專利名稱：一種光伏或風能信號源式純正弦波并網(wǎng)逆變器的制作方法
技術領域：
光伏或風能電力并網(wǎng)設備 背景技術目前的并網(wǎng)逆變器多采用脈寬PWM調制，產生的波形為仿真波形，“毛刺”較多，諧 波較多，并網(wǎng)時多引起電網(wǎng)電能質量下降，給電網(wǎng)造成污染，目前還沒有一款純正弦波的沒 有毛刺的并確保輸出電流相位相同的并網(wǎng)逆變器。
發(fā)明內容一種光伏或風能信號源式純正弦波并網(wǎng)逆變器屬于高能效直流變交流并網(wǎng)電力 設備，主要解決目前并網(wǎng)逆變器由于采取pwm脈寬數(shù)字調制產生的仿真波形毛刺較多并引 起電網(wǎng)諧波增多導致電網(wǎng)電能質量下降的問題。方法是從電網(wǎng)或者同步交流發(fā)電機或者 50赫茲震蕩諧振電路獲取交流信號，經(jīng)濾波、分壓或降壓、分流或降流以后作為信號源通過 驅動電路加在三極管的基極或場效應管的柵極上，通過推挽式或者全橋式電路控制三極管 集電極或者場效應管漏極的交流輸出，并通過倒相裝置改變電流相位使與電網(wǎng)同相，改變 電壓，使輸出電壓大于等于電網(wǎng)的電壓，或者電池直流電經(jīng)過高頻升壓電路升壓變成高壓 直流電之后再經(jīng)場效應管的橋式電路轉變成稍大于大于電網(wǎng)的交流電，輸出的相位相同的 交流電經(jīng)匯集后并入電網(wǎng)。由于采用與電網(wǎng)同步的正弦波信號作為三極管或場效應管放大 的基礎信號，其放大后的波形仍為純正弦波，不會對電網(wǎng)產生諧波污染，能夠大幅度提高并 網(wǎng)電能質量，且成本較低、電路簡單，易于生產轉化。
圖1是普通的推挽式逆變器電路原理框圖。圖2是修改后的推挽式逆變器電路原理框圖。圖3是普通的全橋式逆變器電路原理框圖。圖4是修改后的全橋式逆變器電路原理框圖。圖5是現(xiàn)行常用的高頻升壓式逆變器電路原理框圖。圖6是修改后的高頻升壓式逆變器電路原理框圖。圖7是從電網(wǎng)獲取同步交流信號的結構簡易圖。其中⑴為限流電阻(2)為分壓 電阻(3)為倒相器。
具體實施方式
要做到并網(wǎng)必須使輸出的電流與電網(wǎng)“同步”，即頻率相同、電壓相同或者稍高一 點，相位相同，與電網(wǎng)的主流電純正弦波相匹配。較好的并網(wǎng)設備不產生諧波，波形中沒有 毛刺或具有極少毛刺。三極管或場效應管對交流信號有放大作用，根據(jù)能量守恒定律，能量不可能憑空產生，也不能無緣無故的消失。三極管的“放大作用，，其實就是消耗了電源的直流電能，放 大了交流功率，就是把直流電轉變成了 “交流電”，所以簡單說，三極管或者類似功能的場效 應管就是一臺“逆變器”，不過放大作用是根據(jù)基極的“交流信號”作為變化依據(jù)的，交流信 號的頻率、電流強度大小決定集電極電流的輸出頻率和強度大小。傳統(tǒng)的逆變器都是由“波形產生電路”產生一個“交流信號”，然后通過三極管或場 效應管進生“功率放大”實現(xiàn)直流向交流的“逆變”。比如方波逆變器也是首先產生一個“方 波”脈沖信號，再把“方波”進行功率放大。這樣在傳統(tǒng)的各種逆變器中，不論方波的，還是 修正波的，還是仿真波的，都是有一個“波形產生電路”。這個波形產生電路的“波形”實際 上決定集電極的輸出“波形”。所以只要在這個“波形產生電路”里能夠提供純正的正弦波 形，輸出的交流電就是“純正正弦波的”。但我們的傳統(tǒng)企業(yè)在這里走了很多彎路，首先是 “方波”產生，然后是三角形波，然后是修正波，然后是仿真波，還有PWM波等，但很少見用這 個“波形產生電路”直接產生純正弦波。比如離網(wǎng)的逆變器完全可以用震蕩電路產生一個 50赫茲的交流信號。再用驅動電路加在基極上，就可以實現(xiàn)純正弦波離網(wǎng)逆變器。同理，可以從電網(wǎng)或者同步交流發(fā)電機或者是50赫茲震蕩電路獲取交流信號，這 個交流信號可以看作是由“波形產生電路”產生，這個交流信號經(jīng)過濾波、分壓或降壓、分流 或降流以后作為信號源直接加在三極管或場效應管的基極，通過兩只三極管對交流信號正 負半周的選擇性放大，形成集電極或者場效應管漏極的交流輸出。對此，傳統(tǒng)逆變器電路有兩只管的推挽電路(如圖1)，四只管的全橋式電路(如圖 3)，都是考慮對交流信號實行正負半周波形的完全放大?？紤]到高頻升壓的高效率，才有6 只管的高頻升壓電路(如圖5)，其中前邊兩只管用于高頻升壓，后邊四只管用于橋式電路 轉換。但是對于并網(wǎng)交流電，必須做到相位一致。相位差的存在會導致電能質量下降或 者相互損耗。比如相位差相差180度時就會相互抵消能量，能量小的一部分就會完全被抵 消掉，所以對于并網(wǎng)來講，相位一致沒有相位角的存在對并網(wǎng)要求至關重要。但是某些設備具有倒相作用。比如三極管基極和集電極的交流信號相位相差 180度即反相或倒相。電感元件根據(jù)接入方式不同可能倒相可能有相位差。經(jīng)過電容的交 流電倒相。所以同是并網(wǎng)逆變器，根據(jù)接入方式不同，在并網(wǎng)時就可能犯下相位相反的錯誤。 因此并網(wǎng)逆變器的相位調節(jié)在實際應用中是一個關鍵的技術環(huán)節(jié)。在從電網(wǎng)獲取交流信號的同時，可以獲取同相位的交流信號，也可以經(jīng)過倒相裝 置使其倒相，經(jīng)過三極管或場效應管功率放大后又一次倒相，就成了與電網(wǎng)相位相同的交 流電。因此并網(wǎng)逆變器輸出可以分為與電網(wǎng)同相或者反相的交流輸出，不同的相位并網(wǎng)方 式不一樣，同相的可以直接用開關鍵比如插頭接入電網(wǎng)，反相的需經(jīng)過電感或者電容接入， 或者通過反相的變壓器接入。由于目前電網(wǎng)諧波逐年增多，電壓突變，獲取的交流信號可能不是很穩(wěn)定，所以發(fā) 電廠可以通過小型同步發(fā)電機或者通過與電網(wǎng)同步諧振電路獲取穩(wěn)定的正弦波交流信號， 也可以將電網(wǎng)內的交流信號儲存，電網(wǎng)的交流信號與電網(wǎng)同步，由此信號為作為純正弦波 形產生的交流電不會對電網(wǎng)產生諧波污染，能夠維持并能提高電網(wǎng)電能質量。下邊根據(jù)附圖作以下簡要說明[0022]逆變器的電路基本上分別為推挽式逆變器電路(如圖1)、全橋式逆變器電路(如 圖3)、高頻升壓式逆變器電路(如圖5)，針對這三種電路都可以通過修改作為并網(wǎng)逆變器 使用。修改方式如圖2圖4圖6所示，都是把原來(圖1、圖3、圖5)中的“波形產生電路” 更換為從電網(wǎng)獲取的50赫茲交流同步信號或者反相(倒相)信號。根據(jù)電路的輸出改變 信號的同相或者反相，目的是并網(wǎng)時得到與電網(wǎng)同相的交流電。由于圖2和圖4都通過“變 壓器”并入電網(wǎng)，所以經(jīng)過場效應管反相的交流電經(jīng)過線圈升壓后又一次反相恰好與電網(wǎng) 同步，因此在信號的提取過程中不需要做“倒相”處理。但圖6中并網(wǎng)方式由于經(jīng)過高頻升 壓，并網(wǎng)交流電可以直接嫁接到電網(wǎng)，這就需要在信號輸入時做反相處理或者在輸出時做 交流信號的倒相處理。所以在圖7的交流信號獲取簡易電路中有一個電容圖7中的倒相器 (3)作為倒相的電子元件。這種倒相方式好比是濾波，其實主要功能是倒相。輸出電流相位與電網(wǎng)相同的逆變器稱為“同相位逆變器”，倒相的稱為“反相位逆 變器”，兩種逆變器并網(wǎng)時并網(wǎng)介入法有根本不同。在以上圖1至圖6中，圖1和圖2比較，圖3和圖4比較，圖5和圖6比較。圖7 是從電網(wǎng)獲取交流倒相信號的簡易圖。在圖7中，限流電阻(1)的作用是提高電路的整體 電阻，其電阻較大，根據(jù)功率消耗可以使其功率消耗低于1瓦以下。分壓電阻(2)的作用是 讓分壓電阻得到較小的電壓，供電路選擇使用。倒相器⑶在這里是電容器，起倒相作用。
權利要求一種光伏或風能信號源式純正弦波并網(wǎng)逆變器，其特征是從電網(wǎng)或者同步交流發(fā)電機或者50赫茲震蕩諧振電路獲取交流信號，經(jīng)濾波、分壓或降壓、分流或降流以后作為信號源通過驅動電路加在三極管或場效應管的基極，通過推挽式或者全橋式電路控制三極管集電極或者場效應管漏極的交流輸出，并通過倒相裝置改變電流相位使與電網(wǎng)同相，改變電壓，使輸出電壓大于等于電網(wǎng)的電壓，或者經(jīng)過高頻升壓電路再經(jīng)橋式電路產生大于電網(wǎng)的交流電，輸出的同步交流電經(jīng)匯集后并入電網(wǎng)。
2.根據(jù)根據(jù)權利要求1所述的一種光伏或風能信號源式純正弦波并網(wǎng)逆變器，其特征 是從電網(wǎng)獲取同相或者反相的交流信號，輸出的交流電與電網(wǎng)同相或者反相，同相電流直 接并網(wǎng)，反相電流倒相后并入電網(wǎng)。
3.根據(jù)根據(jù)權利要求1利權利要求2所述的一種光伏或風能信號源式純正弦波并網(wǎng)逆 變器，其特征是倒相裝置為一電容器，可以加在輸入信號前面也可以加在輸出電路的后邊， 形成與電網(wǎng)同相和反相的兩種并網(wǎng)逆變器。
專利摘要一種光伏或風能信號源式純正弦波并網(wǎng)逆變器屬于高能效直流變交流并網(wǎng)電力設備，主要解決目前并網(wǎng)逆變器由于采取pwm脈寬數(shù)字調制產生的仿真波形毛刺較多并引起電網(wǎng)諧波增多導致電網(wǎng)電能質量下降的問題。主要通過三極管或場效應管對交流信號的放大作用，從電網(wǎng)或者同步交流發(fā)電機或者50Hz震蕩電路獲取交流信號，經(jīng)濾波、分壓或降壓、分流或降流以后作為信號源通過驅動電路直接加在三極管或場效應管的基極，控制三極管集電極或者場效應管漏極的交流輸出，并通過倒相裝置改變電流相位使與電網(wǎng)同相，改變電壓，使輸出電壓大于等于電網(wǎng)的電壓，輸出的同步交流電經(jīng)匯集后并入電網(wǎng)。由于采用與電網(wǎng)同步的正弦波信號作為三極管或場效應管放大的基礎信號，其波形為純正弦波，不會對電網(wǎng)產生諧波污染，能夠大幅度提高并網(wǎng)電能質量，且成本較低、電路簡單，易于生產轉化。
文檔編號H02M7/538GK201766519SQ20102028093
公開日2011年3月16日 申請日期2010年7月27日 優(yōu)先權日2010年7月27日
發(fā)明者馮益安 申請人:馮益安