CN202488152U

CN202488152U - 多路dc输入的光伏并网逆变器母线电压自适应控制装置

Info

Publication number: CN202488152U
Application number: CN2012200036832U
Authority: CN
Inventors: 朱国军; 张永; 马志保; 黄才能; 张圣杰; 姚俊; 彭凯; 谢富华
Original assignee: Anhui Ehe New Energy Techco Ltd
Current assignee: Anhui Ehe New Energy Techco Ltd
Priority date: 2012-01-06
Filing date: 2012-01-06
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2022-01-06

Abstract

本实用新型公开了一种可以实现宽范围多路DC输入的光伏并网逆变器母线电压自适应控制装置，包括多路Boost输入单元（B）、逆变并网输出单元（INV）和DSP（U1）控制单元，每路Boost输入单元输入端分别接有一组光伏组件（PV），每路Boost输入单元输出端分别接有中枢点母线（BUS）；逆变并网输出单元（INV）的输入端接中枢母线（BUS），逆变并网输出单元（INV）的输出端接入电网。本实用新型使用DSP采取直流母线电压自适应控制方法，使不同位置上的光伏组件均可追踪到最大功率点，避免了同一时间不同地点由于太阳光照强度、温度等条件差异所造成的能量损失，在提高光能利用率的同时，还保持了较高整机效率。

Description

多路DC输入的光伏并网逆变器母线电压自适应控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种可以实现宽范围多路DC输入的光伏并网逆变器母线电压自适应控制装置。

背景技术

太阳能作为一种重要的可再生能源，其资源丰富清洁，是人类可持续发展能源战略中的一个重要组成部分，近年来发展迅速，其中与建筑结合的光伏并网发电是近年来在城市中大力推广应用的一个重要方向。

但是与建筑结合使得光伏方阵安装方式多样化(如阳台安装、屋顶安装、墙面安装) 导致各支路受光条件不均，输出功率失配。如果采用集中式最大功率跟踪，整体效率将严重降低，特别是在使用不同特性的光伏方阵时，此特点表现更加明显。为解决此问题，可对各支路单独设置最大功率跟踪环节，通过直流母线汇总后逆变再并入电网。当各支路光伏方阵的特性不同或光照及温度条件不同时，各支路可独立进行最大功率跟踪，使自身支路工作在最大功率点上，从而解决了各支路之间的功率失配问题。多支路最大功率跟踪型并网逆变器安装灵活、维修方便、能够最大限度地利用太阳辐射能量、有效地克服支路间功率失配所带来的系统整体效率低下的缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以实现宽范围多路DC 输入的光伏并网逆变器母线电压自适应控制装置，以实现不同位置上的光伏阵列均可追踪到最大功率点，且能保持较高整机效率。

本实用新型的技术方案如下：

一种可以实现宽范围多路DC输入的光伏并网逆变器直流母线电压自适应控制装置，其特征在于：包括多路Boost输入单元（B）、逆变并网输出单元（INV）和DSP（U1）控制单元，每路Boost输入单元输入端分别接有一组光伏组件（PV），每路Boost输入单元输出端分别接有中枢点母线（BUS）；所述逆变并网输出单元（INV）的输入端接中枢母线（BUS），逆变并网输出单元（INV）的输出端接入电网；所述多路Boost输入单元（B）和逆变并网输出单元（INV）分别包含有信号传感器，多路Boost输入单元（B）的信号传感器的输出端和逆变并网输出单元（INV）的信号传感器的输出端分别接DSP的信号输入端。

所述的可以实现宽范围多路DC输入的光伏并网逆变器母线电压自适应控制装置，其特征在于：每路Boost输入单元均包括输入光伏阵列滤波电容（C1）、共模抑制电感（L1）、升压电感（L2）、快恢复二极管（D1）、IGBT、母线支撑电容（C2）、升压PWM驱动芯片（U2）、输入电压传感器（VT1）、输入电流传感器（CT1）以及由每路Boost输入单元共用的母线电压传感器（VT2）；IGBT的控制端接升压PWM驱动芯片（U2）输出端，升压PWM驱动芯片（U2）输入端接DSP（U1）的控制信号输出端。

所述的可以实现宽范围多路DC输入的光伏并网逆变器母线电压自适应控制装置，其特征在于：所述的逆变输出单元包括全桥逆变模块、交流滤波电感（L3）、交流滤波电容（C3）、继电器（JS）、共模抑制电感（L4）、全桥PWM驱动芯片（U3）、继电器驱动芯片（U4）、电网电压传感器（VT3）、电网电流传感器（CT2）。

所述的可以实现宽范围多路DC输入的光伏并网逆变器母线电压自适应控制装置，其特征在于：所述输入电压传感器（VT1）和输入电流传感器（CT1）的输出端分别接入光伏阵列（PV）的输出端，输入电压传感器（VT1）和输入电流传感器（CT1）的输出端接DSP（U1）的信号输入端；所述母线电压传感器（VT2）的输入端接中枢点母线（BUS），母线电压传感器（VT2）的输出端接DSP（U1）的信号输入端；所述全桥逆变模块的控制端接全桥PWM驱动芯片（U3）输出端，全桥PWM驱动芯片（U3）的输入端连接DSP（U1）的控制信号输出端；所述继电器（JS）的控制端接继电器驱动芯片（U4）输出端，继电器驱动芯片（U4）的输入端接DSP（U1）的控制信号输出端；所述电网电压传感器（VT3）和电网电流传感器（CT2）分别接入逆变并网输出单元（INV）输出端及电网的输入端，电网电压传感器（VT3）和电网电流传感器（CT2）的输出端分别接DSP（U1）的信号输入端。

所述的可以实现宽范围多路DC输入的光伏并网逆变器母线电压自适应控制装置，其特征在于：所述DSP（U1）采用TMS320LF2406A，包含有三路Boost输入单元，三路Boost输入单元中三个升压PWM驱动芯片（U2）的输入端分别接DSP（U1）的PWM7、PWM8和PWM9端；所述驱动芯片（U2）采用ACPL-332J，三个输入电压传感器（VT1）的输出端分别接DSP（U1）的ADCIN00、ADCIN01和ADCIN02端，三个输入电流传感器（CT1）的输出端分别接DSP（U1）的母线电压传感器（VT2）的ADCIN03、ADCIN04和ADCIN05端，母线电压传感器（VT2）的输出端接DSP（U1）的ADCIN06端；所述逆变并网单元中全桥PWM驱动芯片（U3）的输入端分别连接DSP（U1）的PWM1、PWM2、PWM3和PWM4端，所述的全桥PWM驱动芯片（U3）采用4颗ACPL-332J，电压传感器（VT3）和电流传感器（CT2）的输出端分别接DSP（U1）的ADCIN07和ADCIN08端，继电器驱动芯片（U4）输入端连接DSP（U1）的IOPA4端；所述继电器驱动芯片采用MC1413。

所述DSP（U1）对输入电压传感器（VT1）及输入电流传感器（CT1）的输入信号，采取一种非主动扰动最大功率跟踪方法处理，产生Boost输入单元的升压PWM驱动芯片（U2）输入信号；DSP（U1）对输入电压传感器（VT3）、输入电流传感器（CT2）和母线电压传感器（VT2）的输入信号，采取并网控制算法处理，产生全桥PWM驱动芯片（U3）输入信号，在整个过程中中枢母线电压取关键作用。母线电压大小首先要满足所有Boost输入单元能实现最大功率跟踪，同时要满足并网逆变及并网过程中电网的变化，过大的母线电压会引起整机效率的偏低。

所述中枢母线电压（BUS）应能自适应调整，即要满足所有Boost输入单元能实现最大功率跟踪，同时要满足并网逆变及并网过程中电网变化。从满足并网逆变及并网过程中电网变化的要求来讲，母线电压取当前电网整流电压加50V；从满足所有Boost输入单元能实现最大功率跟踪来讲，母线电压取最大一个最大工作电压Vmp加10V；若同时要同时满足上述要求则选取两者中最大的值。

本实用新型的有益效果：

本实用新型使用DSP采取直流母线电压自适应控制方法，使不同位置上的光伏组件均可追踪到最大功率点，避免了同一时间不同地点由于太阳光照强度、温度等条件差异所造成的能量损失，在提高光能利用率的同时，还保持了较高整机效率。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理图。

图2为本实用新型直流母线电压自适应控制装置的算法流程图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型包括：DSP、三路Boost输入单元B1、B2、B3、逆变并网输出单元INV。每个Boost输入单元包括：输入光伏阵列滤波电容C1、共模抑制电感L1、升压电感L2、快恢复二极管D1、绝缘栅双极型晶体管IGBT、母线支撑电容C2、升压PWM驱动芯片U2、输入电压传感器VT1、输入电流传感器CT1。逆变并网输出单元包括：全桥逆变模块、交流滤波电感L3、交流滤波电容C3、继电器JS、共模抑制电感L4、全桥PWM驱动芯片U3、继电器驱动芯片U4、电网电压传感器VT3、电网电流传感器CT2。光伏阵列的输出端接Boost输入单元，Boost输入单元的输出端接中枢母线Bus的输入端中枢母线Bus的输出端接逆变并网输出单元，逆变并网输出单元输出端接电网。输入电压传感器VT1、输入电流传感器CT1的输入端接光伏组件的输出端，输入电压传感器VT1、输入电流传感器CT1的输出端分别连接数字处理器（DSP）TMS320LF2406A的A/D转换单元输入端ADCIN00、ADCIN03口；数字处理器TMS320LF2406A的PWM单元的输出端PWM7口接升压PWM驱动芯片U2（ACPL-332J）的输入端，升压PWM驱动芯片U2的输出端接Boost升压电路的IGBT控制端。母线电压传感器的输出端接数字处理器（DSP）TMS320LF2406A的A/D转换单元输入端ADCIN06口。电网电压传感器和电网电流传感器分别接入逆变输出端及电网的输入端，电网电压传感器和电网电流传感器的输出端分别接数字处理器（DSP）TMS320LF2406A的A/D转换单元输入端ADCIN07和ADCIN08口，逆变并网单元中全桥PWM驱动芯片U3入端分别连接数字处理器TMS320LF2406A的PWM单元的输出端PWM1、PWM2、PWM3和PWM4口，继电器驱动芯片输入端连接数字处理器（DSP）TMS320LF2406A的I/O口IOPA4。

本实用新型的数字处理器DSP采用TMS320LF2406A，它的引脚较多，可以适应于多路MPPT的DC输入。但综合考虑处理器的有限中断时间处理控制代码，同时满足实现每路DC快速MPPT跟踪，建议多路为不超过三路MPPT的DC输入。

参见图2，从图中可以看出，本算法可以实现多路DC输入的MPPT的快速跟踪及高效率并网逆变。

算法具体步骤如下：

步骤1：首先检测电网电压是否满足国家电网规定范围内，同时检测光伏阵列中最大开路电压是否满足并网启动电压，若满足则吸合继电器JS，否则继续检测电网电压及光伏阵列中最大开路电压。

步骤2：逆变器启动后，检测光伏阵列1、2、3电压与电流，采用非主动扰动最大功率算法，得出每路Boost输入单元的IGBT导通占空比，使每路光伏阵列工作在最大功率上。同时获取各路阵列最大工作指令电压V1mp*、V2mp*和V3mp*。

步骤3：取V1mp*、V2mp*和V3mp*中最大值送入变量Vmp*，将Vmp*加10V与当前电网整流电压加50V进行比较，取最大值最为母线直流电压Udc*，此时的Udc*即满足每路光伏阵列能分别独立进行最大功率跟踪，同时满足并网逆变且适应电网电压的变化。同时避免了取过高的Udc*电压引起整机效率下降。

步骤4：检测电网电压、电网电流和母线电压，采用电压电流双闭环并网控制方法，输出全桥逆变所需PWM控制波形，从而实现并网运行。

本实用新型可以每路光伏阵列能分别独立进行最大功率跟踪，同时满足并网逆变且适应电网电压的变化。同时避免了取过高的Udc*电压引起整机效率下降。

Claims

1.一种可以实现宽范围多路DC输入的光伏并网逆变器母线电压自适应控制装置，其特征在于：包括多路Boost输入单元（B）、逆变并网输出单元（INV）和DSP（U1）控制单元，每路Boost输入单元输入端分别接有一组光伏组件（PV），每路Boost输入单元输出端分别接有中枢点母线（BUS）；所述逆变并网输出单元（INV）的输入端接中枢母线（BUS），逆变并网输出单元（INV）的输出端接入电网；所述多路Boost输入单元（B）和逆变并网输出单元（INV）分别包含有信号传感器，多路Boost输入单元（B）的信号传感器的输出端和逆变并网输出单元（INV）的信号传感器的输出端分别接DSP的信号输入端。

2.根据权利要求1所述的可以实现宽范围多路DC输入的光伏并网逆变器母线电压自适应控制装置，其特征在于：每路Boost输入单元均包括输入光伏阵列滤波电容（C1）、共模抑制电感（L1）、升压电感（L2）、快恢复二极管（D1）、IGBT、母线支撑电容（C2）、升压PWM驱动芯片（U2）、输入电压传感器（VT1）、输入电流传感器（CT1）以及由每路Boost输入单元共用的母线电压传感器（VT2）；IGBT的控制端接升压PWM驱动芯片（U2）输出端，升压PWM驱动芯片（U2）输入端接DSP（U1）的控制信号输出端。

3.根据权利要求1所述的可以实现宽范围多路DC输入的光伏并网逆变器母线电压自适应控制装置，其特征在于：所述的逆变输出单元包括全桥逆变模块、交流滤波电感（L3）、交流滤波电容（C3）、继电器（JS）、共模抑制电感（L4）、全桥PWM驱动芯片（U3）、继电器驱动芯片（U4）、电网电压传感器（VT3）、电网电流传感器（CT2）。

4.根据权利要求2或3所述的可以实现宽范围多路DC输入的光伏并网逆变器母线电压自适应控制装置，其特征在于：所述输入电压传感器（VT1）和输入电流传感器（CT1）的输出端分别接入光伏阵列（PV）的输出端，输入电压传感器（VT1）和输入电流传感器（CT1）的输出端接DSP（U1）的信号输入端；所述母线电压传感器（VT2）的输入端接中枢点母线（BUS），母线电压传感器（VT2）的输出端接DSP（U1）的信号输入端；所述全桥逆变模块的控制端接全桥PWM驱动芯片（U3）输出端，全桥PWM驱动芯片（U3）的输入端连接DSP（U1）的控制信号输出端；所述继电器（JS）的控制端接继电器驱动芯片（U4）输出端，继电器驱动芯片（U4）的输入端接DSP（U1）的控制信号输出端；所述电网电压传感器（VT3）和电网电流传感器（CT2）分别接入逆变并网输出单元（INV）输出端及电网的输入端，电网电压传感器（VT3）和电网电流传感器（CT2）的输出端分别接DSP（U1）的信号输入端。

5.根据权利要求1所述的可以实现宽范围多路DC输入的光伏并网逆变器母线电压自适应控制装置，其特征在于：所述DSP（U1）采用TMS320LF2406A，包含有三路Boost输入单元，三路Boost输入单元中三个升压PWM驱动芯片（U2）的输入端分别接DSP（U1）的PWM7、PWM8和PWM9端；所述驱动芯片（U2）采用ACPL-332J，三个输入电压传感器（VT1）的输出端分别接DSP（U1）的ADCIN00、ADCIN01和ADCIN02端，三个输入电流传感器（CT1）的输出端分别接DSP（U1）的母线电压传感器（VT2）的ADCIN03、ADCIN04和ADCIN05端，母线电压传感器（VT2）的输出端接DSP（U1）的ADCIN06端；所述逆变并网单元中全桥PWM驱动芯片（U3）的输入端分别连接DSP（U1）的PWM1、PWM2、PWM3和PWM4端，所述的全桥PWM驱动芯片（U3）采用4颗ACPL-332J，电压传感器（VT3）和电流传感器（CT2）的输出端分别接DSP（U1）的ADCIN07和ADCIN08端，继电器驱动芯片（U4）输入端连接DSP（U1）的IOPA4端；所述继电器驱动芯片采用MC1413。