專利名稱：電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)及其控制裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用導(dǎo)抗變換器實(shí)現(xiàn)電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)及其控制裝置和方法，特別是涉及具有改善并網(wǎng)電流諧波的高頻逆變器的調(diào)制方法。

背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的電流源型光伏并網(wǎng)逆變器通過串聯(lián)一個(gè)電感L(單相并網(wǎng)，三相時(shí)共3個(gè))實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)饋電，由于一般電網(wǎng)頻率較低(50Hz)，故該電感體積大，耗材多，損耗也大，這不利于裝置的小型化和降低成本，抑制電流諧波的能力也較差。圖2為傳統(tǒng)單相電流型逆變器示意圖；圖3為傳統(tǒng)單相電流型升壓逆變器示意圖；圖4為傳統(tǒng)三相電流型逆變器示意圖。
導(dǎo)抗變換器是導(dǎo)納-阻抗變換器的簡(jiǎn)稱，在實(shí)現(xiàn)導(dǎo)納-阻抗變換的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)電壓源和電流源之間的變換。使用集中參數(shù)元件L、C構(gòu)成的導(dǎo)抗變換器應(yīng)用于電力電子中，可以實(shí)現(xiàn)裝置小型化，減小能量傳遞過程中的損耗，是一種高效的能量傳遞裝置。
因此，將導(dǎo)抗變換器和光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起，利用導(dǎo)抗變換器實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)電流型并網(wǎng)，具有算法簡(jiǎn)單，便于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，體積小，效率高，受電網(wǎng)影響小等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的導(dǎo)抗變換器光伏并網(wǎng)發(fā)電控制系統(tǒng)和調(diào)制方法符合這一特點(diǎn)。


發(fā)明內(nèi)容
一種電流型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主電路，該主電路的高頻逆變器采用單片機(jī)生成高頻PWM脈沖信號(hào)，經(jīng)高頻驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)由半導(dǎo)體功率開關(guān)組成的高頻逆變器，將直流電壓逆變成高頻電壓，輸出到導(dǎo)抗變換器；導(dǎo)抗變換器經(jīng)過諧振變換，將上述高頻電壓變換成高頻電流，并輸出到高頻變壓器；高頻變壓器將導(dǎo)抗變換器輸出的高頻電流進(jìn)行隔離和電流等級(jí)變換后輸出到高頻整流器；高頻整流器將上述正負(fù)交變的電流整流成脈動(dòng)直流電流后輸出到工頻逆變器；工頻逆變器由單片機(jī)生成工頻脈沖信號(hào)經(jīng)工頻驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)工頻逆變器，將高頻整流器整流輸出的高頻脈動(dòng)直流電流逆變成含有高頻諧波且其基波分量為電網(wǎng)頻率的交流電流，然后輸出到低通濾波器；低通濾波器對(duì)其輸入電流進(jìn)行低通濾波形成工頻電流后并入到電網(wǎng)。
一種電流型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的調(diào)制方法，其中主要包括下述算法三角載波和三角調(diào)制波調(diào)制生成高頻PWM脈沖信號(hào)，經(jīng)高頻驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)高頻逆變器，高頻逆變器將直流電壓逆變成高頻電壓，高頻電壓經(jīng)導(dǎo)抗變換器諧振變換，生成具有正弦包絡(luò)線的高頻電流，用于減小并網(wǎng)電流諧波成分；另一方面，單片機(jī)根據(jù)電網(wǎng)電壓過零信號(hào)生成工頻脈沖信號(hào)，經(jīng)工頻驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)工頻逆變器，并保證并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓的同步，以提高系統(tǒng)功率因數(shù)。
根據(jù)上述的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案 一種電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，包括一個(gè)高頻逆變器、一個(gè)高頻變壓器和一個(gè)低通濾波器，其特征在于所述的高頻逆變器將光伏電池陣列輸入的直流電壓逆變成高頻電壓輸出到一個(gè)導(dǎo)抗變換器，所述的導(dǎo)抗變換器將高頻電壓變換成高頻電流輸出到所述的高頻變壓器，所述的高頻變壓器將高頻電流經(jīng)其隔離和電流等級(jí)變換后輸出到一個(gè)高頻整流器，所述的高頻整流器將高頻交流電流整流成高頻脈動(dòng)直流電流后輸出到一個(gè)工頻逆變器，所述的工頻逆變器將高頻脈動(dòng)直流電流變換成含有高頻諧波的工頻電流后輸出到所述的低通濾波器，所述的低通濾波器將含有高頻諧波的工頻電流進(jìn)行低通濾波后并入單相電網(wǎng)。
上述的電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，所述高頻逆變器的電路結(jié)構(gòu)是所述光伏電池陣列的正極連接到兩個(gè)功率晶體管V1、V3的集電極即漏極，光伏電池陣列的負(fù)極連接到另兩個(gè)功率晶體管V2、V4的發(fā)射極即源極，功率晶體管V1的發(fā)射極即源極連接到功率晶體管V2的集電極即漏極并輸出到所述導(dǎo)抗變換器的一個(gè)輸入端，功率晶體管V3的發(fā)射極即源極連接到功率晶體管V4的集電極即漏極并輸出到所述導(dǎo)抗變換器的另一個(gè)輸入端。
上述的電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，所述導(dǎo)抗變換器、高頻變壓器和高頻整流器的電路結(jié)構(gòu)是所述高頻逆變器的一個(gè)輸出連接到一個(gè)電感L1的aL1端，另一個(gè)輸出連接到一個(gè)電容C1的bc1端，電感L1的bL1端、電容C1的ac1端和一個(gè)電感L2的aL2端連接在一起，電感L2的bL2端連接到高頻變壓器的aT端，電容C1的bc1端連接到高頻變壓器的bT端，高頻變壓器的cT端連接到一個(gè)二極管VD5的陽極和另一個(gè)二極管VD6的陰極，高頻變壓器的dT端連接到一個(gè)二極管VD7的陽極和另一個(gè)二極管VD8的陰極，二極管VD5的陰極和二極管VD7的陰極連接在一起并輸出到所述的工頻逆變器，二極管VD6的陽極和二極管VD8的陽極連接在一起并輸出到所述的工頻逆變器。
上述的電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，所述工頻逆變器的電路結(jié)構(gòu)是所述高頻整流器的一個(gè)輸出連接到一個(gè)功率晶體管V5的集電極即漏極和另一個(gè)功率晶體管V7的集電極即漏極，功率晶體管V5的發(fā)射極即源極連接到一個(gè)二極管VD9的陽極，功率晶體管V7的發(fā)射極即源極連接到二極管VD11的陽極；所述高頻整流器的另一個(gè)輸出連接到一個(gè)二極管VD10的陰極和另一個(gè)二極管VD12的陰極，二極管VD10的陽極連接到功率晶體管V6的發(fā)射極即源極，二極管VD12的陽極連接到功率晶體管V8的發(fā)射極即源極；二極管VD9的陰極和功率晶體管V6的集電極即漏極連接在一起并輸出到所述低通濾波器，二極管VD11的陰極和功率晶體管V8的集電極即漏極連接在一起并輸出到所述低通濾波器。
上述的電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，所述低通濾波器的電路結(jié)構(gòu)是所述工頻逆變器的一個(gè)輸出端連接到一個(gè)電容C2的ac2端和一個(gè)電感L3的aL3端，另一個(gè)輸出端連接到電容C2的bc2端，電感L3的bL3端輸出到所述單相電網(wǎng)的一個(gè)輸入端，電容C2的bc2端輸出到所述單相電網(wǎng)的另一個(gè)輸入端。
一種用于上述電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制裝置，包括一個(gè)單片機(jī)，其特征在于由一個(gè)電流傳感器檢測(cè)并入單相電網(wǎng)的并網(wǎng)電流i輸入單片機(jī)，一個(gè)電壓傳感器測(cè)得光伏電池的電壓Ed輸入單片機(jī)，一個(gè)電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)檢測(cè)器檢測(cè)單相電網(wǎng)的電壓過零點(diǎn)信號(hào)輸入單片機(jī)，單片機(jī)還輸入并網(wǎng)輸出電流指令i*。單片機(jī)有二路輸出一路輸出高頻脈沖信號(hào)經(jīng)一個(gè)高頻驅(qū)動(dòng)電路去驅(qū)動(dòng)上述的高頻逆變器；另一路輸出工頻脈沖信號(hào)經(jīng)一個(gè)工頻驅(qū)動(dòng)電路去驅(qū)動(dòng)上述的工頻逆變器； 上述單片機(jī)根據(jù)并網(wǎng)輸出電流指令i*，改變?nèi)钦{(diào)制波的幅值，三角調(diào)制波與三角載波調(diào)制生成高頻脈沖信號(hào)，并由單片機(jī)輸出到高頻驅(qū)動(dòng)電路。高頻驅(qū)動(dòng)電路將其隔離和功率放大后驅(qū)動(dòng)高頻逆變器。
另一方面，電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)檢測(cè)器檢測(cè)出電網(wǎng)電壓的過零點(diǎn)，并輸出到單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)該過零點(diǎn)生成工頻脈沖信號(hào)，并輸出到工頻驅(qū)動(dòng)電路，工頻驅(qū)動(dòng)電路將其隔離和功率放大后驅(qū)動(dòng)工頻逆變器。
上述的高頻驅(qū)動(dòng)電路采用富士電機(jī)的EXB841、或日本英達(dá)的HR065、或日本三菱的M57962L、或夏普的PC923、或Agilent的HCPL-3120、或HCPL-316J、或美國IR公司的IR2110、或IR2130驅(qū)動(dòng)電路。上述的工頻驅(qū)動(dòng)電路采用富士電機(jī)的EXB841、或日本英達(dá)的HR065、或日本三菱的M57962L、或夏普的PC923、或Agilent的HCPL-3120、或HCPL-316J、或美國IR公司的IR2110、或IR2130驅(qū)動(dòng)電路。
一種用于電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，采用上述的控制裝置進(jìn)行控制，其特征在于控制步驟如下 1)將電壓傳感器檢測(cè)到的電流電壓Ed和電流傳感器檢測(cè)到的并網(wǎng)電流i輸入到單片機(jī)； 2)單片機(jī)根據(jù)下式計(jì)算出能夠輸出的電網(wǎng)電流IG 式中ω為電網(wǎng)頻率，為諧振阻抗，N為變壓器變比； 3)IG與指令電流i*比較 ①i*＞LG，逆變器(2)只輸出最大電流IG，并由單片機(jī)(12)報(bào)警提示已達(dá)到極限值； ②i*≤IG，則i*與實(shí)際檢測(cè)到的并網(wǎng)電流i比較

i*＞i，則通過增加調(diào)制深度M增大輸出電流，即M+ΔM；

i*＜i，則通過減小調(diào)制深度M減小輸出電流，即M-ΔM； 將調(diào)整后的調(diào)制深度M與最大、最小限幅比較，若超過限幅值，將最大或最小限幅值送入調(diào)制深度M。
4)調(diào)用高頻逆變器脈沖生成子程序，完成高頻逆變器脈沖寬度計(jì)算及驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成； 5)判斷是否捕捉到電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)信號(hào) ①捕捉到電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)信號(hào)，調(diào)用工頻逆變器脈沖生成子程序； ②沒有捕捉到電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)信號(hào)，跳到步驟6)； 6)返回。
上述的高頻逆變器脈沖生成子程序執(zhí)行如下步驟 1)根據(jù)電網(wǎng)頻率計(jì)算前一次程序調(diào)用時(shí)刻到當(dāng)前時(shí)刻并網(wǎng)電流運(yùn)行角度差Δθ； 2)將上次并網(wǎng)電流運(yùn)行角度θ加上角度差Δθ作為當(dāng)前并網(wǎng)電流運(yùn)行角度； 3)一旦計(jì)算得到的運(yùn)行角度超過360°，將計(jì)算角度減去360°作為當(dāng)前并網(wǎng)電流運(yùn)行角度； 4)根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行角度查三角波調(diào)制波表格，取出數(shù)據(jù)存入臨時(shí)寄存器Ttemp，將Ttemp與M相乘得到當(dāng)前運(yùn)行脈沖寬度M′； 5)根據(jù)高頻逆變器(2)載波頻率，取載波周期Ts與M′相乘，將計(jì)算結(jié)果送入單片機(jī)比較寄存器； 6)由單片機(jī)(12)PWM脈沖生成單元生成脈沖信號(hào)； 7)脈沖個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器T加1，判斷脈沖計(jì)數(shù)器的奇偶性。
①若是奇數(shù)，對(duì)單片機(jī)PWM脈沖生成器進(jìn)行控制，強(qiáng)制關(guān)斷V2、V3開關(guān)管，并使V1、V4開關(guān)管導(dǎo)通； ②若是偶數(shù)，強(qiáng)制關(guān)斷V1、V4開關(guān)管，并使V2、V3開關(guān)管導(dǎo)通； 8)返回。
上述的工頻逆變器脈沖生成子程序執(zhí)行如下步驟 1)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)， 2)判斷電網(wǎng)電壓是否為正半周 ①若是正半周，關(guān)斷v6、v7開關(guān)管，并使v5、v8開關(guān)管導(dǎo)通； ②若不是正半周(即負(fù)半周)，關(guān)斷v5、v8開關(guān)管，并使v6、v7開關(guān)管導(dǎo)通； 3)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)， 4)返回。



圖1本發(fā)明的電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)及其控制裝置。
圖2是傳統(tǒng)單相電流型逆變器示意圖。
圖3是傳統(tǒng)單相電流型升壓逆變器示意圖。
圖4是傳統(tǒng)三相電流型逆變器示意圖。
圖5是T-LCL型導(dǎo)抗變換器示意圖。
圖6是本發(fā)明的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主電路。
圖7是高頻逆變器輸出端的高頻電壓。
圖8是傳統(tǒng)的正弦波-正弦波PWM調(diào)制原理。
圖9是三角波-三角波調(diào)制策略示意圖。
圖10是三角波-三角波調(diào)制策略和高頻逆變器驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
圖11是三角波-三角波調(diào)制導(dǎo)抗變換器輸出端電流實(shí)驗(yàn)波形。
圖12是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓實(shí)驗(yàn)波形。
圖13是高頻PWM脈沖生成的算法流程圖。
圖14是高頻逆變器脈沖生成子程序框圖。
圖15是工頻逆變器脈沖生成子程序框圖。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下 實(shí)施例一(參見圖1) 本電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，包括一個(gè)高頻逆變器2、一個(gè)高頻變壓器4和一個(gè)低通濾波器7，其特征在于所述的高頻逆變器2將光伏電池陣列1輸入的直流電壓逆變成高頻電壓輸出到一個(gè)導(dǎo)抗變換器3，所述的導(dǎo)抗變換器3將高頻電壓變換成高頻電流輸出到所述的高頻變壓器4，所述的高頻變壓器4將高頻電流經(jīng)其隔離和電流等級(jí)變換后輸出到一個(gè)高頻整流器5，所述的高頻整流器5將高頻交流電流整流成高頻脈動(dòng)直流電流后輸出到一個(gè)工頻逆變器6，所述的工頻逆變器6將高頻脈動(dòng)直流電流變換成含有高頻諧波的工頻電流后輸出到所述的低通濾波器7，所述的低通濾波器7將含有高頻諧波的工頻電流進(jìn)行低通濾波后并入單相電網(wǎng)8。
上述的電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，其特征在于所述高頻逆變器2的電路結(jié)構(gòu)是所述光伏電池陣列1的正極連接到功率晶體管V1、V3的集電極(漏極)，光伏電池陣列1的負(fù)極連接到功率晶體管V2、V4的發(fā)射極(源極)，功率晶體管V1的發(fā)射極(源極)連接到功率晶體管V2的集電極(漏極)并輸出到所述導(dǎo)抗變換器3的一個(gè)輸入端，功率晶體管V3的發(fā)射極(源極)連接到功率晶體管V4的集電極(漏極)并輸出到所述導(dǎo)抗變換器3的另一個(gè)輸入端。
上述的電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，其特征在于所述導(dǎo)抗變換器3、高頻變壓器4和高頻整流器5的電路結(jié)構(gòu)是所述高頻逆變器2的一個(gè)輸出連接到電感L1的aL1端，另一個(gè)輸出連接到電容C1的bc1端，電感L1的bL1端、電容C1的ac1端和電感L2的aL2端連接在一起，電感L2的bL2端連接到高頻變壓器的aT端，電容C1的bc1端連接到高頻變壓器的bT端，高頻變壓器的cT端連接到二極管VD5的陽極和二極管VD6的陰極，高頻變壓器的dT端連接到二極管VD7的陽極和二極管VD8的陰極，二極管VD5的陰極和二極管VD7的陰極連接在一起并輸出到所述的工頻逆變器6，二極管VD6的陽極和二極管VD8的陽極連接在一起并輸出到所述的工頻逆變器6。
上述的電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，其特征在于所述工頻逆變器6的電路結(jié)構(gòu)是所述高頻整流器5的一個(gè)輸出連接到功率晶體管V5的集電極(漏極)和功率晶體管V7的集電極(漏極)，功率晶體管V5的發(fā)射極(源極)連接到二極管VD9的陽極，功率晶體管V7的發(fā)射極(源極)連接到二極管VD11的陽極；所述高頻整流器5的另一個(gè)輸出連接到二極管VD10的陰極和二極管VD12的陰極，二極管VD10的陽極連接到功率晶體管V6的發(fā)射極(源極)，二極管VD12的陽極連接到功率晶體管V8的發(fā)射極(源極)；二極管VD9的陰極和功率晶體管V6的集電極(漏極)連接在一起并輸出到所述低通濾波器7，二極管VD11的陰極和功率晶體管V8的集電極(漏極)連接在一起并輸出到所述低通濾波器7。
上述的電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，其特征在于所述低通濾波器7的電路結(jié)構(gòu)是所述工頻逆變器6的一個(gè)輸出端連接到電容C2的ac2端和電感L3的aL3端，另一個(gè)輸出端連接到電容C2的bc2端，電感L3的bL3端輸出到所述單相電網(wǎng)8的一個(gè)輸入端，電容C2的bc2端輸出到所述單相電網(wǎng)8的另一個(gè)輸入端。
實(shí)施例二(參見圖1) 本電流型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制裝置，包括一個(gè)單片機(jī)12，其特征在于由一個(gè)電流傳感器9檢測(cè)輸出到單相電網(wǎng)8的并網(wǎng)電流i并輸入單片機(jī)12，一個(gè)電壓傳感器14測(cè)得光伏電池1的電壓Ed并輸入單片機(jī)12，一個(gè)電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)檢測(cè)器10檢測(cè)單相電網(wǎng)8的電壓過零點(diǎn)信號(hào)并輸入單片機(jī)12，單片機(jī)12還輸入并網(wǎng)輸出電流指令i*，單片機(jī)12有二路輸出一路輸出高頻脈沖信號(hào)經(jīng)一個(gè)高頻驅(qū)動(dòng)電路13去驅(qū)動(dòng)所述的高頻逆變器2；另一路輸出工頻脈沖信號(hào)經(jīng)一個(gè)工頻驅(qū)動(dòng)電路11去驅(qū)動(dòng)所述的工頻逆變器6； 所述的單片機(jī)12根據(jù)并網(wǎng)輸出電流指令i*，改變?nèi)钦{(diào)制波的幅值，三角調(diào)制波與三角載波的調(diào)制后生成高頻脈沖信號(hào)，并由單片機(jī)12輸出到高頻驅(qū)動(dòng)電路13，高頻驅(qū)動(dòng)電路13將其隔離和功率放大后驅(qū)動(dòng)高頻逆變器2。
另一方面，電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)檢測(cè)器10檢測(cè)出電網(wǎng)電壓的過零點(diǎn)，并輸出到單片機(jī)12。單片機(jī)12根據(jù)該過零點(diǎn)生成工頻脈沖信號(hào)，并輸出到工頻驅(qū)動(dòng)電路11，工頻驅(qū)動(dòng)電路11將其隔離和功率放大后驅(qū)動(dòng)工頻逆變器7。
本電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法和原理簡(jiǎn)述如下 圖5示出了由集中參數(shù)元件L、C構(gòu)成的T-LCL型導(dǎo)抗變換器。其四端子表達(dá)式為 當(dāng)高頻逆變器角頻率等于諧振角頻率，即時(shí)，式(1)簡(jiǎn)化為 式中為諧振阻抗。從式(3)可以看出，導(dǎo)抗變換器輸出電流不受負(fù)載影響，只與輸入電壓成正比，因此導(dǎo)抗變換器能實(shí)現(xiàn)電壓源和電流源之間的變換。
圖6示出了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主電路。表1示出了圖6的各部分波形及計(jì)算公式。根據(jù)導(dǎo)抗變換器的特性，可以從光伏電池陣列兩端直流電壓Ed推導(dǎo)出并網(wǎng)電流IG(見表1中①～⑦)。
①Ed是蓄電池兩端電壓； ②圖7示出高頻逆變器輸出的高頻電壓。B點(diǎn)的PWM輸出電壓用傅里葉級(jí)數(shù)表示，取PWM電壓波形為偶函數(shù)，并且左右對(duì)稱，脈沖寬度為Dπ，推導(dǎo)得到B點(diǎn)電壓傅里葉級(jí)數(shù)表達(dá)式(如表1中②)。其中sin項(xiàng)表示各諧波的振幅，cos項(xiàng)表示開關(guān)頻率ωs的奇數(shù)倍成分； ③導(dǎo)抗變換器是一種特殊的低通濾波器，它將電壓源變換為電流源，所以C點(diǎn)電流是m＝1的諧振頻率(開關(guān)頻率ωs)成份。由式(3)知道，該電流是電壓的1/Z0倍(見表1中③)； ④假設(shè)高頻隔離變壓器變比為1∶N，經(jīng)變壓器升壓后，D點(diǎn)電流下降N倍(見表1中④)； ⑤經(jīng)過VD5～VD8二極管整流后，取D點(diǎn)電流的絕對(duì)值得到E點(diǎn)電流(見表1中⑤)； ⑥通過工頻逆變器V5～V8，在電網(wǎng)電壓(角頻率為ω)的過零點(diǎn)將π＜ωt＜2π的半周期反相(見表1中⑥)； ⑦經(jīng)低通濾波器將ωs成分的諧波濾除，對(duì)F點(diǎn)電流進(jìn)行積分，由于因此，饋送到電網(wǎng)的電流由光伏電池的輸出直流電壓Ed和占空比D決定，與電網(wǎng)電壓無關(guān)(見表1中⑦)。
圖9、圖10為三角波-三角波調(diào)制示意圖。假設(shè)調(diào)制波為三角波根據(jù)圖9中三角形相似性，有D＝ex/VB，將其代入表1中⑦式，解得 采用三角波-三角波調(diào)制模式后，可生成正弦波并網(wǎng)電流，而且此算法很容易實(shí)現(xiàn)。
圖13、圖14、圖15示出單片機(jī)12具體算法流程圖。單片機(jī)12上電運(yùn)行后，首先進(jìn)行參數(shù)初始化，然后查詢并網(wǎng)運(yùn)行指令，一旦接受到并網(wǎng)運(yùn)行指令，單片機(jī)12執(zhí)行高頻PWM脈沖生成程序，進(jìn)行高頻逆變運(yùn)行。
圖13為高頻PWM脈沖生成的算法流程圖。
①電壓傳感器14檢測(cè)到的直流電壓Ed和電流傳感器9檢測(cè)到的并網(wǎng)電流i輸入到單片機(jī)12； ②單片機(jī)12根據(jù)式(4)計(jì)算能夠輸出到電網(wǎng)的電流IG； ③IG與指令電流i*比較，一旦指令電流超過逆變器2能夠輸出的最大并網(wǎng)電流IG，逆變器2只輸出最大電流IG，并由單片機(jī)12報(bào)警提示已達(dá)到極限值。指令電流i*與實(shí)際檢測(cè)到的并網(wǎng)電流i比較，當(dāng)指令電流大于實(shí)際電流i，則通過增加調(diào)制深度M增大輸出電流，即M增加ΔM；如果指令電流小于實(shí)際電流i，則通過減小調(diào)制深度M減小輸出電流，即M減小ΔM。將調(diào)整后的調(diào)制深度M與最大、最小限幅值進(jìn)行比較；如果超過限幅值，將最大或最小限幅值送入調(diào)制深度M；然后調(diào)用高頻逆變器脈沖生成子程序；如果未超過限幅值，直接調(diào)用高頻逆變器脈沖生成子程序。
④調(diào)用高頻逆變器脈沖生成子程序。
⑤判斷是否捕捉到電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)信號(hào)

捕捉到電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)信號(hào)，調(diào)用工頻逆變器脈沖生成子程序；

沒有捕捉到電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)信號(hào)，跳到步驟⑥； ⑥返回。
其高頻逆變器脈沖生成子程序如圖14所示，主要完成高頻逆變器脈沖寬度計(jì)算及驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成。
①根據(jù)電網(wǎng)電壓頻率計(jì)算前一次程序調(diào)用時(shí)刻到當(dāng)前時(shí)刻并網(wǎng)電流運(yùn)行角度差Δθ； ②將上次并網(wǎng)電流運(yùn)行角度θ加上角度差Δθ作為當(dāng)前并網(wǎng)電流運(yùn)行角度； ③一旦計(jì)算得到的運(yùn)行角度超過360°，將計(jì)算角度減去360°作為當(dāng)前并網(wǎng)電流運(yùn)行角度； ④根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行角度查三角波調(diào)制波表格，取出數(shù)據(jù)存入臨時(shí)寄存器Ttemp，將Ttemp、M相乘得到當(dāng)前運(yùn)行脈沖寬度M’； ⑤根據(jù)高頻逆變器載波頻率，取載波周期TS與M’相乘，將計(jì)算結(jié)果送入單片機(jī)比較寄存器； ⑥由單片機(jī)PWM脈沖生成單元生成脈沖信號(hào)； ⑦脈沖個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器加1，判斷脈沖計(jì)數(shù)器的奇偶性，如果是奇數(shù)，對(duì)單片機(jī)PWM脈沖生成單元進(jìn)行控制，強(qiáng)制關(guān)斷V2、V3開關(guān)管，并使V1、V4開關(guān)管導(dǎo)通。如果是偶數(shù)，強(qiáng)制關(guān)斷V1、V4開關(guān)管，并使V2、V3開關(guān)管導(dǎo)通； ⑧恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，返回。
其工頻逆變器脈沖生成子程序如圖15所示，主要完成工頻逆變器驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成。
①保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)， ②判斷電網(wǎng)電壓是否為正半周

若是正半周，關(guān)斷v6、v7開關(guān)管，并使v5、v8開關(guān)管導(dǎo)通；

若不是正半周(即負(fù)半周)，關(guān)斷v5、v8開關(guān)管，并使v6、v7開關(guān)管導(dǎo)通； ③恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)， ④返回。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果舉例 圖11示出三角波-三角波調(diào)制導(dǎo)抗變換器輸出端電流實(shí)驗(yàn)波形，而圖12示出光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓實(shí)驗(yàn)波形?？梢钥闯?，圖11中導(dǎo)抗變換器輸出電流包絡(luò)線呈正弦波，圖12中并網(wǎng)電流具有正弦性好、諧波含量少、功率因數(shù)高等特點(diǎn)。
表1
權(quán)利要求
1.一種電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，包括一個(gè)高頻逆變器(2)、一個(gè)高頻變壓器(4)和一個(gè)低通濾波器(7)，其特征在于所述的高頻逆變器(2)將光伏電池陣列(1)輸入的直流電壓逆變成高頻電壓輸出到一個(gè)導(dǎo)抗變換器(3)，所述的導(dǎo)抗變換器(3)將高頻電壓變換成高頻電流輸出到所述的高頻變壓器(4)，所述的高頻變壓器(4)將高頻電流經(jīng)其隔離和電流等級(jí)變換后輸出到一個(gè)高頻整流器(5)，所述的高頻整流器(5)將高頻交流電流整流成高頻脈動(dòng)直流電流后輸出到一個(gè)工頻逆變器(6)，所述的工頻逆變器(6)將高頻脈動(dòng)直流電流變換成含有高頻諧波的工頻電流后輸出到所述的低通濾波器(7)，所述的低通濾波器(7)將含有高頻諧波的工頻電流進(jìn)行低通濾波后并入單相電網(wǎng)(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，其特征在于所述高頻逆變器(2)的電路結(jié)構(gòu)是所述光伏電池陣列(1)的正極連接到兩個(gè)功率晶體管V1、V3的集電極即漏極，光伏電池陣列(1)的負(fù)極連接到另兩個(gè)功率晶體管V2、V4的發(fā)射極即源極，功率晶體管V1的發(fā)射極即源極連接到功率晶體管V2的集電極即漏極并輸出到所述導(dǎo)抗變換器(3)的一個(gè)輸入端，功率晶體管V3的發(fā)射極即源極連接到功率晶體管V4的集電極即漏極并輸出到所述導(dǎo)抗變換器(3)的另一個(gè)輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述導(dǎo)抗變換器(3)、高頻變壓器(4)和高頻整流器(5)的電路結(jié)構(gòu)是所述高頻逆變器(2)的一個(gè)輸出連接到一個(gè)電感L1的aL1端，另一個(gè)輸出連接到一個(gè)電容C1的bc1端，電感L1的bL1端、電容C1的ac1端和一個(gè)電感L2的aL2端連接在一起，電感L2的bL2端連接到高頻變壓器(4)的aT端，電容C1的bc1端連接到高頻變壓器(4)的bT端，高頻變壓器(4)的cT端連接到一個(gè)二極管VD5的陽極和另一個(gè)二極管VD6的陰極，高頻變壓器(4)的dT端連接到一個(gè)二極管VD7的陽極和另一個(gè)二極管VD8的陰極，二極管VD5的陰極和二極管VD7的陰極連接在一起并輸出到所述的工頻逆變器(6)，二極管VD6的陽極和二極管VD8的陽極連接在一起并輸出到所述的工頻逆變器(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述工頻逆變器(6)的電路結(jié)構(gòu)是所述高頻整流器(5)的一個(gè)輸出連接到一個(gè)功率晶體管V5的集電極即漏極和另一個(gè)功率晶體管V7的集電極即漏極，功率晶體管V5的發(fā)射極即源極連接到一個(gè)二極管VD9的陽極，功率晶體管V7的發(fā)射極即源極連接到一個(gè)二極管VD11的陽極；所述高頻整流器(5)的另一個(gè)輸出連接到一個(gè)二極管VD10的陰極和另一個(gè)二極管VD12的陰極，二極管VD10的陽極連接到功率晶體管V6的發(fā)射極即源極，二極管VD12的陽極連接到功率晶體管V8的發(fā)射極即源極；二極管VD9的陰極和功率晶體管V6的集電極即漏極連接在一起并輸出到所述低通濾波器(7)，二極管VD11的陰極和功率晶體管V8的集電極即漏極連接在一起并輸出到所述低通濾波器(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述低通濾波器(7)的電路結(jié)構(gòu)是所述工頻逆變器(6)的一個(gè)輸出端連接到一個(gè)電容C2的ac2端和一個(gè)電感L3的aL3端，另一個(gè)輸出端連接到電容C2的bc2端，電感L3的bL3端輸出到所述單相電網(wǎng)(8)的一個(gè)輸入端，電容C2的bc2端輸出到所述單相電網(wǎng)(8)的另一個(gè)輸入端。
6.一種用于根據(jù)權(quán)利1所述的電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制裝置，包括一個(gè)單片機(jī)(12)，其特征在于由一個(gè)電流傳感器(9)檢測(cè)并入單相電網(wǎng)(8)的并網(wǎng)電流i輸入單片機(jī)(12)，一個(gè)電壓傳感器(14)測(cè)得光伏電池(1)的電壓Ed輸入單片機(jī)(12)，一個(gè)電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)檢測(cè)器(10)檢測(cè)單相電網(wǎng)(8)的電壓過零點(diǎn)信號(hào)輸入單片機(jī)(12)，單片機(jī)(12)還輸入并網(wǎng)輸出電流指令i*，單片機(jī)(12)有二路輸出一路輸出高頻脈沖信號(hào)經(jīng)一個(gè)高頻驅(qū)動(dòng)電路(13)去驅(qū)動(dòng)所述的高頻逆變器(2)；另一路輸出工頻脈沖信號(hào)經(jīng)一個(gè)工頻驅(qū)動(dòng)電路(11)去驅(qū)動(dòng)所述的工頻逆變器(6)；
所述的單片機(jī)(12)根據(jù)并網(wǎng)輸出電流指令i*，改變?nèi)钦{(diào)制波的幅值，三角調(diào)制波與三角載波的調(diào)制后，生成高頻脈沖信號(hào)，并由單片機(jī)(12)輸出到所述的高頻驅(qū)動(dòng)電路(13)，所述的高頻驅(qū)動(dòng)電路(13)將其隔離和功率放大后驅(qū)動(dòng)高頻逆變器(2)。
另一方面，電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)檢測(cè)器(10)檢測(cè)出電網(wǎng)電壓的過零點(diǎn)，并輸出到單片機(jī)(12)，單片機(jī)(12)根據(jù)該過零點(diǎn)生成工頻脈沖信號(hào)，并輸出到工頻驅(qū)動(dòng)電路(11)，工頻驅(qū)動(dòng)電路(11)將其隔離和功率放大后驅(qū)動(dòng)工頻逆變器(7)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制裝置，其特征在于所述高頻驅(qū)動(dòng)電路(13)采用富士電機(jī)的EXB841、或日本英達(dá)的HR065、或日本三菱的M57962L、或夏普的PC923、或Agilent的HCPL-3120、或HCPL-316J、或美國IR公司的IR2110、或IR2130驅(qū)動(dòng)電路。所述工頻驅(qū)動(dòng)電路(11)采用富士電機(jī)的EXB841、或日本英達(dá)的HR065、或日本三菱的M57962L、或夏普的PC923、或Agilent的HCPL-3120、或HCPL-316J、或美國IR公司的IR2110、或IR2130驅(qū)動(dòng)電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制方法，采用根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制裝置進(jìn)行控制，其特征在于控制步驟如下
1)將電壓傳感器(14)檢測(cè)到的直流電壓Ed和電流傳感器(9)檢測(cè)到的并網(wǎng)電流i輸入到單片機(jī)(12)；
2)單片機(jī)(12)根據(jù)下式計(jì)算出能夠輸出的電網(wǎng)電流IG
式中ω為電網(wǎng)頻率，為諧振阻抗，N為變壓器變比；
3)IG與指令電流i*比較
①i*＞LG，逆變器(2)只輸出最大電流IG，并由單片機(jī)(12)報(bào)警提示已達(dá)到極限值；
②i*≤IG，則i*與實(shí)際檢測(cè)到的并網(wǎng)電流i比較
i*＞i，則通過增加調(diào)制深度M增大輸出電流，即M+ΔM；
i*＜i，則通過減小調(diào)制深度M減小輸出電流，即M-ΔM；
將調(diào)整后的調(diào)制深度M與最大、最小限幅比較，若超過限幅值，將最大或最小限幅值送入調(diào)制深度M；
4)調(diào)用高頻逆變器脈沖生成子程序，完成高頻逆變器脈沖寬度計(jì)算及驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成
5)判斷是否捕捉到電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)信號(hào)
①捕捉到電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)信號(hào)，調(diào)用工頻逆變器脈沖生成子程序；
②沒有捕捉到電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)信號(hào)，跳到步驟6)；
6)返回。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法，其特征在于所述的高頻逆變器脈沖生成子程序執(zhí)行如下步驟
1)根據(jù)電網(wǎng)電壓頻率計(jì)算前一次程序調(diào)用時(shí)刻到當(dāng)前時(shí)刻并網(wǎng)電流運(yùn)行角度差Δθ；
2)將上次并網(wǎng)電流運(yùn)行角度θ加上角度差Δθ作為當(dāng)前并網(wǎng)電流運(yùn)行角度；
3)一旦計(jì)算得到的運(yùn)行角度超過360°，將計(jì)算角度減去360°作為當(dāng)前并網(wǎng)電流運(yùn)行角度；
4)根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行角度查三角波調(diào)制波表格，取出數(shù)據(jù)存入臨時(shí)寄存器Ttemp，將Ttemp與M相乘得到當(dāng)前運(yùn)行脈沖寬度M′；
5)根據(jù)高頻逆變器(2)載波頻率，取載波周期Ts與M′相乘，將計(jì)算結(jié)果送入單片機(jī)比較寄存器；
6)由單片機(jī)(12)PWM脈沖生成單元生成脈沖信號(hào)；
7)脈沖個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器T加1，判斷脈沖計(jì)數(shù)器的奇偶性
①若是奇數(shù)，對(duì)單片機(jī)PWM脈沖生成器進(jìn)行控制，強(qiáng)制關(guān)斷v2、v3開關(guān)管，并使v1、v4開關(guān)管導(dǎo)通；
②若是偶數(shù)，強(qiáng)制關(guān)斷v1、v4開關(guān)管，并使v2、v3開關(guān)管導(dǎo)通；
8)返回。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法，其特征在于所述的工頻逆變器脈沖生成子程序執(zhí)行如下步驟
1)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，
2)判斷電網(wǎng)電壓是否為正半周
①若是正半周，關(guān)斷v6、v7開關(guān)管，并使v5、v8開關(guān)管導(dǎo)通；
②若不是正半周(即負(fù)半周)，關(guān)斷v5、v8開關(guān)管，并使v6、v7開關(guān)管導(dǎo)通；
3)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，
4)返回。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電流源型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)及其控制裝置和方法。該系統(tǒng)利用單片機(jī)并根據(jù)三角載波和三角調(diào)制波調(diào)制生成高頻脈寬信號(hào)，經(jīng)高頻驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)高頻逆變器，同時(shí)根據(jù)電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)信號(hào)生成工頻脈寬信號(hào)，經(jīng)工頻驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)工頻逆變器，將光伏電池陣列的直流電壓逆變成高頻電壓后輸入到導(dǎo)抗變換器。導(dǎo)抗變換器輸出的高頻電流經(jīng)高頻變壓器隔離和電流等級(jí)變換，再通過高頻整流器整流及工頻逆變器的逆變，最后通過低通濾波器濾波后并入單相電網(wǎng)。
文檔編號(hào)H02J7/35GK1988310SQ20061011815
公開日2007年6月27日 申請(qǐng)日期2006年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月9日
發(fā)明者吳春華, 陳國呈, 孫承波, 周勤利 申請(qǐng)人:上海大學(xué), 上海新源變頻電器股份有限公司