專利名稱：應(yīng)用于光伏并網(wǎng)逆變器的儲(chǔ)能電路及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及應(yīng)用于光伏并網(wǎng)變器的儲(chǔ)能控制電路及控制方法。
背景技術(shù)：
在當(dāng)今社會(huì)，能源問題越來越引起人們的重視。傳統(tǒng)能源如石油和煤炭等的消耗速度的逐年遞增使人們產(chǎn)生了能源危機(jī)感。新型可再生能源由于其具有可再生性以及環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)而引起了人們的日益關(guān)注，其中的太陽能光伏發(fā)電是新型可再生能源中的一個(gè)重要組成部分。光伏并網(wǎng)逆變器作為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)最重要的部件之一，其可靠性和轉(zhuǎn)換效率的高低直接影響太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率。在現(xiàn)有光伏并網(wǎng)逆變器技術(shù)中，通常會(huì)在與太陽能光伏(PV)電池的連接側(cè)并聯(lián)大容量的電解電容，以使PV電池的電壓波動(dòng)足夠小， 從而減少PV電池的電壓紋波，提高M(jìn)PPT (Maximum Power Point Tracking，最大功率點(diǎn)跟蹤)的精度，實(shí)現(xiàn)最大功率輸出。目前，電解電容被廣泛應(yīng)用于光伏并網(wǎng)逆變器中，電解電容尤其是大容量的電解電容是一種高失效率的元件，因此，其存在壽命短的問題，而電解電容的壽命極大的影響了光伏并網(wǎng)變器的壽命。光伏并網(wǎng)變器是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的重要元件，光伏并網(wǎng)變器的壽命會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的光伏并網(wǎng)逆變器存在的問題，而提供一種新的應(yīng)用于光伏并網(wǎng)逆變器的儲(chǔ)能控制電路及控制方法，所要解決的技術(shù)問題是，采用數(shù)字控制方式對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的太陽電池陣列的輸出電壓進(jìn)行精確控制，減少了太陽電池陣列輸出電壓紋波，有利于提高M(jìn)PPT精度和整機(jī)轉(zhuǎn)換效率；通過采用升壓方式進(jìn)行儲(chǔ)能， 避免了電解電容的使用，解決了采用電解電容所帶來的高失效率、壽命短、可靠性低等問題，從而提高了光伏并網(wǎng)逆變器的可靠性和使用壽命。本發(fā)明的目的以及解決其技術(shù)問題可以采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的應(yīng)用于光伏并網(wǎng)逆變器的儲(chǔ)能控制方法，包括主控制模塊實(shí)時(shí)獲取太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓，并實(shí)時(shí)計(jì)算所述太陽電池陣列的當(dāng)前參考電壓；所述主控制模塊包括單片機(jī)、FPGA、CPLD或者DSP ；所述主控制模塊在所述當(dāng)前輸出電壓大于所述當(dāng)前參考電壓時(shí)，向儲(chǔ)能電路輸出儲(chǔ)能控制信號，所述儲(chǔ)能電路根據(jù)所述儲(chǔ)能控制信號采用升壓方式進(jìn)行儲(chǔ)能，以降低所述太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓；所述主控制模塊在所述當(dāng)前輸出電壓低于所述當(dāng)前參考電壓時(shí)，向所述儲(chǔ)能電路輸出釋能控制信號，所述儲(chǔ)能電路根據(jù)所述釋能控制信號釋放其存儲(chǔ)的電能，以提高所述太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓；所述主控制模塊在所述當(dāng)前輸出電壓等于所述當(dāng)前參考電壓時(shí)，不向所述儲(chǔ)能電路輸出儲(chǔ)能控制信號或者釋能控制信號，所述儲(chǔ)能電路不進(jìn)行儲(chǔ)能操作以及釋能操作。
較佳的，前述的控制方法，其中所述實(shí)時(shí)計(jì)算所述太陽電池陣列的當(dāng)前參考電壓包括基于最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT算法實(shí)時(shí)計(jì)算太陽電池陣列的當(dāng)前參考電壓。依據(jù)本發(fā)明提出的應(yīng)用于光伏并網(wǎng)逆變器的儲(chǔ)能控制電路，包括主控制模塊、儲(chǔ)能電路以及全橋換相電路；所述主控制模塊與所述儲(chǔ)能電路、所述全橋換相電路以及太陽電池陣列的正極分別連接；所述儲(chǔ)能電路與所述主控制模塊、所述全橋換相電路以及所述太陽電池陣列的正極分別連接；所述主控制模塊，用于實(shí)時(shí)獲取太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓，并實(shí)時(shí)計(jì)算所述太陽電池陣列的當(dāng)前參考電壓，在所述當(dāng)前輸出電壓大于所述當(dāng)前參考電壓時(shí)，向儲(chǔ)能電路輸出儲(chǔ)能控制信號；在所述當(dāng)前輸出電壓低于所述當(dāng)前參考電壓時(shí)，向所述儲(chǔ)能電路輸出釋能控制信號，在所述當(dāng)前輸出電壓等于所述當(dāng)前參考電壓時(shí)，不向所述儲(chǔ)能電路輸出儲(chǔ)能控制信號或者釋能控制信號；所述儲(chǔ)能電路，用于在接收到所述儲(chǔ)能控制信號時(shí)，采用升壓方式進(jìn)行儲(chǔ)能，以降低所述太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓；在接收到所述釋能控制信號時(shí)，釋放其存儲(chǔ)的電能，以提高所述太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓。較佳的，前述的儲(chǔ)能控制電路，該儲(chǔ)能電路包括輸入濾波電容，其一端與太陽電池陣列的正極連接，另一端與太陽電池陣列的負(fù)極連接；輸入二極管，其P極與太陽電池陣列的正極和主控制模塊分別連接；第一 MOS管，其G極與主控制模塊連接；第二 MOS管，其S 極與輸入二極管的N極連接，G極與主控制模塊連接；第三MOS管，其G極與主控制模塊連接；第四MOS管，其G極與主控制模塊連接；第五MOS管，其G極與主控制模塊連接；第一續(xù)流二極管，其N極與第二 MOS管的D極連接；第二續(xù)流二極管，其N極與第二 MOS管的D極連接；第一整流二極管，其N極與第一 MOS管的D極連接；第二整流二極管，其N極與第五 MOS管的D極連接；非電解電容，其一端與第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管的N極連接， 另一端與第三MOS管和第四MOS管的S極連接并接地；第一反激變壓器，其初級繞組同名端與輸入二極管的N極連接，其初級繞組非同名端與第三MOS管的D極和第一續(xù)流二極管的 P極連接，其次級繞組非同名端與第一整流二極管的P極連接；第二反激變壓器，其初級繞組同名端與輸入二極管的N極連接，其初級繞組非同名端與第四MOS管的D極和第二續(xù)流二極管的P極連接，其次級繞組非同名端與第二整流二極管的P極連接；輸出濾波電容，其一端與第一反激變壓器和第二反激變壓器的次級繞組同名端連接，另一端與第一 MOS管和第五MOS管的S極連接；輸出濾波電感，其一端與輸出濾波電容連接，另一端與全橋換相電路連接。較佳的，前述的儲(chǔ)能控制電路，所述第三MOS管和第四MOS管包括RU190N08的 MOS 管。較佳的，前述的儲(chǔ)能控制電路，所述第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管、第一整流二極管以及第二整流二極管包括快速功率二極管。較佳的，前述的儲(chǔ)能控制電路，該非電解電容包括非極性薄膜電容。較佳的，前述的儲(chǔ)能控制電路，該第二 MOS管包括0RF630N的MOS管。較佳的，前述的儲(chǔ)能控制電路，所述輸出濾波電容包括非極性電容。較佳的，前述的儲(chǔ)能控制電路，所述主控制模塊基于最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT算法實(shí)時(shí)計(jì)算太陽電池陣列的當(dāng)前參考電壓。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明的一種應(yīng)用于光伏并網(wǎng)逆變器的儲(chǔ)能控制電路及控制方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有益效果本發(fā)明通過利用單片機(jī)、FPGA、CPLD或者DSP來實(shí)現(xiàn)主控制模塊，使主控制模塊獲取太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓，并計(jì)算太陽電池陣列的當(dāng)前參考電壓，且主控制模塊根據(jù)當(dāng)前輸出電壓和當(dāng)前參考電壓的比較結(jié)果向儲(chǔ)能電路輸出儲(chǔ)能控制信號以及釋能控制信號，使太陽電池陣列的輸出電壓控制可以以數(shù)字控制的方式來實(shí)現(xiàn)；通過采用升壓方式進(jìn)行儲(chǔ)能，可以避免電解電容尤其是大容量的電解電容的使用，從而避免了電解電容所帶來的高失效率、壽命短以及可靠性低等問題對逆變器的不利影響； 從而本發(fā)明的控制方法和控制電路在實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化控制的同時(shí)，提高了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。綜上所述，本發(fā)明在技術(shù)上有顯著的進(jìn)步，并具有明顯的積極效果，誠為一新穎、 進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


圖1為本發(fā)明的應(yīng)用于光伏并網(wǎng)逆變器的儲(chǔ)能控制方法流程圖；圖2為本發(fā)明的應(yīng)用于光伏并網(wǎng)逆變器的儲(chǔ)能控制原理圖；圖3為本發(fā)明的應(yīng)用于光伏并網(wǎng)逆變器的儲(chǔ)能控制電路及控制方法的實(shí)現(xiàn)簡圖；圖4為本發(fā)明的MOS管的控制信號時(shí)序圖；圖5為本發(fā)明的主開關(guān)MOS管在一個(gè)公共電網(wǎng)正弦半波內(nèi)的開關(guān)控制信號示意圖。
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的應(yīng)用于光伏并網(wǎng)逆變器的儲(chǔ)能控制電路及控制方法其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。本發(fā)明提供的應(yīng)用于光伏并網(wǎng)變器的儲(chǔ)能控制方法的流程如附圖1所示。在圖1中，S100、主控制模塊實(shí)時(shí)獲取太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓，并實(shí)時(shí)計(jì)算太陽電池陣列的當(dāng)前參考電壓。具體的，主控制模塊可以為單片機(jī)、FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)、CPLD (復(fù)雜可編程邏輯器件)或者DSP (數(shù)字信號處理器)。主控制模塊可以通過實(shí)時(shí)檢測太陽電池陣列輸出電流或者輸出電壓的方式實(shí)時(shí)獲取太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓，另外，主控制模塊可以基于現(xiàn)有的MPPT (Maximum Power Point Tracking，最大功率點(diǎn)跟蹤)算法實(shí)時(shí)計(jì)算太陽電池陣列的當(dāng)前參考電壓。本發(fā)明不限制主控制模塊獲取當(dāng)前輸出電壓以及計(jì)算當(dāng)前參考電壓的具體實(shí)現(xiàn)方式。S105、主控制模塊判斷太陽電池陳列當(dāng)前輸出電壓是否大于啟動(dòng)電壓，如果大于啟動(dòng)電壓，則到S110，否則，到SlOOoS110、主控制模塊判斷當(dāng)前輸出電壓是否大于當(dāng)前參考電壓，如果當(dāng)前輸出電壓大于當(dāng)前參考電壓，到S120 ；如果當(dāng)前輸出電壓小于當(dāng)前參考電壓，到S130 ；如果當(dāng)前輸出電壓等于當(dāng)前參考電壓，則到S140。
S120、主控制模塊向儲(chǔ)能電路輸出儲(chǔ)能控制信號，到S121。具體的，該儲(chǔ)能控制信號可以是儲(chǔ)能電路中的相應(yīng)開關(guān)通斷的信號。S121、儲(chǔ)能電路在接收到儲(chǔ)能控制信號后，采用升壓方式進(jìn)行儲(chǔ)能，以降低太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓，到S150。具體的，本發(fā)明中的儲(chǔ)能電路的電壓輸入端與太陽電池陣列的正極連接，儲(chǔ)能電路的電壓輸出端與全橋換相電路連接，另外，儲(chǔ)能電路還與主控制模塊連接，以便于主控制模塊對儲(chǔ)能電路進(jìn)行儲(chǔ)能和釋能控制。儲(chǔ)能電路在接收到儲(chǔ)能控制信號后，通過相應(yīng)開關(guān)的通斷使儲(chǔ)能電路中的增壓元件對太陽電池陣列的輸出電壓進(jìn)行增壓處理，增壓處理后的電壓比太陽電池陣列的輸出電壓高一個(gè)數(shù)量級，且增壓處理后的電能被存儲(chǔ)在儲(chǔ)能元件中。由于本發(fā)明的儲(chǔ)能電路利用了增壓儲(chǔ)能技術(shù)，因此，儲(chǔ)能電路中的儲(chǔ)能元件可以不采用電解電容，而采用非電解電容， 如非極性薄膜電容。本發(fā)明的儲(chǔ)能電路的一個(gè)具體例子如下述控制電路實(shí)施例中的描述， 在此不再詳細(xì)說明。S130、主控制模塊向儲(chǔ)能電路輸出釋能控制信號，到S131。同樣的，該釋能控制信號可以是儲(chǔ)能電路中的相應(yīng)開關(guān)通斷的信號。S131、儲(chǔ)能電路根據(jù)釋能控制信號釋放其存儲(chǔ)的電能，以提高太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓，到S150。S140、主控制模塊不向儲(chǔ)能電路發(fā)送儲(chǔ)能控制信號，也不向儲(chǔ)能電路發(fā)送釋能控制信號，到S141。具體的，主控制模塊可以向儲(chǔ)能電路發(fā)送取消儲(chǔ)能控制信號，該取消儲(chǔ)能控制信號可以是儲(chǔ)能電路中的相應(yīng)開關(guān)通斷的信號。S141、儲(chǔ)能電路不工作，逆變器輸入電壓為太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓，到 S150。S150、判斷是否繼續(xù)進(jìn)行儲(chǔ)能控制，如果繼續(xù)進(jìn)行儲(chǔ)能控制，到S100，否則，本次控制過程結(jié)束。本發(fā)明的光伏并網(wǎng)變器的控制電路主要包括主控制模塊、儲(chǔ)能電路以及全橋換相電路。主控制模塊與儲(chǔ)能電路、全橋換相電路以及太陽電池陣列的正極分別連接。儲(chǔ)能電路與主控制模塊、全橋換相電路以及太陽電池陣列的正極分別連接。主控制模塊主要用于實(shí)時(shí)獲取太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓，并實(shí)時(shí)計(jì)算太陽電池陣列的當(dāng)前參考電壓，之后，對當(dāng)前輸出電壓和當(dāng)前參考電壓進(jìn)行比較，在當(dāng)前輸出電壓大于當(dāng)前參考電壓時(shí)，主控制模塊向儲(chǔ)能電路輸出儲(chǔ)能控制信號；在當(dāng)前輸出電壓低于當(dāng)前參考電壓時(shí)，主控制模塊向儲(chǔ)能電路輸出釋能控制信號。儲(chǔ)能電路主要用于在接收到主控制模塊傳輸來的儲(chǔ)能控制信號時(shí)，采用升壓方式進(jìn)行儲(chǔ)能，以降低太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓；在接收到主控制模塊傳輸來的釋能控制信號時(shí)，釋放其存儲(chǔ)的電能，以提高太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓。下面以圖2為例對本發(fā)明的應(yīng)用于光伏并網(wǎng)逆變器的儲(chǔ)能控制電路和控制方法進(jìn)行詳細(xì)說明。圖2中的控制電路包括一個(gè)輸入二極管D1、一個(gè)輸入濾波電容Cl、兩個(gè)主開關(guān) MOS管M3和M4(即第三MOS管和第四MOS管)、三個(gè)輔助開關(guān)MOS管Ml、M2和M5 (即第一MOS管、第二 MOS管和第五MOS管)、兩個(gè)續(xù)流二極管D3和D4 (即第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管)、兩個(gè)整流二極管D2和D5 (即第一整流二極管和第二整流二極管)、儲(chǔ)能電容 C3、兩個(gè)反激變壓器Tl和T2 (即第一反激變壓器和第二反激變壓器)、一個(gè)輸出濾波電容 C2、一個(gè)輸出濾波電感Li、主控制模塊以及全橋換相電路(即圖2中的全橋換相)。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的太陽電池陣列(即圖2中的PV)的正極連接到輸入二極管Dl的P極和輸入濾波電容Cl的一端，Cl的另一端接到太陽電池陣列的負(fù)極，太陽電池陣列的負(fù)極與地相連。輸入二極管Dl的N極與反激變壓器Tl以及反激變壓器T2的初級繞組同名端連接，輸入二極管Dl的N極還與輔助開關(guān)MOS管M2的S極相連。反激變壓器Tl 的初級繞組的非同名端與主開關(guān)MOS管M3的D極以及續(xù)流二極管D3的P極相連。反激變壓器T2的初級繞組的非同名端和主開關(guān)MOS管M4的D極以及續(xù)流二極管D4的P極相連。 續(xù)流二極管D3和D4的N極均與輔助開關(guān)MOS管M2的D極相連，且續(xù)流二極管D3和D4的 N極還連接到儲(chǔ)能電容C3的一個(gè)管腳，儲(chǔ)能電容C3的另一個(gè)管腳與主開關(guān)MOS管M3和M4 的S極相連，且接地。輔助開關(guān)MOS管M2的G極與主控制模塊連接，且主開關(guān)MOS管M3和 M4的G極也與主控制模塊連接。反激變壓器Tl和T2的次級繞組同名端相連，并連接到輸出濾波電容C2的一個(gè)管腳，C2的另一管腳與輔助開關(guān)MOS管Ml和M5的S極分別連接，且 C2的另一管腳還與輸出濾波電感Ll的一端相連接。Ll的另一端連接到全橋換相電路。反激變壓器Tl的次級繞組非同名端與整流二極管D2的P極相連接。D2的N極與輔助開關(guān) MOS管Ml的D極相連接。反激變壓器T2的次級繞組非同名端與整流二極管D5的P極相連接，D5的N極與輔助開關(guān)MOS管M5的D極相連接。輔助開關(guān)MOS管M1、M2和M5的G極均電連接到主控制模塊。主控制模塊電連接全橋換相電路。太陽電池陣列的正極與主控制模塊電連接。由上述圖1和圖2可知，本發(fā)明的應(yīng)用于光伏并網(wǎng)逆變器的儲(chǔ)能控制電路和控制方法的工作原理包括為了減小太陽電池陣列的輸出電流紋波，采用互補(bǔ)輸出技術(shù)，具體是使用兩個(gè)同樣規(guī)格的反激變壓器并聯(lián)，以180°的相位差工作，從而以互補(bǔ)的方式輸出電流。為了能使太陽電池陣列時(shí)刻保持最大功率輸出，可以采用MPPT控制，要達(dá)到高精度的 MPPT控制，必須使太陽電池陣列輸出電壓的波動(dòng)幅度在很小的范圍內(nèi)，即穩(wěn)壓在MPPT參考電壓值。主控制模塊對太陽電池陣列電壓或者電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，并計(jì)算出每一時(shí)刻的參考電壓Uref，在獲得了太陽電池陣列的輸出參考電壓后，主控制模塊根據(jù)實(shí)際太陽電池陣列的輸出電壓Upv變化方向(即運(yùn)算出的當(dāng)前太陽電池陣列輸出電壓的實(shí)際值Upv與參考值的差值)產(chǎn)生輔助開關(guān)MOS管Ml、M2和M5的控制信號，即根據(jù)該差值進(jìn)行儲(chǔ)能/釋放控制， 使實(shí)際太陽電池陣列的輸出電壓維持在參考電壓值Uref，即如附圖3所示。更進(jìn)一步地說，當(dāng)太陽電池陣列的實(shí)際輸出電壓大于參考電壓值時(shí)，本發(fā)明通過利用反激變壓器Tl和T2的初級漏感、續(xù)流二極管D3和D4、以及儲(chǔ)能電容C3構(gòu)成Boost儲(chǔ)能電路，將一定電流注入儲(chǔ)能電容C3中，使太陽電池陣列的輸出電流變大，則太陽電池陣列的輸出電壓下降，直到太陽電池陣列的實(shí)際輸出電壓等于參考電壓值，Boost儲(chǔ)能工作方式停止；當(dāng)太陽電池陣列的實(shí)際輸出電壓小于參考電壓值時(shí)，則釋放儲(chǔ)能電容中存儲(chǔ)的電能，產(chǎn)生的補(bǔ)償電流使得太陽電池陣列的輸出變小，從而太陽電池陣列的輸出電壓上升，直至太陽電池陣列的實(shí)際輸出電壓等于參考電壓值時(shí)，停止儲(chǔ)能電容的電能釋放過程。禾Ij用上述過程周期運(yùn)作，可以實(shí)現(xiàn)太陽電池陣列輸出電壓的穩(wěn)壓作用，保證MPPT精度，實(shí)現(xiàn)了光伏電池能量的充分利用。由于本發(fā)明采用Boost方式進(jìn)行儲(chǔ)能，儲(chǔ)能電容上的電壓比太陽電池陣列輸出電壓高一個(gè)數(shù)量級以上(10-102)，因此，儲(chǔ)能電能僅需小容量的非電解電容即可。本發(fā)明中的主控制模塊在工作過程中會(huì)產(chǎn)生5路開關(guān)MOS管M1-M5的控制信號， 即2路主開關(guān)MOS管M3和M4的控制信號、以及3路輔助開關(guān)MOS管M1、M2和M5的控制信號。2路主開關(guān)MOS管的控制信號可以是數(shù)字SPWM(Sinusoidal pulse Width Modulation, 正弦波脈寬調(diào)制)信號。2路主開關(guān)MOS管的控制信號可以控制兩個(gè)主開關(guān)MOS管M3和M4 以180°相位差進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，通過反激變壓器Tl和T2將太陽電池陣列的能量進(jìn)行隔離升壓變換，經(jīng)過輸出整流二極管D2、輔助開關(guān)MOS管Ml和M5、輸出濾波電容C2、以及輸出濾波電感Ll之后，獲得2倍公共電網(wǎng)頻率的正弦半波電流，最后經(jīng)過全橋換相電路，得到公共電網(wǎng)頻率的正弦波電流，并進(jìn)行并網(wǎng)得到與電網(wǎng)同相同頻的正弦波交流電，進(jìn)而并入電網(wǎng)。本發(fā)明中的主控制模塊具有運(yùn)行速度快、精度高、以及控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，通過在主控制模塊中設(shè)置控制算法程序，可以通過數(shù)字控制方式實(shí)現(xiàn)有源濾波，即對太陽電池陣列的輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓，避免了電解電容的使用，從而延長了變器的使用壽命，提高了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠性。本發(fā)明中的濾波電容Cl可以采用普通的非極性電容器，輸入二極管Dl可以采用普通的功率二極管即可。開關(guān)MOS管M3和M4可以采用高頻功率MOS管，如型號為RU190N08 的MOS管。續(xù)流二極管D3和D4可以采用快速功率二極管。輸出整流二極管D2和D5可以采用快速功率二極管。儲(chǔ)能電容C3優(yōu)選高耐壓值小容量的非極性薄膜電容。開關(guān)MOS管 M2可以采用型號為IRF630N的MOS管。輸出濾波電容C2可以采用高耐壓值小容量的非極性電容。下面結(jié)合附圖4和附圖5對本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行說明。MOS管的控制信號時(shí)序如圖4所示。在圖4中，T為一個(gè)開關(guān)周期，在狀態(tài)I (即Upv < Uref)的情況下，MOS管M1-M5的時(shí)序如圖4中的左邊部分所示；在狀態(tài)II (Upv = Uref)的情況下，MOS管M1-M5的時(shí)序如圖4的中間部分所示；在狀態(tài)III (即Upv > Uref)的情況下， MOS管M1-M5的時(shí)序如圖4的右邊部分所示。上述狀態(tài)I具體為太陽電池陣列輸出的實(shí)際電壓小于參考電壓，儲(chǔ)能電容C3的能量將被釋放，以減小太陽電池陣列的輸出電流，阻止太陽電池陣列輸出電壓的減小。在 0 T時(shí)間內(nèi)，開關(guān)MOS管Ml—直導(dǎo)通，初級輸出能量盡可能輸出到電網(wǎng)，在此期間開關(guān)MOS 管M3以一定占空比導(dǎo)通，輔助開關(guān)MOS管M2在M3關(guān)閉前的一小段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，將儲(chǔ)能電容 C3上的能量釋放，分擔(dān)了太陽電池陣列的電流輸出，太陽電池陣列的輸出電流將變小，輸出電壓上升；在T 2T時(shí)間內(nèi)，開關(guān)MOS管M5 —直導(dǎo)通，初級輸出能量盡可能輸出到電網(wǎng)，在此期間開關(guān)MOS管M4以一定占空比導(dǎo)通，輔助開關(guān)MOS管M2在M4關(guān)閉前的一小段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，將儲(chǔ)能電容C3上的能量釋放，分擔(dān)了太陽電池陣列的電流輸出，太陽電池陣列的輸出電流將變小，輸出電壓上升；上述狀態(tài)II(Upv = Uref)具體為太陽電池陣列輸出的實(shí)際電壓等于當(dāng)前參考電壓，儲(chǔ)能電容C3的能量不被釋放也不被儲(chǔ)存。在0 T時(shí)間內(nèi)，開關(guān)MOS管Ml —直導(dǎo)通， 初級輸出能量盡可能輸出到電網(wǎng)，在此期間開關(guān)MOS管M3以一定占空比導(dǎo)通，輔助開關(guān)MOS 管M2關(guān)閉；在T 2T時(shí)間內(nèi)，開關(guān)MOS管M5 —直導(dǎo)通，初級輸出能量盡可能輸出到電網(wǎng)，
9在此期間開關(guān)MOS管M4以一定占空比導(dǎo)通，輔助開關(guān)MOS管M2關(guān)閉。上述狀態(tài)III具體為太陽電池陣列輸出的實(shí)際電壓大于參考電壓，為了維持太陽電池陣列輸出的實(shí)際電壓在參考值范圍內(nèi)，需要將太陽電池陣列的輸出電流增大，以阻止太陽電池陣列輸出電壓的變化過大，增加的電流將被注入儲(chǔ)能電容C3中。在0 T時(shí)間內(nèi)，開關(guān)MOS管Ml并不是一直導(dǎo)通，而是在將一部分能量注入儲(chǔ)能電容C3后才打開，初級能量才流入電網(wǎng)，具體的，開關(guān)MOS管M3以一定占空比開通，在此期間，輔助開關(guān)MOS管Ml 關(guān)閉，M3關(guān)斷后再經(jīng)過一小段時(shí)間ΔΤ，Μ1才被開通，能量經(jīng)逆變電路流入電網(wǎng)，在ΔΤ內(nèi)， 在反激變壓器Tl初級繞組漏感和續(xù)流二極管D3的作用下，一定電流注入儲(chǔ)能電容C3中， 實(shí)現(xiàn)了太陽電池陣列所增加的部分電能存儲(chǔ)于儲(chǔ)能電容。在T 2Τ時(shí)間內(nèi)，同樣的，開關(guān) MOS管Μ4以一定占空比開通，在此期間，輔助開關(guān)MOS管Μ5關(guān)閉，Μ4關(guān)斷后再經(jīng)過一小段時(shí)間ΔΤ，Μ5才被開通，能量流入電網(wǎng)，在ΔΤ內(nèi)，在反激變壓器Τ2初級繞組漏感和續(xù)流二極管D4的作用下，一定電流注入儲(chǔ)能電容C3中，這就是太陽電池陣列所增加的輸出電流部分。主開關(guān)MOS管Μ3和Μ4在一個(gè)公共電網(wǎng)正弦半波內(nèi)的開關(guān)控制信號如附圖5所示。 圖5中的兩個(gè)開關(guān)MOS管Μ3和Μ4的控制信號是SPWM信號，兩路控制信號以一個(gè)開關(guān)周期的時(shí)間間隔互補(bǔ)輸出，即以180°的相位差進(jìn)行開關(guān)運(yùn)作，其合成開關(guān)頻率是采用單個(gè)變壓器時(shí)開關(guān)頻率的2倍，從而更易于進(jìn)行濾波，大大減小了濾波電感的尺寸，減小了輸出電流紋波。以上所述僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于光伏并網(wǎng)逆變器的儲(chǔ)能控制方法，其特征在于，包括主控制模塊實(shí)時(shí)獲取太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓，并實(shí)時(shí)計(jì)算所述太陽電池陣列的當(dāng)前參考電壓；所述主控制模塊包括單片機(jī)、FPGA、CPLD或者DSP ；所述主控制模塊在所述當(dāng)前輸出電壓大于所述當(dāng)前參考電壓時(shí)，向儲(chǔ)能電路輸出儲(chǔ)能控制信號，所述儲(chǔ)能電路根據(jù)所述儲(chǔ)能控制信號采用升壓方式進(jìn)行儲(chǔ)能，以降低所述太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓；所述主控制模塊在所述當(dāng)前輸出電壓低于所述當(dāng)前參考電壓時(shí)，向所述儲(chǔ)能電路輸出釋能控制信號，所述儲(chǔ)能電路根據(jù)所述釋能控制信號釋放其存儲(chǔ)的電能，以提高所述太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓；所述主控制模塊在所述當(dāng)前輸出電壓等于所述當(dāng)前參考電壓時(shí)，不向所述儲(chǔ)能電路輸出所述儲(chǔ)能控制信號或者所述釋能控制信號，所述儲(chǔ)能電路不進(jìn)行儲(chǔ)能操作以及釋能操作。
2.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述實(shí)時(shí)計(jì)算所述太陽電池陣列的當(dāng)前參考電壓包括基于最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT算法實(shí)時(shí)計(jì)算太陽電池陣列的當(dāng)前參考電壓。
3.一種應(yīng)用于光伏并網(wǎng)逆變器的儲(chǔ)能控制電路，其特征在于，包括主控制模塊、儲(chǔ)能電路以及全橋換相電路；所述主控制模塊與所述儲(chǔ)能電路、所述全橋換相電路以及太陽電池陣列的正極分別連接；所述儲(chǔ)能電路與所述主控制模塊、所述全橋換相電路以及所述太陽電池陣列的正極分別連接；所述主控制模塊，用于實(shí)時(shí)獲取太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓，并實(shí)時(shí)計(jì)算所述太陽電池陣列的當(dāng)前參考電壓，在所述當(dāng)前輸出電壓大于所述當(dāng)前參考電壓時(shí)，向儲(chǔ)能電路輸出儲(chǔ)能控制信號；在所述當(dāng)前輸出電壓低于所述當(dāng)前參考電壓時(shí)，向所述儲(chǔ)能電路輸出釋能控制信號，在所述當(dāng)前輸出電壓等于所述當(dāng)前參考電壓時(shí)，不向所述儲(chǔ)能電路輸出所述儲(chǔ)能控制信號或者所述釋能控制信號；所述儲(chǔ)能電路，用于在接收到所述儲(chǔ)能控制信號時(shí)，采用升壓方式進(jìn)行儲(chǔ)能，以降低所述太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓；在接收到所述釋能控制信號時(shí)，釋放其存儲(chǔ)的電能，以提高所述太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的儲(chǔ)能控制電路，其特征在于，該儲(chǔ)能電路包括輸入濾波電容，其一端與太陽電池陣列的正極連接，另一端與太陽電池陣列的負(fù)極連接；輸入二極管，其P極與太陽電池陣列的正極和主控制模塊分別連接； 第一 MOS管，其G極與主控制模塊連接；第二 MOS管，其S極與輸入二極管的N極連接，G極與主控制模塊連接； 第三MOS管，其G極與主控制模塊連接； 第四MOS管，其G極與主控制模塊連接； 第五MOS管，其G極與主控制模塊連接；第一續(xù)流二極管，其N極與第二 MOS管的D極連接； 第二續(xù)流二極管，其N極與第二 MOS管的D極連接； 第一整流二極管，其N極與第一 MOS管的D極連接； 第二整流二極管，其N極與第五MOS管的D極連接；非電解電容，其一端與第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管的N極連接，另一端與第三 MOS管和第四MOS管的S極連接并接地；第一反激變壓器，其初級繞組同名端與輸入二極管的N極連接，其初級繞組非同名端與第三MOS管的D極和第一續(xù)流二極管的P極連接，其次級繞組非同名端與第一整流二極管的P極連接；第二反激變壓器，其初級繞組同名端與輸入二極管的N極連接，其初級繞組非同名端與第四MOS管的D極和第二續(xù)流二極管的P極連接，其次級繞組非同名端與第二整流二極管的P極連接；輸出濾波電容，其一端與第一反激變壓器和第二反激變壓器的次級繞組同名端連接， 另一端與第一 MOS管和第五MOS管的S極連接；輸出濾波電感，其一端與輸出濾波電容連接，另一端與全橋換相電路連接。
5.如權(quán)利要求4所述的儲(chǔ)能控制電路，其特征在于，所述第三MOS管和第四MOS管包括RU190N08 的 MOS 管。
6.如權(quán)利要求4所述的儲(chǔ)能控制電路，其特征在于，所述第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管、第一整流二極管以及第二整流二極管包括快速功率二極管。
7.如權(quán)利要求4所述的儲(chǔ)能控制電路，其特征在于，所述非電解電容包括非極性薄膜電容。
8.如權(quán)利要求4所述的儲(chǔ)能控制電路，其特征在于，所述第二MOS管包括0RF630N的 MOS 管。
9.如權(quán)利要求4所述的儲(chǔ)能控制電路，其特征在于，所述輸出濾波電容包括非極性電容。
10.如權(quán)利要求3至9中任一權(quán)利要求所述的儲(chǔ)能控制電路，其特征在于，所述主控制模塊基于最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT算法實(shí)時(shí)計(jì)算太陽電池陣列的當(dāng)前參考電壓。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)應(yīng)用于光伏并網(wǎng)逆變器的儲(chǔ)能控制電路及控制方法。其中的方法包括主控制模塊實(shí)時(shí)獲取太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓和當(dāng)前參考電壓；在當(dāng)前輸出電壓大于當(dāng)前參考電壓時(shí)，向儲(chǔ)能電路輸出儲(chǔ)能控制信號，儲(chǔ)能電路采用升壓方式進(jìn)行儲(chǔ)能，以降低太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓；在當(dāng)前輸出電壓低于當(dāng)前參考電壓時(shí)，向儲(chǔ)能電路輸出釋能控制信號，儲(chǔ)能電路釋放其存儲(chǔ)的電能，以提高太陽電池陣列的當(dāng)前輸出電壓。本發(fā)明可以采用數(shù)字控制方式對太陽電池陣列的輸出電壓進(jìn)行控制，有效減小了太陽電池陣列的輸出電壓紋波，有利于提高M(jìn)PPT控制精度；通過升壓方式進(jìn)行儲(chǔ)能避免了電解電容的使用，從而提高了光伏并網(wǎng)逆變器的可靠性和使用壽命。
文檔編號H02M3/335GK102545676SQ201210014559
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者廖志賢, 韋迪 申請人:蘇州華領(lǐng)太陽能電力技術(shù)有限公司