具體實施例的內容限制本實用新型的保護范圍。消除直流輸入端紋波的單相逆變器的一個實施例圖3為本實用新型一個實施例的消除直流輸入端紋波的單相逆變器的模塊結構示意圖。如圖所示，該單相逆變器300連接于作為直流輸入的太陽能板301和作為交流輸出的電網302之間。其中，單相逆變器300可以包括但不限于直流檢測電路303、交流檢測電路306、直流-直流轉換電路304、直流-交流轉換電路305、電力轉換控制電路307和紋波消除單元310。紋波消除單元310與直流-直流轉換電路304相耦合。在本實施例中，直流檢測電路303可以與太陽能板301相連接，用于檢測輸入的直流電信號；交流檢測電路306可以與交流電網302相連接，用于檢測輸出的交流電信號；直流-直流轉換電路304可以與直流檢測電路303相連接，用于對直流電信號進行升壓；直流-交流轉換電路305可以分別與直流-直流轉換電路304和交流檢測電路306相連接， 用于將直流電轉換成交流電；電力轉換控制電路307可以分別與直流檢測電路303、交流檢測電路306、直流-直流轉換電路304和直流-交流轉換電路305相連接，用于根據輸入的直流電壓和電流以及輸出的交流電壓和電流通過基準電流控制開關(未圖示)，使單相逆變器300產生與交流電壓同相位的輸出交流電；以及紋波消除單元310可以分別與直流檢測電路303、交流檢測電路306和直流-交流轉換電路305相連接，用于根據輸入的直流電信號和輸出的交流電信號消除單相逆變器300直流輸入端的紋波。其中，本實施例中的紋波消除單元310可以進一步分解為包括紋波控制器311、能量儲存單元313和能量儲存控制器312。其中紋波控制器311可以分別與直流檢測電路303 和交流檢測電路306相連接，用于根據輸入的直流電信號和輸出的交流電信號控制紋波消除單元310的工作模式充電模式和放電模式；能量儲存單元313可以與直流-直流轉換電路304相連接，用于儲存或者釋放直流輸入端的能量；以及能量儲存控制器312可以分別與紋波控制器311和能量儲存單元313相連接，用于根據紋波控制器311的指令，控制能量儲存單元313的開關，實行能量的儲存和釋放。紋波控制器311、能量儲存控制器312和電力轉換控制器307可以集成在同一電路里，例如以FPGA、CPU, MCU, DSP或者ASIC等形式實現。圖4為本實用新型一個實施例的消除直流輸入端紋波的單相反激逆變器的簡單電路結構示意圖。如圖所示，在該單相反激逆變器400中，能量儲存單元413為升壓-降壓雙向轉換器，其可以包括轉換器的副邊線圈Tr、電感Lr、儲能電容Cr、第一 MOS開關管Qrl、 第二 MOS開關管Qr2、第一二極管Drl (第一二極管Drl也可以就是第一 MOS開關管Qrl的體二極管)和第二二極管Dr2 (第二二極管Dr2也可以就是第二 MOS開關管Qr2的體二極管)。在本實施例中，副邊線圈Tr可以與轉換器的主邊線圈相耦合；電感Lr的第一端可以與副邊線圈Tr的第一端相連接，電感Lr的第二端可以通過第二 MOS開關管Qr2連接到電容Cr的第一端；電容Cr的第二端可以連接到副邊線圈Tr的第二端；第一 MOS開關管 Qrl跨接在電感Lr的第二端和副邊線圈Tr的第二端之間；第一 MOS開關管Qrl和第二 MOS 開關管Qr2分別通過能量儲存控制器412控制其開關，實行能量的儲存和釋放；第一二極管 Drl和第二二極管Dr2分別并聯在第一 MOS開關管Qrl和第二 MOS開關管Qr2兩端，第一二極管Drl的正極連接到副邊線圈Tr的第二端，第一二極管Drl的負極連接到電感Lr的第二端，第二二極管Dr2的正極連接到電感Lr的第二端，第二二極管Dr2的負極連接到電容 Cr的第一端。在圖4所示的單相反激逆變器400中，當第二 MOS開關管Qr2保持關閉，這個轉換器是由變壓器Tr到電容Cr的升壓器；當第一 MOS開關管Qrl保持關閉，這個轉換器是由電容Cr到變壓器Tr的降壓器。紋波消除單元內的儲能電容Cr與逆變器400的輸入端隔離，可以達到更高的電壓，從而對于相同的能量可以使用更小的電容。下面對本實用新型一個實施例的消除直流輸入端紋波的單相逆變器的工作原理作進一步地詳細介紹。對于平均輸出功率Po和交流頻率f，如果忽略轉換損耗，輸入功率由直流部分Pdc 和雙倍電網頻率的紋波組成。直流電源只提供直流部分Po，所以能量儲存單元需要提供雙頻部分Po C0S(2wt)。假設輸出功率為p。(t)，當p。(t) >Po時，能量儲存單元釋放能量給輸出；當P。(t) < Po時，能量儲存單元儲存直流電源來的多余的能量。紋波消除單元的充電模式p。(t) < Po，能量儲存單元儲存直流電源來的多余的能量Po-p。(t)。圖5為本實用新型一個實施例的消除直流輸入端紋波的單相反激逆變器中的紋波消除單元工作于充電模式時的簡單電路結構示意圖。如圖5所示，當第二 MOS開關管 Qr2關閉，能量儲存單元是一個由變壓器Tr的一個線圈到電容Cr的升壓電路。當主開關Q 導通，和第一MOS開關管Qrl關閉時，直流電源DC的能量儲存到主變壓器的原邊，同時電感 Lr內的電能通過第二二極管Dr2傳輸給電容Cr。當主開關Q關閉，和第一 MOS開關管Qrl 導通時，主變壓器里的電能同時傳輸給交流輸出和能量儲存單元內的電感Lr。主開關Q和第一 MOS開關管Qrl的驅動信號互補，都是工作在高頻，比如IOOkHz 1MHz。通過升壓電路，電容Cr上的電壓高于變壓器Tr的輸出，升壓的比例可通過第一 MOS開關管Qrl開關的占空比來控制。紋波消除單元的放電模式p。(t) > Po，能量儲存單元釋放儲存的電能，補充給輸出p。(t)-Po。圖6為本實用新型一個實施例的消除直流輸入端紋波的單相反激逆變器中的紋波消除單元工作于放電模式時的簡單電路結構示意圖。如圖6所示，當第一 MOS開關管 Qrl關閉，能量儲存單元是電容Cr到變壓器Tr的降壓電路。當主開關Q關閉，和第二 MOS 開關管Qr2導通時，電容Cr內的能量ft·傳輸給電感Lr，同時變壓器內的能量傳輸給輸出端。當主開關Q導通，和第二 MOS開關管Qr2關閉時，電感Lr中的能量ft·通過第一二極管 Drl傳輸給變壓器Tr。主開關Q和第一 MOS開關管Qrl的驅動信號互補，都是工作在高頻， 比如IOOkHz IMHz。通過降壓電路，電容Cr上的電壓高于變壓器Tr的輸出，降壓的比例可通過第二 MOS開關管Qr2開關的占空比來控制。圖7為本實用新型一個實施例的消除直流輸入端紋波的單相逆變器的一系列工作波形的簡單示意圖。如圖所示，從上往下依次為單相逆變器的輸出電壓和電流波形、功率波形、第一開關管Qrl的驅動信號、第二開關管Qr2的驅動信號和主開關Q的驅動信號。 其中主開關Q、第一開關管Qrl和第二開關管Qr2的開關控制如上描述。在本實施例中，控制能量儲存單元的工作模式的方式至少有如下三種一種為比較即時輸出功率p。(t)與平均輸出功率Po。交流檢測電路檢測輸出電壓
10和電流，計算即時輸出功率P。(t)和平均輸出功率Po。比較輸出功率P。(t)和平均輸出功率Po來控制工作模式。當p。(t) > Po時，為放電模式；當P。(t) < Po時，為充電模式。一種為比較即時輸入功率pin(t)與平均輸入功率Pdc。直流檢測電路檢測輸入電壓和電流，計算即時輸入功率Pin(t)和平均輸入功率Pdc。比較輸入功率Pin(t)和平均輸入功率Pdc來控制工作模式。當Pin(t) > Pdc時，為放電模式。當Pin(t) < Pdc時，為充電模式。另一種為使用交流過零點控制。交流檢測電路檢測電壓過零點，設為0相位，則 + η/4相位點為紋波消除模式的轉變點。如果在過零點電壓由負到正，紋波控制由充電模式變換為放電模式。如果在過零點電壓由正到負，紋波控制由放電模式變換為充電模式。具有消除直流輸入端紋波的單相逆變器的太陽能光伏發電系統的一個實施例在本實用新型一個實施例的太陽能光伏發電系統中，包括一個或者多個單相逆變器，該單相逆變器連接于太陽能板和電網之間。下面還是借助圖3至圖7對本實用新型的太陽能光伏系統，尤其是其中的單相逆變器作詳細描述。圖3為本實用新型一個實施例的消除直流輸入端紋波的單相逆變器的模塊結構示意圖。如圖所示，該單相逆變器300連接于太陽能板301和電網302之間。其中，單相逆變器300可以包括但不限于直流檢測電路303、交流檢測電路306、直流-直流轉換電路 304、直流-交流轉換電路305、電力轉換控制電路307和紋波消除單元310。紋波消除單元 310與直流-直流轉換電路304相耦合。在本實施例中，直流檢測電路303可以與太陽能板301相連接，用于檢測輸入的直流電信號；交流檢測電路306可以與交流電網302相連接，用于檢測輸出的交流電信號；直流-直流轉換電路304可以與直流檢測電路303相連接，用于對直流電信號進行升壓；直流-交流轉換電路305可以分別與直流-直流轉換電路304和交流檢測電路306相連接， 用于將直流電轉換成交流電；電力轉換控制電路307可以分別與直流檢測電路303、交流檢測電路306、直流-直流轉換電路304和直流-交流轉換電路305相連接，用于根據輸入的直流電壓和電流以及輸出的交流電壓和電流通過基準電流控制開關(未圖示)，使單相逆變器300產生與交流電壓同相位的輸出交流電；以及紋波消除單元310可以分別與直流檢測電路303、交流檢測電路306和直流-交流轉換電路305相連接，用于根據輸入的直流電信號和輸出的交流電信號消除單相逆變器300直流輸入端的紋波。其中，本實施例中的紋波消除單元310可以進一步分解為包括紋波控制器311、能量儲存單元313和能量儲存控制器312。其中紋波控制器311可以分別與直流檢測電路303 和交流檢測電路306相連接，用于根據輸入的直流電信號和輸出的交流電信號控制紋波消除單元310的工作模式充電模式和放電模式；能量儲存單元313可以與直流-直流轉換電路304相連接，用于儲存或者釋放直流輸入端的能量；以及能量儲存控制器312可以分別與紋波控制器311和能量儲存單元313相連接，用于根據紋波控制器311的指令，控制能量儲存單元313的開關，實行能量的儲存和釋放。紋波控制器311、能量儲存控制器312和電力轉換控制器307可以集成在同一電路里，例如以FPGA、CPU, MCU, DSP或者ASIC等形式實現。圖4為本實用新型一個實施例的消除直流輸入端紋波的單相反激逆變器的簡單電路結構示意圖。如圖所示，在該單相反激逆變器400中，能量儲存單元413為升壓-降壓雙向轉換器，其可以包括轉換器的副邊線圈Tr、電感Lr、儲能電容Cr、第一 MOS開關管Qrl、 第二 MOS開關管Qr2、第一二極管Drl (第一二極管Drl也可以就是第一 MOS開關管Qrl的體二極管)和第二二極管Dr2 (第二二極管Dr2也可以就是第二 MOS開關管Qr2的體二極管)。在本實施例中，副邊線圈Tr可以與轉換器的主邊線圈相耦合；電感Lr的第一端可以與副邊線圈Tr的第一端相連接，電感Lr的第二端可以通過第二 MOS開關管Qr2連接到電容Cr的第一端；電容Cr的第二端可以連接到副邊線圈Tr的第二端；第一 MOS開關管 Qrl跨接在電感Lr的第二端和副邊線圈Tr的第二端之間；第一 MOS開關管Qrl和第二 MOS 開關管Qr2分別通過能量儲存控制器412控制其開關，實行能量的儲存和釋放；第一二極管 Drl和第二二極管Dr2分別并聯在第一 MOS開關管Qrl和第二 MOS開關管Qr2兩端，第一二極管Drl的正極連接到副邊線圈Tr的第二端，第一二極管Drl的負極連接到電感Lr的第二端，第二二極管Dr2的正極連接到電感Lr的第二端，第二二極管Dr2的負極連接到電容 Cr的第一端。在圖4所示的單相反激逆變器400中，當第二 MOS開關管Qr2保持關閉，這個轉換器是由變壓器Tr到電容Cr的升壓器；當第一 MOS開關管Qrl保持關閉，這個轉換器是由電容Cr到變壓器Tr的降壓器。紋波消除單元內的儲能電容Cr與逆變器400的輸入端隔離，可以達到更高的電壓，從而對于相同的能量可以使用更小的電容。下面對本實用新型一個實施例的消除直流輸入端紋波的單相逆變器的工作原理作進一步地詳細介紹。對于平均輸出功率Po和交流頻率f，如果忽略轉換損耗，輸入功率由直流部分Pdc 和雙倍電網頻率的紋波組成。直流電源只提供直流部分Po，所以能量儲存單元需要提供雙頻部分Po C0S(2wt)。假設輸出功率為p。(t)，當p。(t) >Po時，能量儲存單元釋放能量給輸出；當P。(t) < Po時，能量儲存單元儲存直流電源來的多余的能量。紋波消除單元的充電模式p。(t) < Po，能量儲存單元儲存直流電源來的多余的能量Po-p。(t)。圖5為本實用新型一個實施例的消除直流輸入端紋波的單相反激逆變器中的紋波消除單元工作于充電模式時的簡單電路結構示意圖。如圖5所示，當第二 MOS開關管 Qr2關閉，能量儲存單元是一個由變壓器Tr的一個線圈到電容Cr的升壓電路。當主開關Q 導通，和第一MOS開關管Qrl關閉時，直流電源DC的能量儲存到主變壓器的原邊，同時電感 Lr內的電能通過第二二極管Dr2傳輸給電容Cr。當主開關Q關閉，和第一 MOS開關管Qrl 導通時，主變壓器里的電能同時傳輸給交流輸出和能量儲存單元內的電感Lr。主開關Q和第一 MOS開關管Qrl的驅動信號互補，都是工作在高頻，比如IOOkHz 1MHz。通過升壓電路，電容Cr上的電壓高于變壓器Tr的輸出，升壓的比例可通過第一 MOS開關管Qrl開關的占空比來控制。紋波消除單元的放電模式p。(t) > Po，能量儲存單元釋放儲存的電能，補充給輸出p。(t)-Po。圖6為本實用新型一個實施例的消除直流輸入端紋波的單相反激逆變器中的紋波消除單元工作于放電模式時的簡單電路結構示意圖。如圖6所示，當第一 MOS開關管 Qrl關閉，能量儲存單元是電容Cr到變壓器Tr的降壓電路。當主開關Q關閉，和第二 MOS 開關管Qr2導通時，電容Cr內的能量ft·傳輸給電感Lr，同時變壓器內的能量傳輸給輸出端。當主開關Q導通，和第二 MOS開關管Qr2關閉時，電感Lr中的能量ft·通過第一二極管 Drl傳輸給變壓器Tr。主開關Q和第一 MOS開關管Qrl的驅動信號互補，都是工作在高頻， 比如IOOkHz IMHz。通過降壓電路，電容Cr上的電壓高于變壓器Tr的輸出，降壓的比例可通過第二 MOS開關管Qr2開關的占空比來控制。圖7為本實用新型一個實施例的消除直流輸入端紋波的單相逆變器的一系列工作波形的簡單示意圖。如圖所示，從上往下依次為單相逆變器的輸出電壓和電流波形、功率波形、第一開關管Qrl的驅動信號、第二開關管Qr2的驅動信號和主開關Q的驅動信號。 其中主開關Q、第一開關管Qrl和第二開關管Qr2的開關控制如上描述。在本實施例中，控制能量儲存單元的工作模式的方式至少有如下三種一種為比較即時輸出功率p。(t)與平均輸出功率Po。交流檢測電路檢測輸出電壓和電流，計算即時輸出功率P。(t)和平均輸出功率Po。比較輸出功率p。(t)和平均輸出功率Po來控制工作模式。當p。(t) > Po時，為放電模式；當P。(t) < Po時，為充電模式。一種為比較即時輸入功率pin(t)與平均輸入功率Pdc。直流檢測電路檢測輸入電壓和電流，計算即時輸入功率Pin(t)和平均輸入功率Pdc。比較輸入功率Pin(t)和平均輸入功率Pdc來控制工作模式。當Pin(t) > Pdc時，為放電模式。當Pin(t) < Pdc時，為充電模式。另一種為使用交流過零點控制。交流檢測電路檢測電壓過零點，設為0相位，則 + η/4相位點為紋波消除模式的轉變點。如果在過零點電壓由負到正，紋波控制由充電模式變換為放電模式。如果在過零點電壓由正到負，紋波控制由放電模式變換為充電模式。本實用新型的單相逆變器增加了紋波消除單元，通過檢測紋波功率，控制能量儲存單元里轉換電路的工作模式。當輸入直流功率高于輸出功率時，為充電模式，能量儲存單元儲存能量。當輸入直流功率低于輸出功率時，為放電模式，能量儲存單元釋放能量補充給輸出端。通過控制紋波消除單元內轉換電路的開關，電容上的電壓隨能量波形變化，其上的電壓和儲存的能量決定電容值，電容的能量可以被控制為等同于雙頻紋波功率，實現充放電，從而消除單相逆變器直流側輸入端的雙頻紋波。本實用新型雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本實用新型，任何本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和修改。因此，凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本實用新型權利要求所界定的保護范圍之內。
權利要求1.一種消除直流輸入端紋波的單相逆變器，連接于直流輸入和交流輸出之間，其特征在于，包括直流檢測電路，與所述直流輸入相連接，檢測輸入的直流電信號； 交流檢測電路，與所述交流輸出相連接，檢測輸出的交流電信號； 直流-直流轉換電路，與所述直流檢測電路相連接，對所述直流電信號進行升壓； 直流-交流轉換電路，分別與直流-直流轉換電路和交流檢測電路相連接，將所述直流電轉換成所述交流電；電力轉換控制電路，分別與所述直流檢測電路、所述交流檢測電路、所述直流-直流轉換電路和所述直流-交流轉換電路相連接，根據輸入的直流電壓和電流以及輸出的交流電壓和電流通過基準電流控制開關，使所述單相逆變器產生與所述交流電壓同相位的輸出交流電；以及紋波消除單元，分別與所述直流檢測電路、所述交流檢測電路和所述直流-交流轉換電路相連接，根據輸入的直流電信號和輸出的交流電信號消除所述單相逆變器直流輸入端的紋波；其中，所述紋波消除單元包括紋波控制器，分別與所述直流檢測電路和所述交流檢測電路相連接，根據輸入的直流電信號和輸出的交流電信號控制所述紋波消除單元的工作模式；能量儲存單元，與所述直流-直流轉換電路相連接，儲存或者釋放所述直流輸入端的能量；以及能量儲存控制器，分別與所述紋波控制器和所述能量儲存單元相連接，根據所述紋波控制器的指令，控制所述能量儲存單元的開關，實行所述能量的儲存和釋放。
2.根據權利要求1所述的單相逆變器，其特征在于，所述能量儲存單元為升壓-降壓雙向轉換器。
3.根據權利要求2所述的單相逆變器，其特征在于，所述能量儲存單元包括所述轉換器的副邊線圈、電感、電容、第一開關管、第二開關管、第一二極管和第二二極管，其中所述副邊線圈與所述轉換器的主邊線圈相耦合；所述電感的第一端與所述副邊線圈的第一端相連接，所述電感的第二端通過所述第二開關管連接到所述電容的第一端；所述電容的第二端連接到所述副邊線圈的第二端； 所述第一開關管跨接在所述電感的第二端和所述副邊線圈的第二端之間； 所述第一開關管和所述第二開關管分別通過所述能量儲存控制器控制其開關，實行所述能量的儲存和釋放；所述第一二極管和所述第二二極管分別并聯在所述第一開關管和所述第二開關管兩端，所述第一二極管的正極連接到所述副邊線圈的第二端，所述第一二極管的負極連接到所述電感的第二端，所述第二二極管的正極連接到所述電感的第二端，所述第二二極管的負極連接到所述電容的第一端。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的單相逆變器，其特征在于，所述紋波消除單元的工作模式包括充電模式和放電模式。
5.根據權利要求1至3中任一項所述的單相逆變器，其特征在于，所述紋波控制器、所述能量儲存控制器和所述電力轉換控制器集成在同一電路里。
6.根據權利要求5所述的單相逆變器，其特征在于，所述紋波控制器、所述能量儲存控制器和所述電力轉換控制器以FPGA、CPU、MCU、DSP或者ASIC實現。
7.一種太陽能光伏發電系統，包括一個或者多個單相逆變器，所述單相逆變器連接于太陽能板和電網之間，其特征在于，所述單相逆變器包括直流檢測電路，與所述太陽能板相連接，檢測輸入的直流電信號； 交流檢測電路，與所述電網相連接，檢測輸出的交流電信號； 直流-直流轉換電路，與所述直流檢測電路相連接，對所述直流電信號進行升壓； 直流-交流轉換電路，分別與直流-直流轉換電路和交流檢測電路相連接，將所述直流電轉換成所述交流電；電力轉換控制電路，分別與所述直流檢測電路、所述交流檢測電路、所述直流-直流轉換電路和所述直流-交流轉換電路相連接，根據輸入的直流電壓和電流以及輸出的交流電壓和電流通過基準電流控制開關，使所述單相逆變器產生與所述交流電壓同相位的輸出交流電；以及紋波消除單元，分別與所述直流檢測電路、所述交流檢測電路和所述直流-交流轉換電路相連接，根據輸入的直流電信號和輸出的交流電信號消除所述單相逆變器直流輸入端的紋波；其中，所述紋波消除單元包括紋波控制器，分別與所述直流檢測電路和所述交流檢測電路相連接，根據輸入的直流電信號和輸出的交流電信號控制所述紋波消除單元的工作模式；能量儲存單元，與所述直流-直流轉換電路相連接，儲存或者釋放所述直流輸入端的能量；以及能量儲存控制器，分別與所述紋波控制器和所述能量儲存單元相連接，根據所述紋波控制器的指令，控制所述能量儲存單元的開關，實行所述能量的儲存和釋放。
8.根據權利要求7所述的太陽能光伏發電系統，其特征在于，所述能量儲存單元為升壓-降壓雙向轉換器。
9.根據權利要求8所述的太陽能光伏發電系統，其特征在于，所述能量儲存單元包括所述轉換器的副邊線圈、電感、電容、第一開關管、第二開關管、第一二極管和第二二極管， 其中所述副邊線圈與所述轉換器的主邊線圈相耦合；所述電感的第一端與所述副邊線圈的第一端相連接，所述電感的第二端通過所述第二開關管連接到所述電容的第一端；所述電容的第二端連接到所述副邊線圈的第二端； 所述第一開關管跨接在所述電感的第二端和所述副邊線圈的第二端之間； 所述第一開關管和所述第二開關管分別通過所述能量儲存控制器控制其開關，實行所述能量的儲存和釋放；所述第一二極管和所述第二二極管分別并聯在所述第一開關管和所述第二開關管兩端，所述第一二極管的正極連接到所述副邊線圈的第二端，所述第一二極管的負極連接到所述電感的第二端，所述第二二極管的正極連接到所述電感的第二端，所述第二二極管的負極連接到所述電容的第一端。
10.根據權利要求7至9中任一項所述的太陽能光伏發電系統，其特征在于，所述紋波消除單元的工作模式包括充電模式和放電模式。
11.根據權利要求7至9中任一項所述的太陽能光伏發電系統，其特征在于，所述紋波控制器、所述能量儲存控制器和所述電力轉換控制器集成在同一電路里。
12.根據權利要求11所述的太陽能光伏發電系統，其特征在于，所述紋波控制器、所述能量儲存控制器和所述電力轉換控制器以FPGA、CPU、MCU、DSP或者ASIC實現。
專利摘要本實用新型提供一種消除直流輸入端紋波的單相逆變器，連于直流輸入和交流輸出間，包括直流檢測電路；交流檢測電路；直流-直流轉換電路；直流-交流轉換電路；電力轉換控制電路；紋波消除單元，根據輸入直流電信號和輸出交流電信號消除直流輸入端的紋波；紋波消除單元包括紋波控制器，根據輸入直流電信號和輸出交流電信號控制紋波消除單元的工作模式；能量儲存單元，儲存或釋放直流輸入端的能量；能量儲存控制器，控制能量儲存單元的開關。本實用新型還提供一種太陽能光伏發電系統。本實用新型用紋波消除單元檢測紋波功率，控制轉換電路的工作模式，電容上的電壓隨能量波形變化，可被控制為等于紋波功率，實現充放電，消除直流輸入端的紋波。
文檔編號H02M7/42GK202121514SQ20112023488
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月5日 優先權日2011年7月5日
發明者羅宇浩 申請人:浙江昱能光伏科技集成有限公司