CN201266891Y - 并网型太阳能光伏逆变器 - Google Patents

并网型太阳能光伏逆变器 Download PDF

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钟宇明
刘家恒
文励洪
仲照东
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Abstract

本实用新型公开一种并网型太阳能光伏逆变器，包括有一以太阳能电池板作为输入电源的主逆变电路和与所述主逆变电路相连的控制电路，所述主逆变电路的输出端并入电网，其中，所述控制电路为一基于DSP的数字控制系统，且所述主逆变电路通过传感器与所述基于DSP的数字控制系统形成闭环控制系统。本实用新型大大提高了太阳能发电的效率。

Description

并网型太阳能光伏逆变器
技术领域
本实用新型涉及光伏发电逆变技术，尤其涉及一种并网型太阳能光伏逆变器。
背景技术
太阳能光伏发电是目前已知发电方式中最清洁、最安全、潜力最大的新兴发电方式，预计在未来15年左右的时间内，光伏发电成本将会持续降低到可与常规发电成本相竞争的水平。目前，我国虽然已经将光伏产业正式纳入国家能源发展的中长期规划，但与德国、日本、美国等世界先进国家已经将太阳能纳入能源储备战略相比较，我国在这方面的研究水平还存在一定差距。
由于现阶段科技水平的限制，太阳能电池的转换效率始终比较低，一般在16％左右。而且其制造工艺和成本的限制，使得太阳能电池板的销售价格居高不下。所以在有限的资源下如何最大限度的提供发电效率是现阶段光伏逆变器的关键。
并网型太阳能光伏逆变器的研制包含很多关键技术，例如主逆变电路的拓扑结构选择、控制器及控制方式的选择、并网方式等。
主逆变电路拓扑结构：随着近十几年电力电子技术的发展，许多大容量低成本的MOS管和IGBT上市，产生了许多逆变器的拓扑结构。目前常用的拓扑结构参考图1—图2。
控制器及控制方式：在逆变器的控制器选择上早期的有专用芯片产生PWM，然后通过模拟电路来实现驱动和信号的检测。控制方式也是传统的模拟电路控制，其方法简单、单一。
并网方式：传统的方法是使用模拟电路产生过零捕捉电路，然后反馈到控制器去跟踪电网的相位，以实现并网。
综上所述，现有技术中的并网型太阳能光伏逆变器基本上通过模拟电路实现，简单、单一，准确率低，导致能源不能充分有效地利用。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种并网型太阳能光伏逆变器，该逆变器可大大提高太阳能发电的效率。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
并网型太阳能光伏逆变器，包括有一以太阳能电池板作为输入电源的主逆变电路和与所述主逆变电路相连的控制电路，所述主逆变电路的输出端并入电网，其中，所述控制电路为一基于DSP的数字控制系统，且所述主逆变电路通过传感器与所述基于DSP的数字控制系统形成闭环控制系统。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型的实施例通过结合DSP技术和太阳能光伏逆变技术形成闭环控制系统，从而大大提高了太阳能发电的效率。
下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。
附图说明
图1是现有技术中一种主逆变电路的电路原理图。
图2是现有技术中另一种主逆变电路的电路原理图。
图3是本实施例提供的并网型太阳能光伏逆变器一个实施例的组成结构图。
图4是本实施例提供的并网型太阳能光伏逆变器一个实施例中主逆变电路的电路原理图。
具体实施方式
参考图3，该图是本实施例提供的并网型太阳能光伏逆变器一个实施例的组成结构图；如图所示，本实施例主要包括有一以太阳能电池板1作为输入电源的主逆变电路2和与所述主逆变电路相连、作为控制电路的基于数字信号处理(Digtal Signle Process，DSP)的数字控制系统3，所述主逆变电路的输出端并入电网4，并且，主逆变电路2通过传感器5与DSP系统4形成闭环控制系统。
下面详细描述本实施例各主要部分的功能和连接关系。
参考图4，本实施例中，主逆变电路采用2级隔离式的结构，它主要包括有依次连接的DC-AC逆变电路、高频变压电路、桥式整流电路、以及工频换向电路。高频变压器Transformer的原边为低压侧、副边为高压侧，其变比为1∶13，最大频率为50KHZ，功率为3KW。连接在变压器副边的是二极管全波整流桥和工频的全桥换向电路，从所述全桥换向电路输出50HZ正弦波形的电压通过T型的LC滤波电路并入电网。这种拓扑结构与图1和图2所示的拓扑结构相比，其优点有：变压器原边侧为低压直流，对控制电路的元器件和MOS管的安全威胁小；变压器为高频变压器，体积小，成本少。
最大功率点跟踪(Maxnmm Power Point Tracing，MPPT)是太阳能并网逆变器研究中的关键技术，传统的方法采用恒电压控制法，这种方法简单但是精度差，不能有效的跟踪最大功率点。
另外，为了保证在电网断电的情况下，逆变器必须及时切断对电网电能的输入，这就涉及到如何准确快速的判断电网断电的情况，即孤岛效应检测技术。
而本实施例的DSP系统3利用DSP高速高性能数据计算能力，可以把高效准确的最大功率点跟踪算法和孤岛检测算法实现在本实施例中。
具体实现时，在MPPT算法上，采用基于梯度的最优功率点跟踪算法，此种算法在太阳能电池板最大功率点的跟踪上有快速、准确、稳定的优点；在孤岛效应的检测上，采用瞬时功率和电压检测方法。
具体地，DSP系统3还可具体包括以下部分：
中心控制模块31，作为系统的控制处理中心，执行对系统中各模块的控制指令和数据分析处理，具体实现时，它可以采用TI公司的TMS320LF2407A控制器，此种控制器运算速度为40MIPS，接口丰富，不但可以保证运算性能，还可以方便地扩展外部资源；
脉冲宽度调制(Pulse-Width Modulation，PWM)驱动模块32，连接在所述中心控制模块31和主逆变电路2之间，具体实现时，它包含50KHZ的正弦波脉冲宽度调制(Sinewave Pulse-Width Modulation，SPWM)控制子模块321、50Hz的PWM换向控制子模块322，所述SPWM控制子模块321和PWM换向控制子模块322并列设置，DSP系统输出带有死区的PWM信号后，可通过光耦隔离和MOS驱动芯片驱动MOS的动作；由于系统是多环反馈的，故产生的SPWM在不断地变化。
AD转换模块33，连接在所述传感器和中心控制模块之间，实现传感器模拟信号与系统数字信号之间的AD转换。
太阳跟踪模块34，与中心控制模块和所述太阳能电池板相连，用于根据太阳光照射范围实时调整太阳能电池板的位置，以得到最大的发电效率；具体实现时，它主要包括有2自由度的支架、2个步进电机、以及与所述步进电机相连的驱动控制电路，其具体的控制算法可直接写入DSP系统。
图像数据接口35，与所述中心控制模块相连，用于建立系统和显示设备之间的连接，将系统运行的数据传输到所述显示设备，从而通过显示设备，如LCD，实时显示系统的运行方式、参数、时间、工作效率和发电量等，使用户很方便地了解运行情况。
串行通信接口(Serial Communication Interface，SCI)模块36，与所述中心控制模块相连，用于建立系统和其他控制设备之间的连接，执行系统和其他控制设备之间的控制数据交换，具体实现时，该模块采用232通信方式，它可以编写监测软件，使系统参数能实时传递到其他控制设备(如电脑)上面；也可以通过监测软件来控制系统的运行。
另外，本实施例还包括有以下部分：
时钟保持模块6，与所述中心控制模块相连，用于为所述数字信号处理系统提供准确的时间基准，保证系统运行时间的准确性，具体实现时，可采用时钟芯片DS1302；
供电模块7，与所述数字信号处理系统和主逆变电路相连，用于向所述数字信号处理系统和主逆变电路提供工作电源，具体实现时，它可以想系统提供本系统的3.3V、5V、15V、-15V、24V、6路12V的隔离电源，以确保系统的正常运行。
本实用新型可广泛应用于住宅型太阳能光伏并网发电、小型发电站、UPS、实验教学等。它具有以下优点：
经济性，利用少量的硬件资源，充分使用数字信号处理的方式，节省了许多元器件、降低了成本；
商业性，集成了大量可扩展的接口，同时体积小巧，安装方便，价格低廉，系统安全，可用于商业化的批量生产。
系统采用模块化的设计，在后期系统升级上方便，只要替换相关的模块即可。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1、一种并网型太阳能光伏逆变器，包括有一以太阳能电池板作为输入电源的主逆变电路和与所述主逆变电路相连的控制电路，所述主逆变电路的输出端并入电网，其特征在于：
所述控制电路为一基于DSP的数字控制系统，且所述主逆变电路通过传感器与所述基于DSP的数字控制系统形成闭环控制系统。
2、如权利要求1所述的并网型太阳能光伏逆变器，其特征在于，所述基于DSP的数字控制系统包括有：
作为系统的控制处理中心，执行对系统中各模块的控制指令和数据分析处理的中心控制模块；
连接在所述中心控制模块和主逆变电路之间的PWM驱动模块；
连接在所述传感器和中心控制模块之间的AD转换模块。
3、如权利要求2所述的并网型太阳能光伏逆变器，其特征在于，所述PWM驱动模块包括有：
并列设置的SPWM控制子模块和PWM换向控制子模块。
4、如权利要求3所述的并网型太阳能光伏逆变器，其特征在于，所述基于DSP的数字控制系统还包括有：
太阳跟踪模块，与中心控制模块和所述太阳能电池板相连，用于根据太阳光照射范围实时调整太阳能电池板的位置。
5、如权利要求4所述的并网型太阳能光伏逆变器，其特征在于，所述基于DSP的数字控制系统还包括有：
图像数据接口，与所述中心控制模块相连，用于建立系统和显示设备之间的连接，将系统运行的数据传输到所述显示设备；
串行通信接口模块，与所述中心控制模块相连，用于建立系统和其他控制设备之间的连接，执行系统和其他控制设备之间的控制数据交换。
6、如权利要求4所述的并网型太阳能光伏逆变器，其特征在于，该装置还包括有：
时钟保持模块，与所述中心控制模块相连，用于为所述数字信号处理系统提供准确的时间基准；
供电模块，与所述数字信号处理系统和主逆变电路相连，用于向所述数字信号处理系统和主逆变电路提供工作电源。
7、如权利要求4所述的并网型太阳能光伏逆变器，其特征在于，所述太阳跟踪模块包括有：
两个自由度的支架、分别与所述支架相连的两个步进电机、以及与所述步进电机相连的驱动控制电路。
8、如权利要求1-7中任一项所述的并网型太阳能光伏逆变器，其特征在于，所述主逆变电路包括有逆变器拓扑结构，包括有依次连接的太阳能电池板、DC-AC逆变电路、高频变压电路、桥式整流电路、以及工频换向电路。
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