CN101789710A - 太阳能三相并网逆变器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能三相并网逆变器，要解决的技术问题是降低三电平逆变器输出共模电压。本发明采用以下技术方案：一种太阳能三相并网逆变器，所述太阳能三相并网逆变器由三电平三相桥式逆变器和LC滤波器连接组成，数字信号处理控制器输出空间矢量脉宽调制的触发脉冲信号控制三电平三相桥式逆变器工作。本发明与现有技术相比，采用SVPWM控制，不仅保证输出电压质量符合入网谐波要求，还能达到输出三相电压共模成分仅为1/6母线直流电压，比未改进的传统SPWM控制减小2～3倍，减小输出滤波器体积，降低成本。

Description

太阳能三相并网逆变器

技术领域

本发明涉及一种太阳能发电装置，特别是一种太阳能发电装置的并网逆变器。

背景技术

随着世界能源需要的不断提高，太阳能并网发电在国内外均得到了广泛的开发和利用。并网逆变器则是太阳能并网发电系统中的一个关键环节和重要设备。目前，太阳能并网逆变器主要有两电平逆变器和多电平逆变器两种大的类型。多电平逆变器以其器件电压应力低、输出电压波形更接近正弦波的优点，已在高压大功率逆变器中得到了日益广泛的应用。它不仅能减少输出波形的谐波，也易于进行模块化设计，三电平逆变器是多电平大功率逆变器的主流结构之一。然而，在三电平逆变器的实际应用中也有一些问题未解决，其中之一就是逆变器输出三相电压的共模电压比较高的问题，该共模电压最大可达母线直流电压的1/2，不仅会造成入网共模电流过大，也容易对周围弱电设备造成电磁干扰。目前，抑制三电平逆变器输出共模电压主要采用外加无源滤波器或有源滤波器，这种方法会导致整个发电系统体积和成本显著增加，且不易应用于高压大容量场合。

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能三相并网逆变器，要解决的技术问题是降低三电平逆变器输出共模电压。

本发明采用以下技术方案：一种太阳能三相并网逆变器，所述太阳能三相并网逆变器由三电平三相桥式逆变器和LC滤波器连接组成，数字信号处理控制器输出空间矢量脉宽调制的触发脉冲信号控制三电平三相桥式逆变器工作。

本发明的三电平三相桥式逆变器由分压电路和三相逆变桥连接构成。

本发明的分压电路由串接的第一分压电容和第二分压电容构成，两电容的连接点为参考电平点。

本发明的三相逆变桥由第一功率开关晶体管至第十二功率开关晶体管、第一二极管至第六二极管组成三相逆变桥；第一功率开关晶体管的源极接第二功率开关晶体管的漏极和第一二极管的负极，第一二极管的正极与第二二极管的负极和参考电平点相连，第二二极管的正极与第三功率开关晶体管的源极和第四功率开关晶体管的漏极相连，第二功率开关晶体管的源极和第三功率开关晶体管的漏极相连并经第一电感接输入三相电网A相的输入端；第五功率开关晶体管的源极接第六功率开关晶体管的漏极和第三二极管的负极，第三二极管的正极与第四二极管的负极和参考电平点相连，第四二极管的正极与第七功率开关晶体管的源极和第八功率开关晶体管的漏极相连，第六功率开关晶体管的源极和第七功率开关晶体管的漏极相连并经第二电感接输入三相电网B相的输入端；第九功率开关晶体管的源极接第十功率开关晶体管的漏极和第五二极管的负极，第五二极管的正极与第六二极管的负极和参考电平点相连，第六二极管的正极与第十一功率开关晶体管的源极和第十二功率开关晶体管的漏极相连，第十功率开关晶体管的源极和第十一功率开关晶体管的漏极相连并经第三电感接输入三相电网C相的输入端；第一功率开关晶体管、第五功率开关晶体管、第九功率开关晶体管的漏极相连并接第一分压电容，第四功率开关晶体管、第八功率开关晶体管、第十二功率开关晶体管的漏极相连并接第二分压电容。

本发明的LC滤波器由第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容、第三电容组成；第一电容、第二电容、第三电容的一端分别与第一电感、第二电感、第三电感输出端相连，另一端连接在一起。

本发明的第一功率开关晶体管至第十二功率开关晶体管的栅极接收数字信号处理控制器输出空间矢量脉宽调制的触发脉冲信号。

本发明的数字信号处理控制器通过模/数变换采集三相电网的电压和电流信号。

本发明的第一分压电容Ca、第二分压电容Cb采用电解电容400uF/600V，第一功率开关晶体管S1至第十二功率开关晶体管S12采用IBGT 30A/900V，第一二极管D1至第六二极管D6采用快恢复二极管，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3采用铁心电感，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3采用无极性电容1uF/600V，DSP采用TI2812。

本发明与现有技术相比，采用SVPWM控制，不仅保证输出电压质量符合入网谐波要求，还能达到输出三相电压共模成分仅为1/6母线直流电压，比未改进的传统SPWM控制减小2～3倍，减小输出滤波器体积，降低成本。

附图说明

图1是本发明实施例的电路结构图。

图2是本发明实施例的控制流程图。

图3是现有技术的SPWM控制采用的空间矢量状态图。

图4是本发明SVPWM控制采用的空间矢量状态图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。如图1所示，本发明的太阳能三相并网逆变器，由三电平三相桥式逆变器和LC滤波器连接组成，数字信号处理DSP控制器输出空间矢量脉宽调制SVPWM的触发脉冲信号控制三电平三相桥式逆变器工作。

三电平三相桥式逆变器由第一功率开关晶体管S1至第十二功率开关晶体管S12、第一二极管D1至第六二极管D6组成三相逆变桥。LC滤波器由第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3组成。太阳能电池板输出的直流母线电压Udc经串接的第一分压电容Ca、第二分压电容Cb均匀分压后，输入给逆变器主电路，两电容的连接点为参考电平点O。第一功率开关晶体管S1的源极接第二功率开关晶体管S2的漏极和第一二极管D1的负极，第一二极管D1的正极与第二二极管D2的负极和参考电平点O相连，第二二极管D2的正极与第三功率开关晶体管S3的源极和第四功率开关晶体管S4的漏极相连，第二功率开关晶体管S2的源极和第三功率开关晶体管S3的漏极相连并经第一电感L1接输入三相电网A相的输入端。第五功率开关晶体管S5的源极接第六功率开关晶体管S6的漏极和第三二极管D3的负极，第三二极管D3的正极与第四二极管D4的负极和参考电平点O相连，第四二极管D4的正极与第七功率开关晶体管S7的源极和第八功率开关晶体管S8的漏极相连，第六功率开关晶体管S6的源极和第七功率开关晶体管S7的漏极相连并经第二电感L2接输入三相电网B相的输入端。第九功率开关晶体管S9的源极接第十功率开关晶体管S10的漏极和第五二极管D5的负极，第五二极管D5的正极与第六二极管D6的负极和参考电平点O相连，第六二极管D6的正极与第十一功率开关晶体管S11的源极和第十二功率开关晶体管S12的漏极相连，第十功率开关晶体管S10的源极和第十一功率开关晶体管S11的漏极相连并经第三电感L3接输入三相电网C相的输入端。第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3的一端分别与第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3输出端相连，另一端连接在一起。第一功率开关晶体管S1、第五功率开关晶体管S5、第九功率开关晶体管S9的漏极相连并接第一分压电容Ca，第四功率开关晶体管S4、第八功率开关晶体管S8、第十二功率开关晶体管S12的漏极相连并接第二分压电容Cb。第一功率开关晶体管S1至第十二功率开关晶体管S12的栅极接DSP的SVPWM输出端，DSP采集三相电网的电压和电流信号，根据操作者输入的指令，经过DSP内部运算后形成SVPWM触发脉冲输出给各个功率开关晶体管的栅极，控制功率开关晶体管的开启时序。

通过控制S1至S12的触发时序，在三电平三相桥式逆变器的A、B、C输出端上形成三相电压，每相再经过LC滤波器后，向三相电网输出符合并网要求的三相电压。信号处理器DSP负责采集三相电网的电压、电流，经过内部运算后形成SVPWM触发脉冲，这些脉冲经放大驱动后分配给功率开关晶体管S1至S12的栅极。

如图2所示，DSP将电网的三相电压Ua、Ub、Uc先按abc坐标向α/β坐标变换方式变成两相电压U_α、U_β，并计算出相位角

同时，对逆变器输出三相电流ia、ib、ic按abc坐标向d/q坐标变换方式变成两相电流id、

并将其与用户指令的id*、iq*进行比例积分PI调节

以进行逆变器输出有功电流和无功电流的分别控制。将PI环节输出的误差调节电压与参考电压的相角结合得到d/q坐标下的逆变器调节电压矢量。随后在SVPWM环节，DSP根据计算得到的逆变器调节电压矢量大小和相位，在图4所示中的19个矢量状态中进行具体矢量及其作用时间的选择，输出SVPWM脉冲。这些脉冲经放大后送给逆变器的各个功率开关晶体管，从而使逆变器输出合适的三相电压。

如图3所示，现有技术的并网逆变器的DSP所采用的SPWM控制方法空间状态为27个，当其用到PPP、PPO、POP、OPP、ONN、NON、NNO、NNN矢量时，逆变器输出共模电压为(Ua+Ub+Uc)/3，故幅值可达Udc的1/2或1/3。

如图4所示，本发明的太阳能三相并网逆变器的DSP所采用的SVPWM控制方法空间状态为19个，取消了前述8个不良矢量，使逆变器最大输出共模电压幅值为Udc的1/6，比现有技术的SPWM控制方法减小2～3倍，输出电压、电流波形的谐波较低。

作为最佳实施例，第一分压电容Ca、第二分压电容Cb采用电解电容400uF/600V，第一功率开关晶体管S1至第十二功率开关晶体管S12采用IBGT30A/900V，第一二极管D1至第六二极管D6采用快恢复二极管，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3采用铁心电感，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3采用无极性电容1uF/600V，DSP采用内嵌A/D TI2812采集三相电网的电流、电压信号。

Claims (8)

1.一种太阳能三相并网逆变器，其特征在于：所述太阳能三相并网逆变器由三电平三相桥式逆变器和LC滤波器连接组成，数字信号处理(DSP)控制器输出空间矢量脉宽调制(SVPWM)的触发脉冲信号控制三电平三相桥式逆变器工作。

2.根据权利要求1所述的太阳能三相并网逆变器，其特征在于：所述三电平三相桥式逆变器由分压电路和三相逆变桥连接构成。

3.根据权利要求2所述的太阳能三相并网逆变器，其特征在于：所述分压电路由串接的第一分压电容(Ca)和第二分压电容(Cb)构成，两电容的连接点为参考电平点(O)。

4.根据权利要求3所述的太阳能三相并网逆变器，其特征在于：所述三相逆变桥由第一功率开关晶体管(S1)至第十二功率开关晶体管(S12)、第一二极管(D1)至第六二极管(D6)组成三相逆变桥；第一功率开关晶体管(S1)的源极接第二功率开关晶体管(S2)的漏极和第一二极管(D1)的负极，第一二极管(D1)的正极与第二二极管(D2)的负极和参考电平点(O)相连，第二二极管(D2)的正极与第三功率开关晶体管(S3)的源极和第四功率开关晶体管(S4)的漏极相连，第二功率开关晶体管(S2)的源极和第三功率开关晶体管(S3)的漏极相连并经第一电感(L1)接输入三相电网A相的输入端；第五功率开关晶体管(S5)的源极接第六功率开关晶体管(S6)的漏极和第三二极管(D3)的负极，第三二极管(D3)的正极与第四二极管(D4)的负极和参考电平点(O)相连，第四二极管(D4)的正极与第七功率开关晶体管(S7)的源极和第八功率开关晶体管(S8)的漏极相连，第六功率开关晶体管(S6)的源极和第七功率开关晶体管(S7)的漏极相连并经第二电感(L2)接输入三相电网B相的输入端；第九功率开关晶体管(S9)的源极接第十功率开关晶体管(S10)的漏极和第五二极管(D5)的负极，第五二极管(D5)的正极与第六二极管(D6)的负极和参考电平点(O)相连，第六二极管(D6)的正极与第十一功率开关晶体管(S11)的源极和第十二功率开关晶体管(S12)的漏极相连，第十功率开关晶体管(S10)的源极和第十一功率开关晶体管(S11)的漏极相连并经第三电感(L3)接输入三相电网C相的输入端；第一功率开关晶体管(S1)、第五功率开关晶体管(S5)、第九功率开关晶体管(S9)的漏极相连并接第一分压电容(Ca)，第四功率开关晶体管(S4)、第八功率开关晶体管(S8)、第十二功率开关晶体管(S12)的漏极相连并接第二分压电容(Cb)。

5.根据权利要求4所述的太阳能三相并网逆变器，其特征在于：所述LC滤波器由第一电感(L1)、第二电感(L2)、第三电感(L3)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)组成；第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)的一端分别与第一电感(L1)、第二电感(L2)、第三电感(L3)输出端相连，另一端连接在一起。

6.根据权利要求5所述的太阳能三相并网逆变器，其特征在于：所述第一功率开关晶体管(S1)至第十二功率开关晶体管(S12)的栅极接收数字信号处理(DSP)控制器输出空间矢量脉宽调制(SVPWM)的触发脉冲信号。

7.根据权利要求6所述的太阳能三相并网逆变器，其特征在于：所述数字信号处理(DSP)控制器通过模/数变换(A/D)采集三相电网的电压和电流信号。

8.根据权利要求7所述的太阳能三相并网逆变器，其特征在于：所述第一分压电容Ca、第二分压电容Cb采用电解电容400uF/600V，第一功率开关晶体管S1至第十二功率开关晶体管S12采用IBGT 30A/900V，第一二极管D1至第六二极管D6采用快恢复二极管，第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3采用铁心电感，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3采用无极性电容1uF/600V，DSP采用TI2812。

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