CN1877951A - 具有statcom功能的光伏并网装置的双dsp控制电路 - Google Patents

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Abstract

具备STATCOM功能的光伏并网装置的双DSP控制电路属于多功能光伏并网装置技术领域，其特征在于：该双DSP控制电路由定点DSP芯片、高速RAM芯片、浮点DSP芯片、16位FLASH芯片、双口RAM芯片、CPLD芯片、信号调理电路构成。控制电路采集光伏装置的各项电量信号、经过信号调理和两个DSP的联合计算，最后获得控制装置并网逆变器的PWM信号。该双DSP控制电路使得光伏并网装置在工作的时候，既能够向电网发送有功功率，又能够实时补偿电网中电流的无功和谐波成分。该发明应用在光伏并网装置中提高了光伏发电中太阳能电池板利用率；同时解决了在光照条件不好的时段或夜间，光伏发电系统的工作方式的问题，即系统不会闲置，而是用来补偿电网中的谐波和无功。

Description

具有STATCOM功能的光伏并网装置的双DSP控制电路
技术领域
本发明涉及一种多功能光伏并网装置中双DSP控制电路的设计，属于多功能光伏并网装置技术领域。
背景技术
随着传统能源的日益枯竭，21世纪世界能源将发生巨大的变革，以资源有限、污染严重的化石能源为主的能源结构将逐步转变为以资源无限、清洁干净的可再生能源为主的多样性、复合型的能源结构。太阳能光伏发电属于清洁的可再生能源，发展光伏发电技术并使其得到广泛的应用对于缓解常规能源的短缺和减少环境污染具有重要作用。在这样的前提下，太阳能光伏发电技术的发展和应用必将成为令世人所瞩目的焦点。
我国有丰富的太阳能资源以及潜在的巨大市场，经过20多年的艰苦努力，光伏发电无论是在产业化方面还是在应用方面都取得了很大的进展，并且已经在远离电网地区的电力建设中发挥了重要作用。根据原国家电力部制定的1996-2020年国家太阳能光电发展计划，到2020年我国太阳能光电总容量将达到300MWp，其中家用阳光能源为50MWp，并建成5座兆瓦级阳光电站。目前，我国太阳能光伏发电应用系统的商品化程度很低，实验室研究工作与国际先进的水平还有很大差距。太阳能光伏发电过去大多用于孤立的发电网络，白天发电，靠蓄电池储存，夜间使用。蓄电池损耗大、蓄电池处理困难(污染)，其特点还有：系统效率低、运行成本高、负载供电稳定性差。因此光伏发电的根本出路和前景在于并网，电网作为无穷大储存系统，吸纳太阳能光伏能量。
太阳能发电将成为一种重要的发电方式，但是目前太阳能电池的造价还没有降低到大规模应用的阶段，世界上多数光伏并网电站都是靠政府资助，发展缓慢。将光伏并网装置和静止补偿器(STATCOM)等电力装置的功能结合起来，有利于降低光伏电站的成本，使其能够提前推广应用。由于光伏并网逆变器的结构与目前广泛研究的STATCOM等电网谐波及无功补偿装置的非常接近，使得光伏并网装置既可以提供一定的有功功率，又可以在一定程度上实现STATCOM的功能补偿电网的谐波和无功。这样一套光伏并网装置就可以完成多项综合功能，间接降低了系统总成本，提高了性价比。
本发明就是在这样的背景下提出了三相光伏并网装置的双DSP控制电路设计。该控制电路能够将多项功能集成：其中包括光伏阵列的最大功率点跟踪、补偿电网无功功率、补偿电流谐波和向电网输送有功功率。
发明内容
本发明的首要目的是：针对目前光伏发电装置造价高，功能单一的缺点，提出具有STATCOM功能的光伏并网装置的双DSP控制电路，提高光伏并网装置的性价比，推动光伏发电在中国的推广应用。
本发明的技术方案是：
具有STATCOM功能的光伏并网装置，其特征在于，光伏阵列提供直流电源给三相两电平逆变电路的直流侧，该三相两电平逆变电路的三个输出端分别串联电感，再串联三相断路器后分别接入电网的A、B、C三相，通过双DSP控制电路生成PWM控制信号来控制该三相逆变电路。
具有STATCOM功能的光伏并网装置的双DSP控制电路，其特征在于，输入信号经过信号调理电路，送入定点DSP-DSPa，DSPa将模拟信号转换为数字量，通过双口RAM送给浮点DSP-DSPb，DSPb经过计算得出控制装置逆变器的PWM信号占空比，并通过双口RAM将PWM占空比送给DSPa，DSPa通过输出端子将PWM脉冲信号送给装置主电路。
具有STATCOM功能的光伏并网装置的双DSP控制电路，其特征在于，光伏并网主电路侧送来的装置故障信号，通过输入端子送给CPLD，CPLD对故障信号进行滤波处理，再送给定点DSP-DSPa，DSPa根据故障信号的类型和性质，通过对PWM信号的相应控制，调整光伏并网装置的运行。
实验结果：图4显示本发明提出的三相光伏并网装置发纯有功时三相电压电流波形THD小于0.5％，图5显示本装置发出感性无功时三相电压电流波形THD小于0.5％，图6显示本装置发出容性无功时三相电压电流波形THD小于0.5％，图7显示本装置投入电网时三相电网电流变化的动态过程，其响应时间小于0.5ms，并且过渡过程平稳可靠，优于传统的间接电流控制方法。本发明的双DSP控制电路，具有较高的控制与计算速度，可以达到20kHz以上的光伏并网逆变主电路开关频率的控制能力。试验结果充分证明了本发明设计的双DSP控制电路的可行性。
附图说明
图1是本发明提出的具有STATCOM功能的光伏并网装置整体图
图2是图1中(400)，即双DSP控制电路示意图
图3是图1中(407)，即模拟信号调理电路图
图4是本发明提出的三相光伏并网装置发出纯有功时三相电压电流波形图
图5是本发明提出的三相光伏并网装置发出感性无功时三相电压电流波形图
图6是本发明提出的三相光伏并网装置发出容性无功时三相电压电流波形图
图7是本发明提出的三相光伏并网装置投入电网时三相电网电流变化图
具体实施方式
实施例一：
参见图1所示的三相光伏并网装置的整体示意图，其逆变器采用三相两电平逆变桥。整个装置主要由光伏阵列(9)、逆变主功率电路器(800)、输出滤波电感(3)、双DSP控制电路(400)组成。
双DSP控制电路中，DSPa使用具有较强控制能力的定点DSP芯片，例如TI公司的16位定点DSP(401)-TMS320LF2407A或TMS320F2812，DSPb使用计算能力较强的浮点DSP芯片，例如TI公司的32位浮点DSP芯片(402)-TMS320VC33，两个DSP通过双口RAM(403)连接起来，构成快速的并行通讯-例如CYPRESS公司的CY7C025，DSPa使用芯片内部FLASH用来存储程序，DSPb(402)使用外部FLASH(404)用来存储程序，电路板初始化的时候，程序从FLASH(404)调入DSPb(402)中高速运行。模拟信号调理电路主要完成模拟信号的滤波和偏移，每一路模拟信号调理通道参见图3。
如果光伏并网装置并入三相190V(相电压110V)配电网的话，光伏阵列(9)由若干组光伏电池板串联构成一串光伏电池组件串，若干串光伏电池组件串并联构成光伏阵列，例如构建一个±20kVA，有功为20kW(光伏阵列峰值功率)的三相两电平光伏并网装置，其光伏阵列组成如下：
需要峰值功率125W太阳能电池板80块，采用20块串联成一列，然后将4列并联起来，形成实施例一所需要的光伏阵列(峰值电压350V，开路电压440V)，光伏阵列输出要串联一个50A、反向耐压1200V的肖特基二极管(8)，以防止夜间或异常情况下电网反向向光伏阵列输送电流损伤光伏电池板。

Claims (2)

1.具有STATCOM功能的光伏并网装置的双DSP控制电路，其特征在于，输入信号经过信号调理电路，送入定点数字信号处理芯片-DSPa，DSPa将模拟信号转换为数字量信号，通过双口RAM送给浮点数字信号处理芯片-DSPb，DSPb经过计算，得出光伏并网装置的逆变主电路所需要的PWM控制信号的占空比，并通过双口RAM将此PWM占空比送给DSPa，DSPa通过输出端子将PWM脉冲信号送给光伏并网装置的逆变主电路。
2.具有STATCOM功能的光伏并网装置的双DSP控制电路，其特征在于，光伏并网装置的逆变主电路侧送来的装置故障信号，通过输入端子送给复杂可编程逻辑器件CPLD芯片，CPLD对故障信号进行逻辑和抗干扰滤波处理，再送给定点数字信号处理芯片-DSPa，DSPa根据故障信号的类型和性质，通过优化PWM信号的控制，调整光伏并网装置的运行，保障光伏并网装置可靠运行。
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