CN202678980U - 基于新型z源逆变器的三相光伏并网系统 - Google Patents

基于新型z源逆变器的三相光伏并网系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型的基于新型Z源逆变器的三相光伏并网系统，涉及太阳能发电技术领域，旨在解决现有太阳能发电装置存在成本高、输出电压/电流的谐波畸变率较大等技术问题。本实用新型之Z源逆变器（2）连接LC滤波电路（3），后者分别连接电网（4）、霍尔电压传感器（10）和霍尔电流传感器（9）；电网（4）连接霍尔电流传感器（9）和霍尔电压传感器（10）；霍尔电流传感器（9）、霍尔电压传感器（10）和温度、湿度数据采集模块（11）的输出端连接数据处理单元（8）；DSP控制模块（6）连接MPPT控制单元（5）和数据处理单元（8），DSP控制模块（6）的输出端串接PWM信号驱动电路（7）和Z源逆变器（2）。

Description

基于新型Z源逆变器的三相光伏并网系统
技术领域
本实用新型专利涉及太阳能发电技术领域，特别涉及基于新型Z源逆变控制器的智能发电系统。
背景技术
目前，在我国现有的太阳能发电装置中，以传统的电压源型逆变器和电流源型逆变器使用较为普遍，但是它们都存在自身原理上的缺陷：如需要额外增加DC变换电路，使成本增加；以及在传统逆变器中加入死区，会造成系统输出电压/电流的谐波畸变率较大等。
因为Z源网络具有很大的灵活性，近几年得到了很大的发展，特别是针对光伏并网发电应用，基于Z源网络衍生出了许多新型变流器，但是这类逆变器存在对Z源网络中电容的耐压值要求较高、启动时系统的冲击电流较大等缺点，这些缺点在一定程度上束缚了太阳能发电装置的发展与应用。
发明内容
[0006] 本实用新型旨在解决现有太阳能发电装置存在成本高、输出电压/电流的谐波畸变率较大等技术问题，以提供一种成本低、输入电压范围宽、无死区、系统输出电能质量高的基于新型Z源逆变器的三相光伏并网系统。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。
本实用新型的基于新型Z源逆变器的三相光伏并网系统，太阳能电池板1分别连接Z源逆变器2的第一输入端和MPPT控制单元5，Z源逆变器2的输出端连接LC滤波电路3的输入端，后者的输出端分别连接电网4、霍尔电压传感器10的第一输入端和霍尔电流传感器9的第一输入端；电网4的第一输出端连接霍尔电流传感器9的第二输入端，其第二输出端连接霍尔电压传感器10的第二输入端；霍尔电流传感器9、霍尔电压传感器10和温度、湿度数据采集模块11的输出端连接数据处理单元8；DSP控制模块6的一对输入输出端连接MPPT控制单元5，另一对输入输出端连接数据处理单元8，DSP控制模块6的另一路输出端串接PWM信号驱动电路7和Z源逆变器2的第二输入端。
本实用新型的基于新型Z源逆变器的三相光伏并网系统，其中所述的Z源逆变器2由三相逆变桥15和Z源网络16构成，其中三相逆变桥15的正端连接太阳能电池板1的正端，三相逆变桥15的负端连接Z源网络16的电容一C1的负端，Z源网络16的电容二C2的正端连接太阳能电池板1的负端，电容一C1的正端和电容二C2的负端之间并联功率二极管D。
本实用新型基于新型Z源逆变器的三相光伏并网系统的有益效果：
本实用新型采用新型的Z源逆变器拓扑结构作为电能变换单元，不仅克服了传统控制器的不足，降低了成本，还有效地减小了Z源储能网络中电容的体积和重量，并使得系统具有一些传统逆变器所没有的特性，如输入电压范围宽、无死区，系统输出电能质量高等，由这种逆变器构成的光伏发电装置，在光伏并网发电应用上更具有优势。
同时，本实用新型集新型Z源逆变器和三点最小二乘法（最小二乘法是一种数学优化技术。它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。三点最小二乘法即在最大功率点附近取出三组数据，对他们进行最小二乘法拟合运算，得到最优值。）于一体，在有效地减小装置成本与重量的同时，完成太阳能电池的最大功率跟踪与电网的反孤岛效应，实现电能的高速、高性能的逆变，提高并网的质量与安全。
附图说明
图1 本实用新型之系统架构示意图
图2 本实用新型之Z源逆变器拓扑结构示意图
图中标号说明：
1 太阳能电池板、2 Z源逆变器、3 LC滤波电路、4 电网、5 MPPT控制单元、6、DSP控制模块、7 PWM信号驱动电路、8 数据处理单元、9 霍尔电流传感器、10 霍尔电压传感器、11 温度、湿度数据采集模块、12 6路PWM控制信号、15 三相逆变桥、16 Z源网络、17 逆变器输出、C1 电容一、C2 电容二、D 功率二极管、L1～L2 电感一～电感二、La～Lc 电感a～电感c、Ca～Cc 电容a～电容c、Q1～Q6 桥臂一～桥臂六
具体实施方式
本实用新型详细结构、应用原理、作用与功效，参照附图1-2，通过如下实施方式予以说明。
本实用新型的基于新型Z源逆变器的三相光伏并网系统，太阳能电池板1分别连接Z源逆变器2的第一输入端和MPPT控制单元5，Z源逆变器2的输出端连接LC滤波电路3的输入端，后者的输出端分别连接电网4、霍尔电压传感器10的第一输入端和霍尔电流传感器9的第一输入端；电网4的第一输出端连接霍尔电流传感器9的第二输入端，其第二输出端连接霍尔电压传感器10的第二输入端；霍尔电流传感器9、霍尔电压传感器10和温度、湿度数据采集模块11的输出端连接数据处理单元8；DSP控制模块6的一对输入输出端连接MPPT控制单元5，另一对输入输出端连接数据处理单元8，DSP控制模块6的另一路输出端串接PWM信号驱动电路7和Z源逆变器2的第二输入端。
Z源逆变器2由三相逆变桥15和Z源网络16构成，其中三相逆变桥15的正端连接太阳能电池板1的正端，三相逆变桥15的负端连接Z源网络16的电容一C1的负端，Z源网络16的电容二C2的正端连接太阳能电池板1的负端，电容一C1的正端和电容二C2的负端之间并联功率二极管D。
本实用新型集新型Z源控制器和最大功率点跟踪控制(MPPT)于一体，包括：功率变换单元、采样单元、控制单元和驱动单元四个部分。整个系统具有电压环和电流环双闭环控制，采用高性能DSP控制模块6作为主控制芯片，具有良好的反孤岛效应机制。
其中MPPT控制单元5利用高性能DSP控制模块6结合“三点最小二乘法”算法实现最大功率跟踪。
其中电压、电流双闭环控制电路，利用霍尔电流传感器9和霍尔电压传感器10采样电流、电压信号，经过处理后送入DSP控制模块6中进行高速运算后，作为反馈信号，控制并网电能的相位、频率等参数。
参见附图2，相比于常规逆变器，Z源逆变器通过逆变桥瞬间直通和关断来实现升降压功能，避免了普通逆变器因上下IGBT同时导通损坏器件的缺点，可以适应输入电压大范围变化的需要，采用的单级变换电路相比于通常的Boost电路加逆变器的二级变换电路能量转换效率较高。通过比较，该种拓扑结构电路，使得Z源网络中的电容电压值降低到几十伏，降低了装置的体积与重量，并且有效的抑制了常规Z源型逆变器启动时的内在电流冲击，对太阳能发电技术尤其是在高压、大功率装置中优势明显。
参见附图1，太阳能电池板1输出直流电经过由Z源网络和三相“H”桥构成的新型Z源逆变电路2完成逆变，再经过LC滤波电路3滤除高频谐波后并入电网4，实现光伏并网发电。高性能DSP控制模块6作为整个系统的控制核心，主要完成以下四部分工作：
1.  协调控制MPPT控制单元5检测太阳能电池板输出的电压、电流信号，采用“三点最小二乘法”快速实现最大功率点跟踪；
2.  控制数据处理单元8精确采样和处理霍尔电流传感器9、霍尔电压传感器10变换得到的数据，结合处理后的数据实现系统电流、电压双闭环控制；
3.  结合采样得到数据生成六路PWM控制信号12，经过驱动电路7驱动后直接控制六个IGBT模块通断，实现DC-AC和DC-DC变换功能；
4.  快速采样电网电压、电流的相位、频率，完成孤岛效应检测。整个系统以DSP作为主控制器，利用新型Z源逆变电路构成电能变换单元，不需额外增加DC变换电路，实现集DC-DC和DC-AC变换于一体的光伏发电装置，实现电能的高效率变换与安全并网。
综上所述，本实用新型基于新型Z源逆变器的三相光伏并网系统，集新型Z源逆变器和三点最小二乘法于一体，在有效地减小装置成本与重量的同时，完成太阳能电池的最大功率跟踪与电网的反孤岛效应，实现电能的高速、高性能的逆变，提高并网的质量与安全。

Claims (2)

1.基于新型Z源逆变器的三相光伏并网系统，其特征在于：太阳能电池板（1）分别连接Z源逆变器（2）的第一输入端和MPPT控制单元（5），Z源逆变器（2）的输出端连接LC滤波电路（3）的输入端，后者的输出端分别连接电网（4）、霍尔电压传感器（10）的第一输入端和霍尔电流传感器（9）的第一输入端；电网（4）的第一输出端连接霍尔电流传感器（9）的第二输入端，其第二输出端连接霍尔电压传感器（10）的第二输入端；霍尔电流传感器（9）、霍尔电压传感器（10）和温度、湿度数据采集模块（11）的输出端连接数据处理单元（8）；DSP控制模块（6）的一对输入输出端连接MPPT控制单元（5），另一对输入输出端连接数据处理单元（8），DSP控制模块（6）的另一路输出端串接PWM信号驱动电路（7）和Z源逆变器（2）的第二输入端。
2.根据权利要求2所述的基于新型Z源逆变器的三相光伏并网系统，其特征在于：所述的Z源逆变器（2）由三相逆变桥（15）和Z源网络（16）构成，其中三相逆变桥（15）的正端连接太阳能电池板（1）的正端，三相逆变桥（15）的负端连接Z源网络（16）的电容一（C1）的负端，Z源网络（16）的电容二（C2）的正端连接太阳能电池板（1）的负端，电容一（C1）的正端和电容二（C2）的负端之间并联功率二极管（D）。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102664425A (zh) * 2012-05-07 2012-09-12 雷霖 基于新型z源逆变器的三相光伏并网系统
CN104578881A (zh) * 2015-01-23 2015-04-29 北京理工大学 一种新型z源并网变流器
TWI499165B (zh) * 2013-03-20 2015-09-01 中原大學 用於固定功率需求之直流電源匯流排的再生能源系統與其方法
CN106301057A (zh) * 2015-05-12 2017-01-04 中国电力科学研究院 一种阻抗源型电池储能电力电子变换装置

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