專利名稱：一種基于tms320f2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利屬于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域，以及電能質(zhì)量治理控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
能源是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)和提高人民生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。由于傳統(tǒng)石化能源越 來(lái)越臨近枯竭，可再生能源將逐步替代化石能源，成為人類可持續(xù)發(fā)展的能源。在可再生能源中，潛力最大的是太陽(yáng)能。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是太陽(yáng)能利用的重要方式，具有無(wú)污染、可再生、不受區(qū)域限制等優(yōu)勢(shì)，也是我國(guó)重點(diǎn)提倡開(kāi)發(fā)利用的緑色能源。我國(guó)太陽(yáng)能資源相當(dāng)豐富，全國(guó)各地的年太陽(yáng)輻射總量為3340 8400MJ/m2，總值為58520MJ/m2。我國(guó)陸地表面每年接受的太陽(yáng)輻射能約為147X108GWh，相當(dāng)于4. 9萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。加上太陽(yáng)能的潔凈環(huán)保特性，太陽(yáng)能資源成為我國(guó)最具大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的可再生能源之一。隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高以及電カ電子技術(shù)的不斷發(fā)展，配電網(wǎng)中DC/AC變換器、整流器、變頻調(diào)速裝置、沖擊性、不平衡負(fù)荷等不斷増加，這些非線性和時(shí)變性負(fù)載對(duì)這些設(shè)備本身以及其它對(duì)電能質(zhì)量要求高的裝置和設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。電カ電子裝置的開(kāi)關(guān)動(dòng)作向電網(wǎng)中注入了大量的諧波和次諧波分量，導(dǎo)致交流電網(wǎng)中電壓和電流的嚴(yán)重失真。凡是具有非線性阻抗特性的電氣設(shè)備都是電能質(zhì)量的污染源，包括各種電カ電子設(shè)備的用電負(fù)荷、煉鋼電弧爐負(fù)荷、電カ機(jī)車負(fù)荷等，都會(huì)在電網(wǎng)中產(chǎn)生電壓波動(dòng)與閃變、高次諧波電壓等問(wèn)題，從而引起電壓正弦波形畸變。自然現(xiàn)象如雷擊、暴風(fēng)雨等也會(huì)影響電能質(zhì)量。電能質(zhì)量指標(biāo)惡化不僅影響了電力系統(tǒng)和相關(guān)領(lǐng)域的正常運(yùn)行，而且對(duì)正常的安全可靠用電也造成了一定的威脅。隨著電カ電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器 (UPQC)應(yīng)運(yùn)而生。電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(UPQC)可快速補(bǔ)償供電電壓中的突升或突降、波動(dòng)和閃變、諧波電流和電壓、各相電壓的不平衡以及故障時(shí)的短時(shí)電壓中斷等，是ー種具有綜合功能的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器。但目前的光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置和UPQC各有不足，由于太陽(yáng)光日夜變化，光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置只在白天工作，晚上要切離電網(wǎng)，這不僅影響設(shè)備的利用率，并且在頻繁投切時(shí)會(huì)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定造成影響。UPQC可對(duì)無(wú)功及諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償，但因成本較高，功能単一，推廣難度較大。分析UPQC和光伏并網(wǎng)發(fā)電可知，UPQC向電網(wǎng)提供無(wú)功電能及各種諧波，而光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置只提供有功電能，兩者只是向電網(wǎng)提供的電能不同，而在結(jié)構(gòu)和控制上有諸多相似之處，所以在理論上可對(duì)兩者實(shí)施統(tǒng)ー控制。近年來(lái)，隨著微電子學(xué)的迅速發(fā)展，各種性能更好、功耗更低的單片機(jī)和DSP不斷涌現(xiàn)。TMS320F2812是美國(guó)德州儀器(TI)生產(chǎn)的ー款DSP控制芯片，其特點(diǎn)有①高達(dá)150MHz的工作頻率，32位硬件乘加器；②哈佛總線結(jié)構(gòu)，迅速的中斷響應(yīng)處理2個(gè)增強(qiáng)的事件管理器模塊(包括通用定時(shí)器、比較單元、捕獲單元以及正交編碼脈沖電路)，提供了一整套用于運(yùn)動(dòng)控制和電機(jī)控制應(yīng)用的功能和特性；④外圍設(shè)備包括3個(gè)32位CPU定時(shí)器，16通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，其流水線最快轉(zhuǎn)換周期為60ns，單通道最快轉(zhuǎn)換周期為200ns，等。TMS320F2812的出現(xiàn)，為光伏并網(wǎng)發(fā)電和UPQC統(tǒng)ー控制的實(shí)現(xiàn)提供了硬件基礎(chǔ)。

實(shí)用新型內(nèi)容為了避免并網(wǎng)設(shè)備頻繁投切給配電網(wǎng)帶來(lái)的不利影響，使并網(wǎng)設(shè)備的容量得到充分利用，提高電能質(zhì)量綜合治理裝置的利率用和性價(jià)比，本實(shí)用新型提供了一種基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置。該裝置以TMS320F2812DSP芯片為核心，能向時(shí)實(shí)現(xiàn)改善電網(wǎng)負(fù)載的電流波形、消除三相不平衡電流同時(shí)實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電的功能。本用新型采用的技術(shù)方案如下一種基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置，它主要包括太陽(yáng)能光伏陣列、防反ニ極管、直流側(cè)儲(chǔ)能電容、DC/AC變換器、濾波電感、TMS320F2812DSP控制芯片及外圍信號(hào)調(diào)理電路、光電隔離和驅(qū)動(dòng)電路。其特征在于太陽(yáng)能光伏陣列通過(guò)防反ニ極管提供直流電給電容器，用以儲(chǔ)存電能并穩(wěn)定DC/AC變換器直流側(cè)電壓；當(dāng)白天日照充足時(shí)，裝置同時(shí)實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電以及電能質(zhì)量綜合治 理的功能，DC/AC變換器將光伏組件產(chǎn)生的直流電能轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)濾波電感之后將電流注入電網(wǎng)，用以改善電網(wǎng)負(fù)載的電流波形、消除三相不平衡電流同時(shí)實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電；在低日照或夜晚的情況下，裝置將光伏陣列、防反ニ極管切離，裝置単獨(dú)實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量綜合治理的功倉(cāng)^:。所述基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置，DC/AC變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用三相四線制方式，単相主電路結(jié)構(gòu)為全橋形式。所述基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置，濾波電抗器用以濾除DC/AC變換器輸出電流波形中由電カ電子器件高頻動(dòng)作引起的高頻電流諧波。所述基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置，控制電路以TMS320F2812DSP為核心，配合片外信號(hào)調(diào)理電路對(duì)三相配電網(wǎng)的電壓和電流進(jìn)行采樣，并計(jì)算出配電網(wǎng)三相諧波、無(wú)功電流補(bǔ)償值；該補(bǔ)償值與太陽(yáng)能光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤算法相結(jié)合，得到實(shí)際并網(wǎng)電流指令；根據(jù)得到的并網(wǎng)電流指令，由TMS320F2812內(nèi)部的事件管理器形成12路PWM脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)光電隔離和驅(qū)動(dòng)電路控制DC/AC變換器中的電カ電子器件的開(kāi)通與關(guān)斷，從而控制DC/AC變換器的輸出電流，并經(jīng)過(guò)濾波電感將電流注入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量綜合治理及光伏并網(wǎng)發(fā)電的功能。本實(shí)用新型的技術(shù)效果在于I.采用TMS320F2812作為核心，實(shí)現(xiàn)了光伏并網(wǎng)和電能質(zhì)量綜合治理的統(tǒng)ー控制，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)改善電網(wǎng)負(fù)載的電流波形、消除三相不平衡電流同時(shí)實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電的功能，實(shí)現(xiàn)ー機(jī)多能，提高裝置的性價(jià)比。2.避免了光伏并網(wǎng)頻繁投切給配電網(wǎng)帶來(lái)的不利影響，使低日照或夜晚的情況下并網(wǎng)裝置的容量得到有效的利用，提高裝置的利用率。
圖I是基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置的原理框圖。圖2是基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置電能質(zhì)量治理及光伏并網(wǎng)部分的原理圖。圖3是基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置并網(wǎng)電流指令的合成圖。
具體實(shí)施方式
基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置主要由太陽(yáng)能光伏陣列、防反ニ極管、電容器、DC/AC變換器、濾波電抗器、濾波電容器、エ頻變壓器和TMS320F2812及其外圍信號(hào)調(diào)理電路等構(gòu)成。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型系統(tǒng)作進(jìn)ー步說(shuō)明。圖I是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例簡(jiǎn)圖，太陽(yáng)能電池陣列[I]采用多塊三洋高性能HIT電池串并聯(lián)而成，它將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為直流電能；為了防止電流流入光伏陣列，在光伏陣列的輸出側(cè)串聯(lián)了防反ニ極管[2]，直流側(cè)儲(chǔ)能電容[3]采用電解電容器，DC/AC變換器
[4]采用三相拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，単相主電路結(jié)構(gòu)為全橋形式；電カ電子器件采用三菱智能功率模塊(IPM)，采用無(wú)感電阻、無(wú)感電容和快恢復(fù)ニ極管構(gòu)成DC/AC變換器的緩沖電路。系統(tǒng)控制器以TMS320F2812DSP控制芯片[6]為核心，配合片外圍信號(hào)調(diào)理電路[7]對(duì)光伏陣列輸出電壓％和輸出電流iP配電網(wǎng)三相電壓的A相電壓Ua以及配電網(wǎng)三相電流ia、ib、i。進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析計(jì)算得到三相電壓電流指令后輸出脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)，PWM信號(hào)經(jīng)光電隔離和驅(qū)動(dòng)電路[8]后控制DC/AC變換器中的電カ電子器件的開(kāi)通與關(guān)斷，從而控制DC/AC變換器的輸出電流，并經(jīng)過(guò)濾波電感[5]將電流注入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量綜合治理及光伏并網(wǎng)發(fā)電的功能。
權(quán)利要求1.一種基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置，它主要包括 太陽(yáng)能電池陣列[I]、防反ニ極管[2]、直流側(cè)儲(chǔ)能電容[3]、DC/AC變換器[4]、濾波電感[5]、TMS320F2812 DSP控制芯片[6]及外圍信號(hào)調(diào)理電路[7]、光電隔離和驅(qū)動(dòng)電路[8]，其特征在于太陽(yáng)能電池陣列[I]通過(guò)防反ニ極管[2]提供直流側(cè)儲(chǔ)能電容[3]，用以儲(chǔ)存電能并穩(wěn)定DC/AC變換器[4]直流側(cè)電壓；當(dāng)白天日照充足吋，DC/AC變換器[4]將光伏組件產(chǎn)生的直流電能轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)濾波電感[5]之后將交流電流注入電網(wǎng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電以及電能質(zhì)量綜合治理的功能；在低日照或夜晚的情況下，裝置將太陽(yáng)能電池陣列[I]、防反ニ極管[2]切離，裝置単獨(dú)實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量綜合治理的功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置，其特征在于DC/AC變換器[4]拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用三相四線制方式，単相主電路結(jié)構(gòu)為全橋形式。
3.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置，其特征在于濾波電感[5]用以濾除DC/AC變換器[4]輸出電流波形中由電カ電子器件高頻動(dòng)作引起的高頻電流諧波。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置，控制電路以TMS320F2812 DSP控制芯片[6]為核心，配合片外信號(hào)調(diào)理電路[7]對(duì)三相配電網(wǎng)的電壓和電流進(jìn)行采樣，并計(jì)算出配電網(wǎng)三相諧波、無(wú)功電流補(bǔ)償值；該補(bǔ)償值與太陽(yáng)能光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤算法相結(jié)合，得到實(shí)際并網(wǎng)電流指令；根據(jù)得到的并網(wǎng)電流指令，由TMS320F2812內(nèi)部的事件管理器形成12路PWM脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)光電隔離和驅(qū)動(dòng)電路[8]后控制DC/AC變換器中的電カ電子器件的開(kāi)通與關(guān)斷，并經(jīng)過(guò)濾波電感[5]將電流注入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量綜合治理及光伏并網(wǎng)發(fā)電的功能。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置，該裝置屬于電能質(zhì)量治理及光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。裝置適用于三相四線制配電網(wǎng)，主要由太陽(yáng)能光伏陣列、防反二極管、DC/AC變換器、濾波電感組成，并以TMS320F2812DSP控制芯片為核心實(shí)現(xiàn)控制策略。當(dāng)日照充足時(shí)，裝置同時(shí)實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電以及電能質(zhì)量綜合治理的功能；在低日照或夜晚時(shí)，光伏陣列與設(shè)備切離，裝置單獨(dú)實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量綜合治理的功能?；赥MS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置將光伏并網(wǎng)發(fā)電和電能質(zhì)量綜合治理相結(jié)合，不僅避免了并網(wǎng)設(shè)備頻繁投切給配電網(wǎng)帶來(lái)的不利影響，而且能使并網(wǎng)設(shè)備的容量得到充分利用，有利于提高電能質(zhì)量綜合治理裝置的利率用和性價(jià)比，并實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能。
文檔編號(hào)H02J3/26GK202633962SQ20122000727
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者付青, 劉鳳杰, 馬桂龍, 程光蕾, 呂文昭 申請(qǐng)人:中山大學(xué)