CN101867291A - 户用太阳能光伏逆变器 - Google Patents

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Abstract

本发明展示了一种户用光伏逆变器，它能够将太阳能转换为电能以供家庭电器或并网使用。它包括升压电路、逆变电路、滤波电路和控制电路，升压电路与逆变电路连接，逆变电路和滤波电路连接，逆变电路和滤波电路连接，控制电路对整个系统电路进行控制。升压电路采用常见的BOOST升压电路结构，所述逆变电路采用全桥电压型逆变结构。滤波电路采用了LC低通滤波器控制电路实现对BOOST升压电路和逆变电路的控制。升压电路和逆变电路在控制电路的控制下协调运作。采用了高性能的数字信号处理芯片DSP进行监控，能够快速、准确的对整机运行实施控制和监测。本发明具有整体效率高、运行稳定的优点。

Description

户用太阳能光伏逆变器
技术领域
本发明属于太阳能光伏发电技术领域，具体地说，涉及一种户用光伏逆变器。
背景技术
随着现代工业发展，传统资源日益紧缺、环境污染加剧已成为制约我国经济发展的重要因素。加大对可再生能源的开发利用力度已成为各国的共识。太阳能是一种取之不尽、无污染、高效的可再生能源，它的充分开发利用将缓解能源紧缺和环境恶化现状，这是走可持续发展的必经之路。光伏发电是开发利用太阳能的一个重要方向。
在国外，美国的“百万屋顶计划”、日本的“阳光计划”、德国的“10万屋顶发电计划”取得了重大进展，英国的可再生能源法甚至立法要求可再生能源发电必须以一定比例贡献于电力发电，其重视程度可见一斑。
我国近年来也已开始进行试点和示范。屋顶光伏发电系统刚刚起步，深圳和北京分别安装了17kW和7kW的太阳能屋顶发电系统。我国在光伏发电的研究、开发、生产、应用等方面都与发达国家有很大的差距，也存在不少问题。
光伏逆变器是太阳能电池发电和电网连接的桥梁，是光伏发电系统用户必备的设备之一，它主要完成太阳能电池的最大功率捕捉，控制输出电流与电网电压同频同相，并减少对电网的影响。针对于户用需求，可并网和孤岛两种运行模式进行切换。它的主要功能模块一般包括：电压升压和最大功率点跟踪控制模块、并网输出控制模块、保护模块、RS232、人机交互界面等。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种整体效率高、运行更可靠、面向家庭用户的户用光伏逆变器。
实现上述目的的技术方案是：一种户用光伏并网逆变器，包括升压电路、逆变电路、滤波电路和控制电路，升压电路与逆变电路连接，逆变电路和滤波电路连接，控制电路对整个系统电路进行控制。升压电路采用常见的BOOST升压电路结构，所述逆变电路采用全桥电压型逆变结构。控制电路实现对BOOST升压电路和逆变电路的控制。升压电路和逆变电路在控制电路的控制下协调运作。
相比于传统的逆变器，由于没有采用工频变压器，故而整机效率大大提高，体积也小巧许多。除此之外，采用了高性能的数字信号处理芯片DSP进行监控，能够快速、准确的对整机运行实施控制和监测，RS232通讯和人机交互界面也提高了整机的拓展性和实用性。
所述升压电路采用了BOOST电路结构，通过控制功率开关器件T0的导通关断占空比即可将光伏阵列输出电压提升至可逆变的400V电压左右。此外，经过对光伏阵列输出电压、电流的检测和DSP的最大功率跟踪控(MPPT)制可实现在不同的外界温度和日照条件下，最大可能的捕获光伏阵列的输出功率。
所述逆变电路为电压源输入型的全桥逆变电路，该结构逆变算法灵活，输出电能质量高的优点。在此T1和D1反并联，T2和D2反并联，T3和D3反并联，T4和D4反并联，同时T1和T3、T2和T4分别串联，形成双桥臂的逆变系统。
所述滤波电路包括电感L1和滤波电容C1，它们的输出端与电网连接，输入端和逆变器连接。滤波电路的作用是减少逆变器输出电流，提高逆变器的输出电能质量。
所述控制电路采用了高性能数字信号处理芯片DSP进行系统控制和监测。
本发明采用上述技术方案后，逆变器整机能够实现光伏阵列的最大功率跟踪，为电网提供谐波少，高质量的电能。整机运行稳定、可靠，整体效率更高。
附图说明
图1为本分明的实施例框图
图2为本发明的实施例原理框图
图3为本发明的实施例电路结构图
图4为本发明的控制电路图
图5为本发明的逆变电路电流控制原理图
图6为本发明的控制芯片DSP的软件流程图
具体实施方式
下面结合附图给出的实施例，对本发明的技术内容作进一步的详细描述。
参照图1、2、3，户用光伏逆变器主要包括升压电路1、逆变电路2、滤波电路3和控制电路4，升压电路与逆变电路连接，逆变电路和滤波电路连接，控制电路对整个系统电路进行控制。升压电路采用BOOST升压电路结构，它可以将光伏阵列的输出电压提升到合适的可并网逆变的输出电压值，此外为了最大限度的转换光伏阵列的输出功率，升压电路还需实现最大功率跟踪(MPPT)。所述逆变电路采用全桥电压型逆变结构，它将直流电逆变成交流电以供负载实用。滤波电路用于减少逆变输出的谐波电流，提高逆变器输出电能质量。
控制电路实现对BOOST升压电路和逆变电路的控制。升压电路和逆变电路在控制电路的控制下协调运作。控制芯片为高性能数字信号处理芯片DSP。它能够检测各电路的运行参数，进而对各电路进行控制，主要包括对升压电路的功率开关期间T0的驱动信号生成和逆变电路的T1-T4双极性PWM驱动信号生成，这些驱动信号经过隔离驱动电路连接到功率开关器件T1-T4。这里隔离驱动电路2-1采用6N137和驱动芯片IR2110构成。此外，逆变器的保护、RS232通讯和人机交互界面亦由控制电路实现。
参照图4，控制电路是系统控制的核心，进行DC/DC和DC/AC等。在此采用TI公司生产的高性能数字信号处理芯片DSP(TMS320LF2407A芯片)，它具有丰富的存储空间和外设接口，完全能够满足本发明的控制需要。
DSP的ADCINT1至ADCINT5引脚分别用来接入直流侧电压、光伏阵列输出电流、光伏阵列输出电压、逆变器输出电流和电网电压的检测。PWM1为逆变电路T1，T4的驱动信号，PWM2为T2，T3的驱动信号，PWM8为升压电路中T0的驱动信号。INT1引脚用于检测电网电压的零相位。
参见图5，DC/AC逆变电路的主要功能是使输出电流和电网电压同频，实现单功率引述输出，同时输出电流的谐波要小于5％，因此输出电流的闭环控制是DC/AC变换控制的中心环节，本发明采用了基于电网电压前馈的瞬时电流控制。
为了较少逆变器并网输出电能对电网的影响和谐波干扰，采用了三角波比较控制方式的输出电流控制方法，即：参考电压Vref和实际直流侧电压Vout的差值经过PI调节和正弦化，得到指令输出电流i*。控制电路对输出电流iout进行控制使其跟踪指令电流变化。期间采用了误差电流的三角波比较控制方式进行逆变器输出电流的闭环控制。此外，为了减少电网电压Unet的扰动对逆变输出的影响，这里还采用了电网电压前馈补偿环节，即将误差电流和电网电压一起和三角载波进行比较，这样得到的PWM驱动信号能够有效提高逆变器输出电能质量。
参见图6，软件控制是控制电路的核心。良好的软件程序是系统控制实现的基础。软件主要包括：(1)对主电路输入/输出电压、电流等信号量进行检测和处理。(2)电网同步信号的检测。(3)Boost电路的MPPT控制。(4)生成固定频率的三角载波并与调制波比较从而产生相应的PWM信号进行全桥逆变器的SPWM控制，使输出电流和电网同频同相。(5)对光伏并网逆变器系统进行保护。(6)通讯和人机交互界面。

Claims (5)

1.一种户用光伏逆变器，它包括升压电路(1)、逆变电路(2)、滤波电路(3)和控制电路(4)，升压电路(1)与逆变电路(2)连接，逆变电路(2)和滤波电路(3)连接，控制电路(4)对整个系统电路进行控制。升压电路采用常见的BOOST升压电路结构，所述逆变电路采用全桥电压型逆变结构。控制电路实现对BOOST升压电路和逆变电路的控制。升压电路和逆变电路在控制电路的控制下协调运作。
2.根据权利要求1所述的户用光伏逆变器，其特征在于：所述升压电路(2)采用了BOOST电路结构，通过控制功率开关器件T0的导通关断占空比即可将光伏阵列输出电压提升至可逆变的400V电压左右。此外，经过对光伏阵列输出电压、电流的检测和DSP的最大功率跟踪控(MPPT)制可实现在不同的外界温度和日照条件下，最大可能的捕获光伏阵列的输出功率。
3.根据权利要求1或2所述的户用光伏逆变器，其特征在于：所述逆变电路(3)为电压源输入型的全桥逆变电路，该结构逆变算法灵活，输出电能质量高的优点。在此T1和D1反并联，T2和D2反并联，T3和D3反并联，T4和D4反并联，同时T1和T3、T2和T4分别串联，形成双桥臂的逆变系统。
4.根据权利要求3所述的户用光伏逆变器，所述滤波电路(3)包括电感L1和滤波电容C1，它们的输出端与电网连接，输入端和逆变器连接。滤波电路的作用是减少逆变器输出电流，提高逆变器的输出电能质量。
5.根据权利要求4所述的控制电路(4)采用了高性能数字信号处理芯片，能够快速、准确的对整机运行实施控制和监测。
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