光伏逆变器及光伏系统的制作方法

1.本技术涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种光伏逆变器及光伏系统。


背景技术：

2.微型逆变器，一般指的是光伏发电系统中的功率小于或等于2000瓦的逆变器，全称是微型光伏并网逆变器。微型逆变器作为组件级控制逆变器，提升了光伏组件功率失配、阴影等情况下系统的发电效率，且同时兼具安全、高可靠性、能实现组件级的监控等优势，在户用型的光伏并网系统中得到了广泛的应用。
3.现有的微型逆变器一般采用单个控制单元来同时控制光伏发电侧和交流并网侧两个互相隔离的模块功能，增加了单个控制单元内部的数字信息计算处理难度，不利于进一步将其他功能集成到控制单元，进而实现外围器件简化和降低成本；另外，由于安规绝缘的要求，且光伏发电侧和交流并网侧之间存在爬电距离和大耐压(光伏发电侧和交流并网侧不共地)，因而有进行区域隔离的设计需要，需要使用隔离器件实现交流并网侧的驱动、检测等功能，而隔离驱动、隔离检测器件的使用增加了系统噪声和功耗，增加了设计成本和印刷电路板(printed circuit board，pcb)布局的难度。


技术实现要素：

4.本技术提供一种光伏逆变器及光伏系统，以降低对单个控制单元的信息处理能力的要求，且避免使用隔离驱动、隔离检测电路，降低产品成本。
5.第一方面，提供了一种光伏逆变器，所述光伏逆变器连接光伏组件，所述光伏逆变器包括与所述光伏组件连接的光伏侧电路、变压器、以及通过所述变压器与所述光伏侧电路耦合的交流侧电路；所述光伏侧电路包括直流转换开关模块、以及与所述直流转换开关模块连接的第一控制模块，所述第一控制模块包括第一控制单元，所述第一控制单元用于控制所述直流转换开关模块将所述光伏组件输出的第一直流电进行交变处理；以及所述交流侧电路包括逆变模块、以及与所述逆变模块连接的第二控制模块，所述第二控制模块包括第二控制单元，所述第二控制单元用于控制所述逆变模块对第二直流电进行逆变处理。
6.在该方面中，通过采用双控制模块分别对直流转换开关模块、逆变模块进行控制，降低了对单控制模块的信息处理能力的要求，简化了控制算法，缩短了软件开发周期；且可以避免使用隔离驱动、隔离检测电路，改善了使用隔离器件带来pcb布局难度大、噪声和功耗多的影响，且降低了产品成本。该光伏逆变器适用性广，可以应用于任何微型逆变器两级拓扑当中。
7.在一种可能的实现中，所述光伏逆变器还包括分别与所述第一控制模块和所述第二控制模块连接的通信电路，所述第一控制模块和所述第二控制模块通过所述通信电路进行通信。
8.在该实现中，第一控制模块和第二控制模块通过通信电路进行通信，进行信息交互，包括光伏组件的实时状态、保护信号等信息用于协调系统整体控制，包括mppt功能、保
护功能等。其中，通信方式包括串行方式、并行方式等。电路具体实现方式包括rs485总线、隔离光耦等。
9.在另一种可能的实现中，当流经逆变模块的电流大于第一设定电流值，或者，当逆变模块直流输入端的电压高于设定第一电压值，或者，当逆变模块交流输出端的电流大于第二设定电流值，或者，当逆变模块交流输出端的电压高于第二设定电压值时，第二控制模块通过通信电路向第一控制模块上报保护信号，第一控制模块用于关断直流转换开关模块中所有开关。
10.在该实现中，当交流侧电路发生火灾、出现过流、过压等故障、或者需要进行定期维修等情况时，需要断开整个系统，第二控制模块可以获取上述情况，生成保护信号，并通过通信电路将保护信号发送给第一控制模块。第一控制模块可以控制直流转换开关模块停止工作，以使得整个系统没有新的能量输入，保护整个系统的安全。
11.在又一种可能的实现中，第二控制模块和第一控制模块通过通信电路交互的信息包括光伏组件的实时状态。具体地，第一控制模块将光伏组件的输出电流信号以及输出电压信号通过通信电路上报至第二控制模块，第二控制模块根据光伏组件的输出电流信号以及输出电压信号调整逆变模块的并网功率，以提高并网的安全性。与此同时，第一控制模块通过通信电路向第二控制模块上报光伏组件的实时状态还可以方便用户实时监测光伏组件。其中，光伏组件的监控信息包括：光伏组件的发电量、健康状态以及故障光伏组件的位置等。
12.在又一种可能的实现中，第二控制模块用于接收逆变模块直流输入端的电压信号，并通过通信电路将逆变模块直流输入端的电压信号上报至第一控制模块，第一控制模块根据逆变模块直流输入端的电压信号调整直流转换开关模块的驱动信号，以调整直流转换开关模块输出交流电的频率和幅值，进而提高能量转换以及能量传输的效率。其中，驱动信号包括以下至少一个：频率、占空比、死区以及移相角等。
13.在又一种可能的实现中，所述第一控制模块还包括第一驱动单元，所述第一驱动单元用于将所述第一控制单元的控制信号转换驱动发波，驱动所述直流转换开关模块内的开关器件通断。
14.在该实现中，由于采用双控制模块分别对直流转换开关模块、逆变模块进行控制，降低了对单控制模块的信息处理能力的要求，因此，第一控制模块和第二控制模块有空间可以进一步集成更多的功能，例如驱动功能。
15.在又一种可能的实现中，所述第一控制模块还包括第一检测单元，所述第一检测单元用于检测所述直流转换开关模块内的输入直流电压和电流信息，并输出给所述第一控制单元。
16.在该实现中，由于采用双控制模块分别对直流转换开关模块、逆变模块进行控制，降低了对单控制模块的信息处理能力的要求，因此，第一控制模块和第二控制模块有空间可以进一步集成更多的功能，例如检测功能。
17.在又一种可能的实现中，所述第二控制模块还包括第二驱动单元，所述第二驱动单元用于将所述第二控制单元的控制信号转换驱动发波，驱动所述逆变模块内的开关器件通断。
18.在该实现中，由于采用双控制模块分别对直流转换开关模块、逆变模块进行控制，
降低了对单控制模块的信息处理能力的要求，因此，第一控制模块和第二控制模块有空间可以进一步集成更多的功能，例如驱动功能。
19.在又一种可能的实现中，所述第二控制模块还包括第二检测单元，所述第二检测单元用于检测所述逆变模块的输出交流电压和电流信息，并输出给所述第二控制单元。
20.在该实现中，由于采用双控制模块分别对直流转换开关模块、逆变模块进行控制，降低了对单控制模块的信息处理能力的要求，因此，第一控制模块和第二控制模块有空间可以进一步集成更多的功能，例如检测功能。
21.在又一种可能的实现中，所述交流侧电路还包括与所述变压器和所述逆变模块分别连接的整流模块；所述整流模块用于对经过所述变压器隔离升压后的交变电进行整流，将所述交变电转换为所述第二直流电。
22.在又一种可能的实现中，所述交流侧电路还包括与所述逆变模块连接的交流侧模块；所述交流侧模块用于将经所述逆变模块输出的交流电并入交流电网，和/或输出至负载。
23.在又一种可能的实现中，所述第一控制模块、所述第二控制模块为以下任意一种：电路集成模块、芯片级微控制单元、数字信号处理器。
24.在又一种可能的实现中，所述直流转换开关模块包括分别与所述光伏组件和所述变压器的初级侧连接的第一h桥逆变电路、以及与所述变压器的次级侧连接的lc谐振拓扑电路；所述第一h桥逆变电路包括第一开关管g11、第二开关管g12、第三开关管g13和第四开关管g14，所述第一开关管g11和所述第二开关管g12构成左半桥臂且驱动互补，所述第三开关管g13和所述第四开关管g14构成右半桥臂且驱动互补；所述第一控制模块用于控制所述第一开关管g11、所述第二开关管g12、所述第三开关管g13和所述第四开关管g14进行相同频率的脉冲宽度调制pwm驱动。
25.在又一种可能的实现中，lc谐振拓扑电路用于对经过所述变压器升压的交流电压进行lc谐振处理。
26.在该实现中，该lc谐振拓扑电路可以实现软开关和调节系统增益。
27.在又一种可能的实现中，所述lc谐振拓扑电路包括第一谐振电感l1、第一谐振电容c1、第二谐振电容c2；所述第一谐振电感l1的第一端连接所述变压器的次级侧，所述第一谐振电容c1的第一端和所述第二谐振电容c2的第一端互相连接，所述第一谐振电感l1的第二端、所述第一谐振电容c1的第二端和所述第二谐振电容c2的第二端连接所述整流模块。
28.在又一种可能的实现中，所述整流模块包括第一整流二极管d1、第一滤波电容c3和第二整流二极管d2，第一整流二极管d1的阳极、第二整流二极管d2的阴极与第一谐振电感l1的第二端连接；第一整流二极管d1的阴极与所述第一谐振电容c1的第二端、第一滤波电容c3的第一端连接，第二整流二极管d2的阳极与所述第二谐振电容c2的第二端、所述第一滤波电容c3的第二端连接；第一整流二极管d1、第一滤波电容c3和第二整流二极管d2构成半桥整流滤波电路。
29.在又一种可能的实现中，所述逆变模块包括第二h桥逆变电路；所述第二h桥逆变电路包括第五开关管g21、第六开关管g22、第七开关管g23和第八开关管g24，所述第五开关管g21和所述第六开关管g22构成左半桥臂，所述第七开关管g23和所述第八开关管g24构成右半桥臂；所述第二控制模块用于控制所述第五开关管g21、所述第六开关管g22、所述第七
开关管g23和所述第八开关管g24进行pwm驱动，以控制所述第五开关管g21、所述第六开关管g22、所述第七开关管g23和所述第八开关管g24的通断，实现对所述第二直流电进行逆变处理。
30.在又一种可能的实现中，所述光伏侧电路还包括与所述光伏组件连接的辅源模块，所述辅源模块用于给所述第一控制模块和所述第二控制模块供电。
31.在该实现中，辅源模块用于从光伏直流侧输入端取电，并转换成两路隔离电源，分别用于给第一控制模块和第二控制模块供电。辅源模块位于光伏侧，其电路形式包括反激电路、同步降压转换器(flybuck)、返驰式(flyback)电路、电荷泵取电电路等。
32.第二方面，提供了一种光伏系统，包括光伏组件、如第一方面或第一方面的任意一种实现所述的光伏逆变器、交流电网和/或负载；所述光伏逆变器用于将所述光伏组件输出的直流电转换为交流电，输出给所述交流电网和/或所述负载。
33.在该方面中，该光伏系统中的光伏逆变器通过采用双控制模块分别对直流转换开关模块、逆变模块进行控制，降低了对单控制模块的信息处理能力的要求，且可以避免使用隔离驱动、隔离检测电路，降低了产品成本，降低了整个光伏系统的复杂度和成本；
34.由于采用双控制模块分别对直流转换开关模块、逆变模块进行控制，降低了对单控制模块的信息处理能力的要求，因此，第一控制模块和第二控制模块有空间可以进一步集成更多的功能，例如驱动、检测功能，可以简化电路设计。
附图说明
35.图1为本技术实施例提供的光伏系统的应用场景示意图；
36.图2为本技术实施例提供的一种太阳能微型逆变器的结构框图；
37.图3为本技术实施例提供的另一种太阳能微型逆变器的结构框图；
38.图4为本技术实施例示例的一种太阳能微型逆变器的电路图。
具体实施方式
39.下面结合本技术实施例中的附图对本技术实施例进行描述。
40.太阳能是大自然赐予的一种取之不尽、用之不竭、无污染的绿色能源，换句话说，太阳能是一种干净的可再生的新能源，在人们生活、工作中有广泛的作用，其中之一就是将太阳能转换为电能。太阳能发电可分为光热发电和光伏发电，本技术实施例涉及基于太阳能光伏发电的光伏系统。太阳能光伏发电，具有无噪声、无污染、可靠性高等特点，在偏远地区的通信供电系统中有极好的应用前景。
41.请参见图1，图1为本技术实施例提供的光伏系统的应用场景示意图。在本技术实施例提供的光伏系统100中，可以包括一块或者多块光伏组件101。示例性地，这里的光伏组件可以为太阳能电池板。该光伏系统100还包括微型逆变器102、交流电网103和负载104。其中，交流电网103通过配电箱105连接至微型逆变器102和负载104。光伏组件101可以将接收到的光能转换为直流电形式的电能传输给微型逆变器102，微型逆变器102可以将获取的直流电(direct current，dc)形式的电能转换为交流电(alternating current，ac)形式的电能，并将交流电形式的电能输出给交流电网103。交流电网103和微型逆变器102可以给负载104供电。此外，微型逆变器102还可以将供应给负载104之外的多余的能量储存到储能电池
中。
42.本技术实施例提供的光伏系统可适用于基站设备供电，或者家用设备(如冰箱、空调等等)供电等多种类型的用电设备的供电，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。本技术实施例提供的微型逆变器适用于上述光伏系统，可用于将光伏太阳能板等直流电源产生的直流电压转换为交流电，并向市电电网输出该交流电以供市电电网使用，具体可供市电电网中的基站设备或者家用设备等使用。本技术实施例提供的光伏系统可适配不同的应用场景，比如，太阳能供电场景和太阳能混合供电场景等，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。本技术以太阳能供电场景为例进行说明。
43.在当前的微型光伏逆变器产品应用中，主要是围绕着dc-ac功率拓扑(如反激、lc谐振拓扑等)，匹配以控制单元、辅助源电路、驱动电路、检测电路、通信电路、保护电路并结合相应控制算法，实现微型逆变器的高效并网输出，并实现最大功率点跟踪(maximum power point tracking，mppt)和快速组件级关断的能力。一般情况下，现有的微型逆变器系统一般采用单个控制单元来同时控制光伏发电侧和交流并网侧两个互相隔离的模块功能，增加了单个控制单元内部的数字信息计算处理难度，不利于进一步将其他功能集成到控制单元，进而实现外围器件简化和降低成本；另外，由于安规绝缘的要求，且光伏发电侧和交流并网侧之间存在爬电距离和大耐压(光伏发电侧和交流并网侧不共地)，因而有进行区域隔离的设计需要，需要使用隔离器件(作为一种中间器件)实现交流并网侧的驱动、检测等功能，而隔离驱动、隔离检测器件的使用增加了系统噪声和功耗，增加了设计成本和pcb布局的难度。
44.如图2所示，为本技术实施例提供的一种太阳能微型逆变器的结构框图，该微型逆变器包括直流转换开关模块、变压器、整流模块、逆变模块、控制单元、辅源、驱动、检测等模块。
45.其中，直流转换开关模块和变压器用于将光伏(photo voltaic，pv)板输出的直流电进行隔离交变升压转换为交流电；整流模块用于将接收到的隔离交流电进行整流直流输出；逆变模块用于将整流模块输出的直流进行逆变转换为交流输出，并与交流侧电路实现并网和供电；
46.其中，该微型逆变器包括1个控制单元，用于同时控制直流转换开关模块和逆变模块实现各自的功能，具体包括控制开关器件通断、检测电路关键信息、实现并网算法等；其中控制单元放置在pv侧；
47.同时该微型逆变器还可以包括驱动模块1，用以在控制单元的作用下驱动直流转换开关模块内部的开关器件通断；检测模块1，用以检测直流转换开关模块的输入直流电压和电流等信息并提供给控制单元；隔离驱动模块，用以在控制单元的作用下驱动逆变模块内部的开关器件通断；隔离检测模块，用以检测逆变模块的输出交流电压和电流等信息并提供给控制单元；其中，驱动模块1、检测模块1放置在pv侧，隔离驱动模块、隔离驱动模块放置在pv和ac侧之间；
48.该微型逆变器还可以包括辅源模块，用于为控制单元、驱动模块1、检测模块1、隔离驱动模块、隔离驱动模块正常运作进行供电，其输入来自于光伏板的直流输出。
49.然而，该微型逆变器采用单个控制单元，需要同时控制直流转换开关模块和逆变模块，对控制单元内部数字逻辑运算控制部分的数字处理能力要求较高，算法实现复杂，同
interference，emi)电路、断路器，电力载波通信电路等。
59.第一控制模块302用于通过数字信息运算处理实现对直流转换开关模块301功能的控制策略；以及第二控制模块322用于通过数字信息运算处理实现对逆变模块321功能的控制策略。示例性地，上述第一控制模块302、第二控制模块322为以下任意一种：电路集成模块、芯片级微控制单元(microcontroller unit，mcu)、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)。第一控制模块302、第二控制模块322当然不限于上述产品实现，在此仅为示例。从调制控制角度出发包括正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation，spwm)、空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation，svpwm)等方式。
60.在本实施例中，可以看出，直流转换开关模块301的交变功能在第一控制模块302的作用下实现，逆变模块321的逆变功能在第二控制模块322的作用下实现。其中，直流转换开关模块301和第一控制模块302位于光伏侧；逆变模块321和第二控制模块322位于交流侧；变压器31的原边绕组位于光伏侧，副边绕组位于交流侧。通过采用双控制模块分别对直流转换开关模块、逆变模块进行控制，降低了对单控制模块的信息处理能力的要求，简化了控制算法，缩短了软件开发周期；且可以避免使用隔离驱动、隔离检测电路，改善了使用隔离器件带来pcb布局难度大、噪声和功耗多的影响，且降低了产品成本。该光伏逆变器适用性广，可以应用于任何微型逆变器两级拓扑当中。
61.进一步地，由于本实施例中第一控制模块302和第二控制模块322是两个独立的控制模块，分别用于控制光伏侧电路30中的直流转换开关模块301、以及控制交流侧电路32中的逆变模块321，而为了更好地实现整个光伏系统的性能要求，第一控制模块302和第二控制模块322之间可以进行通信。因而，该光伏逆变器还可以包括分别与第一控制模块302和第二控制模块322连接的通信电路33。第一控制模块302和第二控制模块322通过通信电路33进行通信，进行信息交互，包括光伏组件的实时状态、保护信号、控制策略等信息用于协调系统整体控制，包括mppt功能、保护功能等。其中，通信电路33的通信方式包括串行方式、并行方式等。电路具体实现方式包括rs485总线、隔离光耦等。
62.示例地，当流经逆变模块321的电流大于第一设定电流值，或者，当逆变模块321直流输入端的电压高于设定第一电压值，或者，当逆变模块321交流输出端的电流大于第二设定电流值，或者，当逆变模块321交流输出端的电压高于第二设定电压值时，第二控制模块322通过通信电路33向第一控制模块302上报保护信号，第一控制模块302用于关断直流转换开关模块301中所有开关。
63.具体地，当交流侧电路32出现故障或进行维护时，可能导致流经逆变模块321的电流大于第一设定电流值，或者，当逆变模块321直流输入端的电压高于设定第一电压值，或者，当逆变模块321交流输出端的电流大于第二设定电流值，或者，当逆变模块321交流输出端的电压高于第二设定电压值通信电路33。因此，第二控制模块322接收到上述信号后，会进一步生成的保护信号，并将该保护信号通过通信电路33上报至第一控制模块302。第一控制模块302接收到上述保护信号后，进一步控制直流转换开关模块301停止工作。
64.例如，当交流侧电路32发生火灾、出现过流、过压等故障、或者需要进行定期维修等情况时，需要断开整个系统，第二控制模块322可以获取上述情况，生成保护信号，并通过通信电路33将保护信号上报给第一控制模块302。第一控制模块302控制直流转换开关模块301停止工作，以使得整个系统没有新的能量输入，进而保护整个系统的安全。
65.示例地，第二控制模块322和第一控制模块302通过通信电路33交互的信息还包括光伏组件的实时状态。其中，由于光伏侧电路30连接光伏组件，因此第一控制模块302可以用于接收光伏组件的实时状态信息。值得一提的是，光伏组件的实时状态决定了并网功率。具体地，第一控制模块302将获取的光伏组件的输出电流信号以及输出电压信号通信电路33上报至第二控制模块322，第二控制模块322根据光伏组件的输出电流信号以及输出电压信号调整逆变模块321的并网功率，以提高并网的安全性。与此同时，第一控制模块302通过通信电路33向第二控制模块322上报光伏组件的实时状态还可以方便用户实时监测光伏组件。其中，光伏组件的监控信息包括：光伏组件的发电量、健康状态以及故障光伏组件的位置等。
66.示例地，第二控制模块322还用于接收逆变模块321直流输入端的电压信号，并将逆变模块321直流输入端的电压信号上报至第一控制模块302。第一控制模块302根据逆变模块321直流输入端的电压信号调整直流转换开关模块301的驱动信号，以调整直流转换开关模块301输出交流电的频率和幅值，进而提高能量转换以及能量传输的效率。其中驱动信号包括以下至少一个：频率、占空比、死区以及移相角等。
67.由于采用双控制模块分别对直流转换开关模块、逆变模块进行控制，降低了对单控制模块的信息处理能力的要求，因此，第一控制模块302和第二控制模块322有空间可以进一步集成更多的功能。因此，进一步地，第一控制模块302还可以包括第一驱动单元3022。该第一驱动单元3022用于将第一控制单元3021的控制信号转换驱动发波，驱动直流转换开关模块内的开关器件通断。以及，第一控制模块302还可以包括第一检测单元3023。第一检测单元3023用于检测直流转换开关模块301内的输入直流电压和电流等信息，并输出给第一控制单元3021，用于实现第一控制单元3021对直流转换开关模块301的控制。以及，第二控制模块322还可以包括第二驱动单元3222。第二驱动单元3222用于将第二控制单元3221的控制信号转换驱动发波，驱动逆变模块321内的开关器件通断。以及，第二控制模块322还可以包括第二检测单元3223。第二检测单元3223用于检测逆变模块321的输出交流电压和电流等信息，并输出给第二控制单元3221，用于实现第二控制单元3221对逆变模块321的控制。第一控制模块302通过集成驱动、检测功能，以及第二控制模块322通过集成驱动、检测功能，简化了光伏逆变器的外围电路设计。
68.进一步地，光伏侧电路30还可以包括与光伏组件连接的辅源模块303。辅源模块303用于从光伏直流侧输入端取电，并转换成两路隔离电源，分别用于给第一控制模块302和第二控制模块322供电。辅源模块303位于光伏侧，其电路形式包括反激电路、同步降压转换器(flybuck)、返驰式(flyback)电路、电荷泵取电电路等。
69.如图4所示，为本技术实施例示例的一种太阳能微型逆变器的电路图，上述直流转换开关模块和变压器可以为lc谐振拓扑电路。该lc谐振拓扑电路用于将光伏组件输出的直流电进行交变处理，并经过隔离升压交流输出，随之被后级的整流模块进行整流，实现交流转换为直流电输出。该lc谐振拓扑电路包括分别与光伏组件和变压器的初级侧连接的第一h桥逆变电路、变压器、以及与变压器的次级侧连接的lc谐振拓扑电路。
70.其中，第一h桥逆变电路包括第一开关管g11、第二开关管g12、第三开关管g13和第四开关管g14。第一开关管g11和第二开关管g12构成左半桥臂且驱动互补；第三开关管g13和第四开关管g14构成右半桥臂且驱动互补。
71.第一控制模块302用于控制第一开关管g11、第二开关管g12、第三开关管g13和第四开关管g14进行相同频率的脉冲宽度调制(pulse width modulation，pwm)驱动。
72.lc谐振拓扑电路用于对经过变压器升压的交流电压进行lc谐振处理。
73.图4的示例中，该lc谐振拓扑电路包括第一谐振电感l1、第一谐振电容c1、第二谐振电容c2。其中，第一谐振电感l1的第一端连接变压器的次级侧。第一谐振电容c1的第一端和第二谐振电容c2的第一端互相连接。第一谐振电感l1的第二端、第一谐振电容c1的第二端和第二谐振电容c2的第二端连接整流电路。
74.图4的示例中，上述整流模块可以是图中的整流电路。该整流电路包括第一整流二极管d1、第一滤波电容c3和第二整流二极管d2。第一整流二极管d1的阳极、第二整流二极管d2的阴极与第一谐振电感l1的第二端连接；第一整流二极管d1的阴极与第一谐振电容(c1)的第二端、第一滤波电容c3的第一端连接，第二整流二极管d2的阳极与第二谐振电容(c2)的第二端、第一滤波电容c3的第二端连接。第一整流二极管d1、第一滤波电容c3和第二整流二极管d2构成半桥整流滤波电路。
75.该lc谐振拓扑电路可以实现软开关和调节系统增益。
76.具体地，lc谐振拓扑电路的工作原理为：在lc谐振拓扑电路中，第一控制单元3021通过内置第一驱动单元3022对lc谐振拓扑电路中的h桥的四个开关管g11，g13，g12和g14进行相同频率的pwm驱动，其中g11和g12构成左半桥臂且驱动互补，g13和g14构成右半桥臂同样驱动互补，第一控制单元3021通过控制驱动pwm的频率和左右桥臂驱动的相移，实现对从pv板输入直流电压dc的变增益逆变ac输出。
77.经过lc谐振拓扑电路中h桥电路输出的ac电压经过升压变压器，转换为更高的交流电压。其中第一谐振电感l1、电容c1以及电容c2对经过变压器升压的交流电压进行lc高效谐振处理，再通过二极管d1、d2和电容c3构成的半桥整流电路实现交流到直流转换，实现高压直流电输出。
78.图4的示例中，上述逆变模块可以包括图中的第二h桥逆变电路、滤波电感l2、l3和滤波电容c4。该第二h桥逆变电路用于对整流电路输出的第二直流电进行逆变，并在交流侧电路处实现交流并网和输送电能。
79.其中，第二h桥逆变电路包括第五开关管g21、第六开关管g22、第七开关管g23和第八开关管g24，第五开关管g21和第六开关管g22构成左半桥臂，第七开关管g23和第八开关管g24构成右半桥臂；
80.第二控制模块322用于控制第五开关管g21、第六开关管g22、第七开关管g23和第八开关管g24进行pwm驱动，以控制第五开关管g21、第六开关管g22、第七开关管g23和第八开关管g24的通断，实现对直流电进行逆变处理。
81.其中，h桥逆变电路的工作原理为：在h桥逆变电路当中，第二控制单元3221通过内置第二驱动单元3222对h桥逆变电路中的四个开关管g21，g22，g23和g24进行pwm驱动。其中g21和g22构成左半桥臂，g23和g24构成右半桥臂，第二控制单元3221通过控制驱动pwm的频率和开关管的通断，实现对从对前级整流电路输入的高压直流电压的逆变输出，后级设计lc滤波电路(滤波电感l2、l3和滤波电容c4)对h桥输出交流中的高频开关分量进行滤波，最终实现ac交流电的输出。
82.在各主功率电路实现各自功能的过程中，第一控制模块302和第二控制模块322之
间需要传递控制信息，在光伏逆变器中通过通信电路33来实现信息双向交互。
83.示例地，当流经工频h桥逆变电路中左半桥臂和右半桥臂的电流大于第一设定电流值，或者，当工频h桥逆变电路直流侧电压，即上述第二直流电的电压高于第一设定电压值，或者，当工频h桥逆变电路输出交流电的电流大于第二设定值，或者，当工频h桥逆变电路输出交流电的电压大于第二设定值时，第二控制模块322通过通信电路33向第一控制模块302上报保护信号，第一控制模块302关断直流转换开关模块301中所有开关，以使得整个系统没有新的能量输入，进而保护整个系统的安全。
84.示例地，第二控制模块322还可以通过通信电路33将第二直流电的电压信号上报给第一控制模块302。第一控制模块302根据接收的第二直流电的电压信号，调整lc谐振拓扑电路中开关管g11、g12、g13和g14的驱动信号，进而控制lc谐振拓扑电路输出交流电的频率、电平数以及占空比等参数，以提高能量转换以及能量传输的效率。其中，驱动信号包括以下至少一个：频率、占空比、死区以及移相角等。
85.上述lc谐振拓扑电路的交变隔离升压功能在第一控制模块302的作用下实现，h桥逆变电路的逆变功能在第二控制模块322的作用下实现。其中，lc谐振拓扑电路中的初级侧h桥逆变电路、第一控制模块302位于pv侧；lc谐振拓扑电路中的第一谐振电感l1、第一谐振电容c1、第二谐振电容c2、整流电路、h桥逆变电路和第二控制模块322位于ac侧；lc谐振拓扑电路中变压器的原边绕组位于pv侧，副边绕组位于ac侧。
86.上述设计可应用于微型逆变器的两级拓扑当中，包括反激和h桥逆变拓扑、lc谐振和h桥逆变拓扑或llc谐振和h桥逆变拓扑等。
87.本技术实施例适用的应用场景包括智能光伏微型逆变器，通过双控制单元实现系统整体性能的提升，同时也可以进一步应用到其他功率等级的逆变器开发当中，包括但不限于单相逆变器、三相逆变器，使用场景除了光伏领域，还可以应用到通信能源、车电源、二次电源等其他诸多领域。
88.根据本技术实施例提供的一种光伏逆变器，通过采用双控制模块分别对直流转换开关模块、逆变模块进行控制，降低了对单控制模块的信息处理能力的要求，且可以避免使用隔离驱动、隔离检测电路，降低了产品成本。
89.本技术实施例还提供了一种光伏系统。该光伏系统包括光伏组件、上述光伏逆变器、交流电网和/或负载。
90.该光伏逆变器用于将光伏组件输出的直流电转换为交流电，输出给交流电网和/或负载。
91.在本技术的各个实施例中，如果没有特殊说明以及逻辑冲突，不同的实施例之间的术语和/或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的实施例中的技术特征根据其内在的逻辑关系可以组合形成新的实施例。
92.应理解，在本技术的描述中，除非另有说明，“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系，例如，a/b可以表示a或b；其中a，b可以是单数或者复数。并且，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或多于两个。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b，或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a-b，a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。另外，为了便于清楚描述本技术实施例的技术方案，在本技术的实施例中，采用了“第一”、“第
二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。同时，在本技术实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本技术实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念，便于理解。
93.可以理解的是，在本技术的实施例中涉及的各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本技术的实施例的范围。上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定。
94.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的边缘部分，可以参见其他实施例的相关描述。
95.本技术实施例装置中的部件可以根据实际需要进行合并、划分和删减。本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例以及不同实施例的特征进行结合或组合。
96.在本技术的各个实施例中，如果没有特殊说明以及逻辑冲突，不同的实施例之间的术语和/或描述具有一致性、且可以相互引用，不同的实施例中的技术特征根据其内在的逻辑关系可以组合形成新的实施例。
97.尽管在此结合各实施例对本技术进行了描述，然而，在实施所要求保护的本技术过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

技术特征：
1.一种功率变换器，其特征在于，所述功率变换器连接光伏组件，所述功率变换器包括与所述光伏组件连接的光伏侧电路(30)、变压器(31)、以及通过所述变压器(31)与所述光伏侧电路(30)耦合的交流侧电路(32)；所述光伏侧电路(30)包括直流转换开关模块(301)、以及与所述直流转换开关模块(301)连接的第一控制模块(302)，所述第一控制模块(302)包括第一控制单元(3021)，所述第一控制单元(3021)用于控制所述直流转换开关模块(301)将所述光伏组件输出的第一直流电进行交变处理；所述交流侧电路(32)包括逆变模块(321)、以及与所述逆变模块(321)连接的第二控制模块(322)，所述第二控制模块(322)包括第二控制单元(3221)，所述第二控制单元(3221)用于控制所述逆变模块(321)对第二直流电进行逆变处理。2.根据权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，所述功率变换器还包括分别与所述第一控制模块(302)和所述第二控制模块(322)连接的通信电路(33)，所述第一控制模块(302)和所述第二控制模块(322)通过所述通信电路(33)进行通信。3.根据权利要求2所述的功率变换器，其特征在于，响应于流经所述逆变模块(321)的电流大于第一设定电流值，或者，响应于所述逆变模块(321)直流输入端的电压高于第一设定电压值，或者，响应于所述逆变模块(321)交流输出端的电流大于第二设定电流值，或者，响应于所述逆变模块(321)交流输出端的电压高于第二设定电压值，所述第二控制模块(322)用于通过所述通信电路(33)向所述第一控制模块(302)上报保护信号，所述第一控制模块(302)用于关断所述直流转换开关模块(301)中所有开关。4.根据权利要求2或3任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述第一控制模块(302)用于接收所述光伏组件的输出电流信号以及所述光伏组件的输出电压信号，所述第一控制模块(302)通过所述通信电路(33)将所述光伏组件的输出电流信号以及所述光伏组件的输出电压信号上报至所述第二控制模块(322)。5.根据权利要求2-4任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述第二控制模块(322)用于接收所述逆变模块(321)直流输入端的电压信号，并通过所述通信电路(33)将所述逆变模块(321)直流输入端的电压信号上报至所述第一控制模块(302)，所述第一控制模块(302)根据所述逆变模块(321)直流输入端的电压信号调整所述直流转换开关模块(301)的驱动信号，以调整所述直流转换开关模块(301)输出交流电的频率，或者，占空比。6.根据权利要求1-5中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述第一控制模块(302)还包括第一驱动单元(3022)，所述第一驱动单元(3022)用于将所述第一控制单元(3021)的控制信号转换驱动发波，驱动所述直流转换开关模块(301)内的开关器件通断。7.根据权利要求1-6中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述第一控制模块(302)还包括第一检测单元(3023)，所述第一检测单元(3023)用于检测所述直流转换开关模块(301)内的输入直流电压和电流信息，并输出给所述第一控制单元(3021)。8.根据权利要求1-7中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述第二控制模块(322)还包括第二驱动单元(3222)，所述第二驱动单元(3222)用于将所述第二控制单元(3221)的控制信号转换驱动发波，驱动所述逆变模块(321)内的开关器件通断。9.根据权利要求1-8中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述第二控制模块(322)还包括第二检测单元(3223)，所述第二检测单元(3223)用于检测所述逆变模块(321)
的输出交流电压和电流信息，并输出给所述第二控制单元(3221)。10.根据权利要求1-9中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述交流侧电路(32)还包括与所述变压器(31)和所述逆变模块(321)分别连接的整流模块(323)；所述整流模块(323)用于对经过所述变压器(31)隔离升压后的交变电进行整流，将所述交变电转换为所述第二直流电。11.根据权利要求1-10中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述交流侧电路(32)还包括与所述逆变模块(321)连接的交流侧模块(324)；所述交流侧模块(324)用于将经所述逆变模块(321)输出的交流电并入交流电网，或输出至负载。12.根据权利要求1-11中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述第一控制模块(302)、所述第二控制模块(322)为以下任意一种：电路集成模块、芯片级微控制单元、数字信号处理器。13.根据权利要求9-12中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述直流转换开关模块(301)包括分别与所述光伏组件和所述变压器(31)的初级侧连接的第一h桥逆变电路、以及与所述变压器(31)的次级侧连接的lc谐振拓扑电路；所述第一h桥逆变电路包括第一开关管(g11)、第二开关管(g12)、第三开关管(g13)和第四开关管(g14)，所述第一开关管(g11)和所述第二开关管(g12)构成左半桥臂且驱动互补，所述第三开关管(g13)和所述第四开关管(g14)构成右半桥臂且驱动互补；所述第一控制模块(302)用于控制所述第一开关管(g11)、所述第二开关管(g12)、所述第三开关管(g13)和所述第四开关管(g14)进行相同频率的脉冲宽度调制pwm驱动。14.根据权利要求13所述的功率变换器，其特征在于，所述lc谐振拓扑电路用于对经过所述变压器(31)升压的交流电压进行lc谐振处理。15.根据权利要求13或14所述的功率变换器，其特征在于，所述lc谐振拓扑电路包括第一谐振电感(l1)、第一谐振电容(c1)、第二谐振电容(c2)；所述第一谐振电感(l1)的第一端连接所述变压器(31)的次级侧，所述第一谐振电容(c1)的第一端和所述第二谐振电容(c2)的第一端互相连接，所述第一谐振电感(l1)的第二端、所述第一谐振电容(c1)的第二端和所述第二谐振电容(c2)的第二端连接所述整流模块(323)。16.根据权利要求15所述的功率变换器，其特征在于，所述整流模块(323)包括第一整流二极管(d1)、第一滤波电容(c3)和第二整流二极管(d2)，第一整流二极管(d1)的阳极、第二整流二极管(d2)的阴极与第一谐振电感(l1)的第二端连接；第一整流二极管(d1)的阴极与所述第一谐振电容(c1)的第二端、第一滤波电容(c3)的第一端连接，第二整流二极管(d2)的阳极与所述第二谐振电容(c2)的第二端、所述第一滤波电容(c3)的第二端连接；第一整流二极管(d1)、第一滤波电容(c3)和第二整流二极管(d2)构成半桥整流滤波电路。17.根据权利要求13-16中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述逆变模块(321)包括第二h桥逆变电路；所述第二h桥逆变电路包括第五开关管(g21)、第六开关管(g22)、第七开关管(g23)和第八开关管(g24)，所述第五开关管(g21)和所述第六开关管(g22)构成左半桥臂，所述第七开关管(g23)和所述第八开关管(g24)构成右半桥臂；所述第二控制模块(322)用于控制所述第五开关管(g21)、所述第六开关管(g22)、所述
第七开关管(g23)和所述第八开关管(g24)进行pwm驱动，以控制所述第五开关管(g21)、所述第六开关管(g22)、所述第七开关管(g23)和所述第八开关管(g24)的通断，实现对所述第二直流电进行逆变处理。18.根据权利要求1-17中任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述光伏侧电路(30)还包括与所述光伏组件连接的辅源模块(303)，所述辅源模块(303)用于给所述第一控制模块(302)和所述第二控制模块(322)供电。

技术总结
本申请公开了一种光伏逆变器及光伏系统。光伏逆变器包括与光伏组件连接的光伏侧电路、变压器以及交流侧电路；光伏侧电路包括直流转换开关模块、以及与直流转换开关模块连接的第一控制模块，第一控制模块包括第一控制单元，第一控制单元用于控制直流转换开关模块将光伏组件输出的第一直流电进行交变处理；交流侧电路包括逆变模块、以及与逆变模块连接的第二控制模块，第二控制模块包括第二控制单元，第二控制单元用于控制逆变模块对第二直流电进行逆变处理。通过采用双控制模块分别对直流转换开关模块、逆变模块进行控制，降低了对单控制模块的信息处理能力的要求，且可以避免使用隔离驱动、隔离检测电路，降低了产品成本。降低了产品成本。降低了产品成本。


技术研发人员：张成良 胡耀威 胡志祥
受保护的技术使用者：华为数字能源技术有限公司
技术研发日：2023.02.24
技术公布日：2023/7/19