CN108832661A - 一种多冗余型的光伏并网发电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多冗余型的光伏发电系统，包括芯片冗余、DC/DC变换器冗余和逆变器电路冗余，芯片冗余包括DSP芯片和CPLD芯片，DC/DC变换器冗余包括冗余型DC/DC变换器，所述逆变器电路冗余包括冗余型逆变器，所述冗余型DC/DC变换器与冗余型逆变器连接，DSP芯片和CPLD芯片分别与冗余型DC/DC变换器和冗余型逆变器连接，用于采集冗余型DC/DC变换器和冗余型逆变器的电流电压信号；本发明通过对各硬件的冗余设计，更好的保护光伏发电系统，使得当光伏系统发生故障时，系统能够自我检测并且在短时间内回到正常的工作状态，并发出故障警报，具有高性能、高可靠性、高安全性的优点。

Description

一种多冗余型的光伏并网发电系统
技术领域
本发明涉及光伏发电领域，具体涉及一种多冗余型的光伏并网发电系统。
背景技术
太阳能是一种可持续无污染的绿色清洁能源，针对这种绿色能源的开发与利用，人们研发出了各种各样的光伏发电系统，实现对太阳能能量的收集和利用。由于光伏系统中器件容易损坏设计了各种冗余方案，但是这些方案只是针对光伏并网逆变系统中的某一部分进行设计，没有考虑到系统中一个器件的损坏会影响到其他器件。因此，提出一种多冗余型的光伏并网系统，能适应多种系统中故障发生的情况，最大可能的使光伏系统能够安全稳定的持续运行。
现有技术中，采用以下方案：
1、逆变器冗余：在逆变器中设计一个冗余相，当逆变器中其中一个相位出现故障时就会立刻切换到冗余相；另一种冗余方案就是基于空间矢量的冗余，当一个相位出现问题时，就会立刻用其他冗余相位代替。
2、芯片冗余：现有的芯片方案包括两个DSP芯片，或者一个DSP芯片一个其他芯片，是为了防止芯片发生故障，只采用一个芯片进行全部的数据信号处理，限制了系统处理信号的能力，若工作时芯片出现故障而停止工作，信号将不能被处理，从而不能实现光伏控制系统的信号处理，系统可靠性不高。
3、DC/DC变换器冗余。DC/DC变换器冗余只有一种基于硬件的冗余，附加一个冗余桥臂，使得可以在原桥臂出现故障时能够切换到冗余桥臂。
以上每种冗余方案都过于单一，没有很好的结合在一起，当一个硬件部位出现故障时，会使得其他硬件也会受到影响，没有考虑到两个以上器件发生故障时的处理情况，忽略了一个器件发生短路会导致其他器件烧毁的情况。
发明内容
有鉴于此，为解决上述现有技术中的问题，本发明提供了一种多冗余型的光伏发电系统，通过对各硬件的冗余设计，更好的保护光伏发电系统，使得当光伏系统发生故障时，系统能够自我检测并且在短时间内回到正常的工作状态，并发出故障警报，具有高性能、高可靠性、高安全性的优点。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种多冗余型的光伏发电系统，包括芯片冗余、DC/DC变换器冗余和逆变器电路冗余，所述芯片冗余包括DSP芯片和CPLD芯片，所述DC/DC变换器冗余包括冗余型DC/DC变换器，所述逆变器电路冗余包括冗余型逆变器，所述冗余型DC/DC变换器与冗余型逆变器连接，所述DSP芯片分别与冗余型DC/DC变换器和冗余型逆变器连接，用于采集冗余型DC/DC变换器和冗余型逆变器的电流电压信号，所述CPLD芯片分别与冗余型DC/DC变换器和冗余型逆变器连接，用于采集冗余型DC/DC变换器和冗余型逆变器的电流电压信号。
进一步地，所述冗余型DC/DC变换器包括辅助开关管，所述辅助开关管与主开关并联，用于当主开关发生故障时代替主开关工作。
进一步地，所述冗余型逆变器采用四桥臂故障容错拓扑，所述四桥臂故障容错拓扑中的桥臂上设有冗余桥臂，所述冗余桥臂与四桥臂故障容错拓扑中的桥臂串联，用于当四桥臂故障容错拓扑中的桥臂出现故障时代替故障桥臂。
与现有技术比较，本发明的一种多冗余型的光伏发电系统，通过对各硬件的冗余设计，更好的保护光伏发电系统，使得当光伏系统发生故障时，系统能够自我检测并且在短时间内回到正常的工作状态，并发出故障警报，具有高性能、高可靠性、高安全性的优点。
附图说明
图1为本发明的一种多冗余型的光伏发电系统的结构示意图。
图2为本发明的一种多冗余型的光伏发电系统的冗余型DC/DC变换器的电路示意图。
图3为本发明的一种多冗余型的光伏发电系统的冗余型逆变器的电路示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术理解或实现的。
如图1所示，为本发明的的一种多冗余型的光伏发电系统的结构示意图，包括芯片冗余、DC/DC变换器冗余和逆变器电路冗余，所述芯片冗余包括DSP芯片和CPLD芯片，所述DC/DC变换器冗余包括冗余型DC/DC变换器，所述逆变器电路冗余包括冗余型逆变器，所述冗余型DC/DC变换器与冗余型逆变器连接，所述DSP芯片分别与冗余型DC/DC变换器和冗余型逆变器连接，用于采集冗余型DC/DC变换器和冗余型逆变器的电流电压信号，所述CPLD芯片分别与冗余型DC/DC变换器和冗余型逆变器连接，用于采集冗余型DC/DC变换器和冗余型逆变器的电流电压信号。
优选的，所述冗余型DC/DC变换器包括辅助开关管，所述辅助开关管与主开关并联，用于当主开关发生故障时代替主开关工作。
优选的，所述冗余型逆变器采用四桥臂故障容错拓扑，所述四桥臂故障容错拓扑中的桥臂上设有冗余桥臂，所述冗余桥臂与四桥臂故障容错拓扑中的桥臂串联，用于当四桥臂故障容错拓扑中的桥臂出现故障时代替故障桥臂。
在本发明的一种多冗余的光伏发电系统中，设计了三种方式的冗余，包括：
（1）芯片冗余：对于芯片的冗余设计是采用两个芯片，分别是DSP和CPLD芯片，采用DSP芯片采集从升压电路出来的电流电压信号控制冗余型的升压电路，采用CPLD芯片采集从逆变器电路出来的电流电压信号控制逆变器冗余型电路。DSP芯片采集从逆变器出来的电压电流信号判断CPLD芯片是否出现故障，如果判断到CPLD芯片出现故障，DSP芯片发送一个信号给CPLD使CPLD复位，DSP接替CPLD控制逆变器电路继续工作；CPLD也采集从升压电路出来的电压电流信号，如果判断DSP芯片出现故障，CPLD会发送一个信号给DSP使DSP复位，CPLD接替DSP控制升压电路工作。
（2）DC/DC变换器冗余：如图2所示，DC/DC变换器冗余是采用给主开关并联一个辅助开关管作为备用开关管。同时，采用电压故障检测法以检测DC/DC变换器的故障情况。当主开关发生故障情况（短路或断路）时，系统迅速切断变换器的主开关，接通变换器的辅助开关，则系统将快速恢复到故障前的工作状态。
（3）逆变器电路冗余：如图3所示，逆变器电路采用四桥臂故障容错拓扑，该拓扑每个桥臂都添加了一个冗余桥臂，在电路无故障时冗余桥臂实现直流母线中点电压平衡控制，当电路发生故障时，迅速切断逆变器运行，然后判断该逆变器故障位置并实行冗余切换，该逆变器拓扑可实现对逆变器故障桥臂的半桥臂替换，最多可对逆变器的３个桥臂同时进行容错控制。当某一桥臂或半桥臂出现故障时，系统迅速将故障桥臂和主电路分离，并迅速切换到冗余桥臂。
双芯片控制系统的设计提高了系统处理数据的速度和效率，利用不同芯片的优缺点对电路的不同部分进行控制，提高了光伏系统的效率。逆变器和DC/DC变换器是最容易出故障的电路，逆变器选用的四桥臂故障容错拓扑，使得逆变器在某一桥臂出现故障的时候能够迅速的切换到冗余桥臂，DC/DC变换器是加了一个备用开关管，使得主开关管故障时能够快速切换到备用开关管。
综上所述，本发明的一种多冗余型的光伏发电系统，通过对各硬件的冗余设计，更好的保护光伏发电系统，使得当光伏系统发生故障时，系统能够自我检测并且在短时间内回到正常的工作状态，并发出故障警报，具有高性能、高可靠性、高安全性的优点。

Claims (4)

1.一种多冗余型的光伏发电系统，其特征在于：包括芯片冗余、DC/DC变换器冗余和逆变器电路冗余，所述芯片冗余包括DSP芯片和CPLD芯片，所述DC/DC变换器冗余包括冗余型DC/DC变换器，所述逆变器电路冗余包括冗余型逆变器，所述冗余型DC/DC变换器与冗余型逆变器连接，所述DSP芯片分别与冗余型DC/DC变换器和冗余型逆变器连接，用于采集冗余型DC/DC变换器和冗余型逆变器的电流电压信号，所述CPLD芯片分别与冗余型DC/DC变换器和冗余型逆变器连接，用于采集冗余型DC/DC变换器和冗余型逆变器的电流电压信号。
2.根据权利要求1所述的一种多冗余型的光伏发电系统，其特征在于：所述冗余型DC/DC变换器包括辅助开关管，所述辅助开关管与主开关并联，用于当主开关发生故障时代替主开关工作。
3.根据权利要求1所述的一种多冗余型的光伏发电系统，其特征在于：所述冗余型逆变器采用四桥臂故障容错拓扑。
4.根据权利要求/3所述的一种多冗余型的光伏发电系统，其特征在于：所述四桥臂故障容错拓扑中的桥臂上设有冗余桥臂，所述冗余桥臂与四桥臂故障容错拓扑中的桥臂串联，用于当四桥臂故障容错拓扑中的桥臂出现故障时代替故障桥臂。
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