專利名稱：光伏并網(wǎng)逆變器的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及可再生能源發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的光伏并網(wǎng)逆變器的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
進(jìn)入21世紀(jì)以來，傳統(tǒng)化石能源儲量日益枯竭，且大量使用化石燃料對人類生存環(huán)境造成的危害日益突出。如何在有效利用資源和確保環(huán)保等可持續(xù)發(fā)展的條件下發(fā)展經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為全球熱點(diǎn)。太陽能以其資源的普遍性、可再生、無污染等特點(diǎn)已經(jīng)全球性的由“補(bǔ)充能源”角色轉(zhuǎn)為“替代能源”。傳統(tǒng)的光伏發(fā)電并網(wǎng)方案是:由光伏逆變器把太陽能電池發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換成符合電網(wǎng)要求的交流電，再輸出至電網(wǎng)。整個系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分是光伏逆變器，其控制系統(tǒng)由正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)脈沖發(fā)生器、電壓同步鎖相、低通濾波等環(huán)節(jié)構(gòu)成。隨著電力電子技術(shù)的日新月異，這種控制系統(tǒng)相對繁瑣，電路復(fù)雜，并且并網(wǎng)發(fā)電效率不甚理想，致使光伏并網(wǎng)發(fā)電難以大規(guī)模推廣應(yīng)用，尤其是對于大功率光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)而言。

實(shí)用新型內(nèi)容鑒于上述原因，本實(shí)用新型的目的是提供一種光伏并網(wǎng)逆變器的控制系統(tǒng)，特別是大功率光伏并網(wǎng)逆變器的控制系統(tǒng)，本控制系統(tǒng)結(jié)合一定的軟件算法減少了相應(yīng)的硬件電路，是一種低成本、高效率的控制系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:一種光伏并網(wǎng)逆變器的控制系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括逆變器主電路、MPPT控制電路、第一采樣電路、驅(qū)動電路、數(shù)字信號處理器以及濾波電路，所述MPPT控制電路經(jīng)由所述第一采樣電路與太陽能電池相連接，所述MPPT控制電路還經(jīng)由所述數(shù)字信號處理器和所述驅(qū)動電路與所述逆變器主電路相連接，所述逆變器主電路通過所述濾波電路與電網(wǎng)相連接。在至少一個優(yōu)選方案中，所述逆變器主電路以IGBT開關(guān)器件為核心。在至少一個優(yōu)選方案中，所述系統(tǒng)還包括將所述濾波電路的輸出端連接到所述數(shù)字信號處理器的第二采樣電路。 在至少一個優(yōu)選方案中，所述濾波電路為LC濾波電路。在至少一個優(yōu)選方案中，所述第一采樣電路的輸出端還連接到所述數(shù)字信號處理器。逆變器主電路以IGBT開關(guān)器件為核心，采用基于電網(wǎng)電壓定向的雙閉環(huán)矢量控制策略，利用SVPWM逆變技術(shù)控制并網(wǎng)電流。LC濾波電路完成上述電流并網(wǎng)前的信號濾波。MPPT控制電路實(shí)時檢測太陽能電池輸出電壓，跟蹤其最大功率點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)太陽能電池的最大功率輸出。采樣電路實(shí)現(xiàn)對整個控制系統(tǒng)所需模擬量的采集，并將采集到的信號轉(zhuǎn)換為適合數(shù)字信號處理器處理的數(shù)字信號，輸出給數(shù)字信號處理器。數(shù)字信號處理器接收檢測電路信號，通過內(nèi)部程序控制，輸出控制信號給驅(qū)動電路。驅(qū)動電路將接收到的控制信號進(jìn)行功率放大，發(fā)送給逆變器主電路。以此完成將太陽能電池發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)同頻率同相位的交流電并饋入電網(wǎng)。與傳統(tǒng)方案相比，本實(shí)用新型的有益效果是:I)采用數(shù)字信號處理芯片DSP做為控制核心，從而實(shí)現(xiàn)了大功率并網(wǎng)逆變器控制策略需要大量算術(shù)運(yùn)算和控制邏輯運(yùn)算的要求，既增加了控制精度又大大減小了硬件電路的復(fù)雜性；2)與電網(wǎng)電壓同步的實(shí)現(xiàn)采用軟件鎖相環(huán)策略，從而最大限度的減化了硬件電路。

圖1示出本實(shí)用新型的一個實(shí)施方式的控制系統(tǒng)原理圖。圖2示出本實(shí)用新型的一個實(shí)施方式的控制系統(tǒng)示意圖。圖3示出本實(shí)用新型的一個實(shí)施方式的電網(wǎng)電壓軟件鎖相環(huán)控制原理圖。
具體實(shí)施方式
下面參照圖1-3說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。控制系統(tǒng)的原理如圖1所示，逆變器系統(tǒng)輸出是與電網(wǎng)電壓同頻同相的電流信號，整個系統(tǒng)等效于一個內(nèi)阻較大的受控電流源。系統(tǒng)采用基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制，由直流電壓外環(huán)和有功、無功電流內(nèi)環(huán)組成。直流電壓外環(huán)為了調(diào)節(jié)或穩(wěn)定系統(tǒng)直流母線電壓，電流內(nèi)環(huán)設(shè)計(jì)為電流跟隨器，是在dq坐標(biāo)系中分別實(shí)現(xiàn)id、iq的無靜差控制。首先由采樣電路采集電網(wǎng)三相電壓，對其進(jìn)行Clark變換，得到兩相靜止坐標(biāo)系下的網(wǎng)側(cè)電壓，經(jīng)過軟件鎖相環(huán)(PLL)，得到網(wǎng)側(cè)電壓的合成矢量的鎖相角。再通過這個鎖相角對網(wǎng)側(cè)電流進(jìn)行Park變換，得到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的網(wǎng)側(cè)電流id、iq，其中id為有功電流分量，iq為無功電流分量。通過以上的變換，就把網(wǎng)側(cè)電流的有功無功量轉(zhuǎn)化為直流量，通過引入閉環(huán)的PI控制穩(wěn)定輸出電流。有功電流給定為前級的電壓環(huán)輸出量，無功電流內(nèi)環(huán)的電流參考值是根據(jù)需向電網(wǎng)輸送的無功功率參考值而得到的。電流雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器輸出信號通過空間矢量脈寬SVPWM調(diào)制后，通過驅(qū)動電路控制IGBT功率器件，然后經(jīng)過LC低通濾波器，濾去高頻成分，在濾波電容兩端獲得相應(yīng)頻率的光滑的正弦波，從而實(shí)現(xiàn)逆變器的并網(wǎng)控制?？刂葡到y(tǒng)示意如圖2所示，系統(tǒng)包括逆變器主電路60、MPPT控制電路30、第一采樣電路20、驅(qū)動電路50、數(shù)字信號處理器40以及濾波電路70，MPPT控制電路30經(jīng)由第一采樣電路20與太陽能電池10相連接，MPPT控制電路30還經(jīng)由數(shù)字信號處理器40和驅(qū)動電路50與逆變器主電路O相連接，逆變器主電路60通過濾波電路70與電網(wǎng)90相連接。逆變器主電路60例如以IGBT開關(guān)器件為核心。可選地，系統(tǒng)還包括將濾波電路70的輸出端連接到數(shù)字信號處理器40的第二采樣電路80。濾波電路70例如為LC濾波電路?？蛇x地，第一采樣電路20的輸出端還連接到數(shù)字信號處理器40。太陽能電池直流輸入，通過MPPT控制算法，送給IGBT模塊，經(jīng)IGBT全橋逆變得到交流電，再經(jīng)濾波后得到穩(wěn)定的正弦波交流電，輸出至電網(wǎng)90。數(shù)字信號處理芯片DSP產(chǎn)生PWM波，通過專用的IGBT驅(qū)動芯片，驅(qū)動IGBT模塊實(shí)現(xiàn)逆變。由于采用了基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制策略，需要準(zhǔn)確的獲取電網(wǎng)電壓的相位，本系統(tǒng)采用軟件鎖相環(huán)方法，原理如圖3所示，當(dāng)電網(wǎng)電壓中只存在正序基波分量時，其dq坐標(biāo)系下穩(wěn)態(tài)值為直流量，首先通過坐標(biāo)變換將三相電壓轉(zhuǎn)換到dq坐標(biāo)系下，通過控制q軸分量為零，鎖相環(huán)可準(zhǔn)確鎖定電網(wǎng)電壓相位。同時，閉環(huán)控制可有效抑制電網(wǎng)擾動對相位檢測帶來的干擾。以上所述是本實(shí)用新型的具體實(shí)施例和所運(yùn)用的技術(shù)原理，任何基于本實(shí)用新型技術(shù)方案基礎(chǔ)上的等效變換，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種光伏并網(wǎng)逆變器的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括逆變器主電路、MPPT控制電路、第一采樣電路、驅(qū)動電路、數(shù)字信號處理器以及濾波電路， 所述MPPT控制電路經(jīng)由所述第一采樣電路與太陽能電池相連接，所述MPPT控制電路還經(jīng)由所述數(shù)字信號處理器和所述驅(qū)動電路與所述逆變器主電路相連接， 所述逆變器主電路通過所述濾波電路與電網(wǎng)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述逆變器主電路以IGBT開關(guān)器件為核心。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括將所述濾波電路的輸出端連接到所述數(shù)字信號處理器的第二采樣電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波電路為LC濾波電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一采樣電路的輸出端還連接到所述數(shù)字信號處理器。
專利摘要一種光伏并網(wǎng)逆變器的控制系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括逆變器主電路、MPPT控制電路、第一采樣電路、驅(qū)動電路、數(shù)字信號處理器以及濾波電路，MPPT控制電路經(jīng)由第一采樣電路與太陽能電池相連接，MPPT控制電路還經(jīng)由數(shù)字信號處理器和驅(qū)動電路與逆變器主電路相連接，逆變器主電路通過濾波電路與電網(wǎng)相連接。與傳統(tǒng)方案相比，本實(shí)用新型的有益效果是1)采用數(shù)字信號處理芯片DSP做為控制核心，從而實(shí)現(xiàn)了大功率并網(wǎng)逆變器控制策略需要大量算術(shù)運(yùn)算和控制邏輯運(yùn)算的要求，既增加了控制精度又大大減小了硬件電路的復(fù)雜性；2)與電網(wǎng)電壓同步的實(shí)現(xiàn)采用軟件鎖相環(huán)策略，從而最大限度的減化了硬件電路。
文檔編號H02J3/38GK203071589SQ20122073037
公開日2013年7月17日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者王亞飛, 霍峰 申請人:國電龍?jiān)措姎庥邢薰?br>