CN202444277U

CN202444277U - 一种适用于分布式发电的三相光伏并网发电装置

Info

Publication number: CN202444277U
Application number: CN2012200520958U
Authority: CN
Inventors: 罗安; 彭自强; 陈燕东; 谢三军; 张庆海; 周乐明; 周洁; 徐欣慰
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2022-02-17

Abstract

本实用新型公开了一种适用于分布式发电的三相光伏并网发电装置，包括主电路和控制电路，主电路包括光伏阵列、三相逆变器、输出滤波器、变压器；控制电路包括控制模块、电压和电流检测模块、IGBT驱动保护模块，还包括缓冲电阻、上位机，缓冲电阻接入输出滤波器和变压器之间，上位机与控制模块双向连接；所述变压器为升压隔离变压器，本实用新型能降低对光伏阵列直流侧电压的要求，防止并网瞬间产生极大的并网瞬时电流，保护IGBT模块内部二极管和滤波电容，确保DSP或电源模块正常工作，使装置可靠并网。

Description

一种适用于分布式发电的三相光伏并网发电装置

技术领域

本实用新型涉及光伏发电与电气技术领域，具体是一种适用于分布式发电的三相光伏并网发电装置。

背景技术

随着现代工业的发展，全球能源危机和环境污染问题日益严重。越来越多的国家开始意识到加强可再生能源的开发利用才是应对日益严重的环境问题、实现可持续发展的必由之路。太阳能是新能源和可再生能源的重要组成部分，而太阳能发电被认为是当前世界上最有发展前景的新能源技术，各发达国家纷纷投入巨额资金开发研究，并大力拓展市场应用。

光伏并网发电是太阳能发电技术的一种最主要形式，由于小功率并网发电效率不高、安全性差等问题，大功率光伏并网发电将是未来光伏发电的发展趋势。在大功率并网电站设计中，均采用三相并网输出方式，因此三相并网系统的性能优劣决定了整个电站能否稳定、安全运行。

目前国内三相光伏并网发电装置多采用直接并网模式，主电路中的输出滤波器直接与变压器连接，此种结构对光伏阵列直流侧电压要求高、并网谐波电流大且并网瞬间会产生极大的并网瞬时电流，容易导致IGBT模块内部二极管冲击损坏、滤波电容损坏、电流保护跳闸甚至引起DSP或电源模块不能正常工作，使装置不能可靠并网。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种构适用于分布式发电的三相光伏并网发电装置，降低对光伏阵列直流侧电压的要求，防止并网瞬间产生极大的并网瞬时电流，保护IGBT模块内部二极管和滤波电容，确保DSP或电源模块正常工作，使装置可靠并网。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种适用于分布式发电的三相光伏并网发电装置，包括主电路和控制电路，主电路包括光伏阵列、三相逆变器、输出滤波器、变压器，光伏阵列、三相逆变器、输出滤波器、变压器依次连接；控制电路包括控制模块、电压和电流检测模块、IGBT驱动保护模块，电压和电流检测模块与三相逆变器、输出滤波器并联，电压和电流检测模块、控制模块、IGBT驱动保护模块依次连接，IGBT驱动保护模块接入三相逆变器，电压和电流检测模块、变压器与三相电网连接；控制模块包括DSP处理器、A/D转换器、故障检测电路、保护电路、过零捕获电路、触摸液晶显示屏，A/D转换器、故障检测电路、保护电路、过零捕获电路接入DSP处理器，触摸液晶显示屏与DSP处理器双向连接，还包括缓冲电阻、上位机，缓冲电阻接入输出滤波器和变压器之间，上位机与控制模块双向连接；所述变压器为升压隔离变压器。

所述三相逆变器由三组IGBT模块并联组成，所述IGBT模块的型号为FF450R17ME3。

所述IGBT驱动保护模块采用CONCEPT公司的2SP0115T驱动板。

所述DSP处理器型号为TMS320F2812，设有可与上位机进行通讯的RS485通讯接口。。

所述电压和电流检测模块包括电压检测电路，电压检测电路采用了220/5V交流变压器和电压跟随器INA106芯片。

所述故障检测电路采用逻辑电路六反相器4069芯片和D触发器4013芯片。

所述保护电路包括直流侧电压保护电路，直流侧电压保护电路采用了LM393比较器、HCPL 4504光耦芯片和逻辑电路六反相器4069芯片，LM393比较器、HCPL 4504光耦芯片、逻辑电路六反相器4069芯片依次连接。

所述升压隔离变压器采用DY0连接，变压器变比k N1∶N2＝300∶400。升压隔离变压器的初级线圈连接有LC滤波电路。

所述过零捕获电路包括一级LM324电压跟随器电路、一级RC滤波电路、反并联二极管钳位电路、LM393比较器集成电路，一级LM324电压跟随器电路、一级RC滤波电路、反并联二极管钳位电路、LM393比较器集成电路依次连接。

与现有技术相比，本实用新型具体以下优点：主电路中连接有缓冲电阻，在并网瞬间能显著减小并网瞬时电流，保证装置可靠并网；主电路中连接有升压隔离变压器，能够使光伏发电系统与电网进行隔离，防止二者中的任何一方因故障导致整个系统受损，同时该变压器也能对电压进行升压，尽量减小装置对直流侧电压幅值的要求；本实用新型的三相光伏并网发电装置运行稳定、并网电流谐波含量低、并网功率因数高，能够可靠地提供有功功率，为电网输送高质量的电能。

附图说明

图1为本实用新型一实施例结构框图；

图2为本实用新型一实施例控制模块结构框图；

图3为本实用新型一实施例电路原理图；

图4为本实用新型一实施例电压和电流检测电路原理图；

图5为本实用新型一实施例故障检测电路原理图；

图6是本实用新型的直流侧电压保护电路原理图；

图7为本实用新型一实施例过零捕获电路原理图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型一实施例包括主电路和控制电路，主电路包括光伏阵列、三相逆变器、输出滤波器、变压器，光伏阵列、三相逆变器、输出滤波器、变压器依次连接；控制电路包括控制模块、电压和电流检测模块、IGBT驱动保护模块，电压和电流检测模块与三相逆变器、输出滤波器并联，电压和电流检测模块、控制模块、IGBT驱动保护模块依次连接，IGBT驱动保护模块接入三相逆变器，电压和电流检测模块、变压器与三相电网连接；控制模块包括DSP处理器、A/D转换器、故障检测与保护电路、过零捕获电路、触摸液晶显示屏，A/D转换器、故障检测电路、保护电路、过零捕获电路接入DSP处理器，触摸液晶显示屏与DSP处理器双向连接，还包括缓冲电阻、上位机，缓冲电阻接入输出滤波器和变压器之间，上位机与控制模块双向连接；所述变压器为升压隔离变压器。

光伏阵列输出的直流电能经过三相逆变器逆变为三相交流，经LC滤波器滤波并通过变压器升压隔离后，在断路器的控制作用下并入三相电网。电压和电流检测模块分别检测光伏阵列电压、直流侧电流、三相电网电压和三相并网电流并将检测结果输送入控制模块，控制模块经过运算处理后输出PWM脉冲经过IGBT驱动保护模块放大后控制IGBT模块中IGBT的导通、关断。

为了提高A/D转换精度，本实用新型选用片外A/D芯片AD7656，它具有6独立的ADC双通道。过零捕获电路检测电网电压过零点，实现并网电流与电网电压的同步，有效地提高并网功率因数。所述DSP处理器采用基于高性能浮点的32位型号为TMS320F2812的DSP处理器，负责进行系统的协调，实现最大功率跟踪、并网电流综合控制、通讯和故障保护以及人机接口。本实用新型采用电压外环、电流内环的双闭环控制方式，其中电压外环采用PI控制，电流内环采用基于功率前馈的无差拍电流控制。所述DSP处理器设有RS485通讯接口，可与远程调度计算机相连，将本地数据在远程显示，并可接受远程控制。触摸液晶显示屏与DSP处理器双向连接，能实时的显示平台的动态运行数据，并可通过触摸液晶显示屏对系统进行操作。

如图3所示，是本实用新型所述三相光伏并网发电装置电路结构图。主电路中三相逆变器为三相桥式逆变电路。在本实施例中，三相桥式逆变电路的功率管由3组含2个同桥臂互补导通的IGBT模块构成，IGBT模块型号为FF450R17ME3，设有过电压、过电流和过热故障检测电路；输出滤波电路采用典型的二阶低通LC滤波电路；升压隔离变压器采用DY0连接，为三相干式隔离变压器SG-F-100KVA/380V，进行升压隔离的同时实现滤除谐波的功能。为了抑制并网瞬间并网电流的冲击，电路中加入了4欧姆/1500瓦的缓冲电阻，缓冲电阻与交流接触器JK并联。受控制信号的作用，交流接触器控制缓冲电阻的投入、切除。在并网的初始时刻，交流接触器JK无控制信号保持常开状态，缓冲电阻被串联接入电路中，有效地限制并网瞬间并网电流的大小，以避免并网控制初始运行、系统尚未达到稳定时，电流保护电路动作。当电路运行达到正常稳定状态时，受控制信号作用，交流接触器JK的常开触点闭合，缓冲电阻被切除，装置以正常运行状态向电网输送功率。

如图4所示，是电压和电流检测电路原理图。三相并网电压的检测通过220V/5V交流变压器和一级电压跟随器实现，电压跟随器采用INA106芯片构成，三相并网电压首先经过交流变压器降为与AD芯片匹配的模拟信号，然后经过一级电压跟随器提高输入阻抗与输出进行有效隔离；三相逆变器输出电流、直流测电压通过分压电阻和一级比较运算放大器实现，采用的比较运算放大器型号为LM324。经传感器转换的小电流信号首先由采样电阻变成电压信号，然后经过一个稳定可靠的RC滤波器，对长距离信号传输中带来的干扰信号进行滤波处理，之后加入保护二极管完成对信号的限幅，抑制尖峰干扰，对后续电路做保护；再经过正向放大电路，调理成适合AD芯片采集的-10～+10V之间的信号。

如图5所示，是故障检测电路原理图。故障检测电路通过逻辑电路六反相器和D触发器实现，对IGBT模块进行故障检测。故障脉冲信号经过逻辑电路六反相器后，其输出信号作为D触发器的触发脉冲信号输入，在触发脉冲的作用下D触发器输出故障信号。其中逻辑电路六反相器采用4069芯片，D触发器采用4013芯片。

如图6所示，是直流侧电压保护电路原理图，直流电压检测电路的输出Udc采样值与直流电压整定值比较后，经过高速、高共模比的光耦隔离芯片HCPL4504后通过逻辑电路六反相器4069实现电平转换输入DSP。

如图7所示，是过零捕获电路原理图。检测到的电网电压交流信号首先经过220V/5V交流变压器和一级电压跟随器提高输入阻抗，一级RC滤波电路滤除干扰毛刺，反向并联的两个二极管组成钳位电路将电压钳位在-0.7V～+0.7V之间，最后经过LM393同零电位比较后得到电压过零方波信号CAP。该信号由DSP的CAP单元捕获，在下降沿触发CAP中断请求，中断程序中校正输出指令电流使之与电网电压同步。

Claims

1.一种适用于分布式发电的三相光伏并网发电装置，包括主电路和控制电路，主电路包括光伏阵列、三相逆变器、输出滤波器、变压器，光伏阵列、三相逆变器、输出滤波器、变压器依次连接；控制电路包括控制模块、电压和电流检测模块、IGBT驱动保护模块，电压和电流检测模块与三相逆变器、输出滤波器并联，电压和电流检测模块、控制模块、IGBT驱动保护模块依次连接，IGBT驱动保护模块接入三相逆变器，电压和电流检测模块、变压器与三相电网连接；控制模块包括DSP处理器、A/D转换器、故障检测电路、保护电路、过零捕获电路、触摸液晶显示屏，A/D转换器、故障检测电路、保护电路、过零捕获电路接入DSP处理器，触摸液晶显示屏与DSP处理器双向连接，其特征在于，还包括缓冲电阻、上位机，缓冲电阻接入输出滤波器和变压器之间，上位机与控制模块双向连接；所述变压器为升压隔离变压器。

2.根据权利要求1所述的适用于分布式发电的三相光伏并网发电装置，其特征在于，所述三相逆变器由三组IGBT模块并联组成，所述IGBT模块的型号为FF450R17ME3。

3.根据权利要求1所述的适用于分布式发电的三相光伏并网发电装置，其特征在于，所述IGBT驱动保护模块采用CONCEPT公司的2SP0115T驱动板。

4.根据权利要求1所述的适用于分布式发电的三相光伏并网发电装置，其特征在于，所述DSP处理器型号为TMS320F2812，设有RS485通讯接口。

5.根据权利要求1所述的适用于分布式发电的三相光伏并网发电装置，其特征在于，所述电压和电流检测模块包括电压检测电路，电压检测电路采用220/5V交流变压器和电压跟随器INA106芯片。

6.根据权利要求1所述的适用于分布式发电的三相光伏并网发电装置，其特征在于，所述故障检测电路采用逻辑电路六反相器4069芯片和D触发器4013芯片。

7.根据权利要求1所述的适用于分布式发电的三相光伏并网发电装置，其特征在于，所述保护电路包括直流侧电压保护电路，直流侧电压保护电路采用LM393比较器、HCPL 4504光耦芯片和逻辑电路六反相器4069芯片，LM393比较器、HCPL 4504光耦芯片、逻辑电路六反相器4069芯片依次连接。

8.根据权利要求1所述的适用于分布式发电的三相光伏并网发电装置，其特征在于，所述升压隔离变压器采用DY0连接。

9.根据权利要求1所述的适用于分布式发电的三相光伏并网发电装置，其特征在于，所述过零捕获电路包括一级LM324电压跟随器电路、一级RC滤波电路、反并联二极管钳位电路、LM393比较器集成电路，一级LM324电压跟随器电路、一级RC滤波电路、反并联二极管钳位电路、LM393比较器集成电路依次连接。