專利名稱:并網(wǎng)型太陽能光伏逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光伏發(fā)電逆變技術(shù)，尤其涉及一種并網(wǎng)型太陽能光伏逆 變器。
背景技術(shù)：
太陽能光伏發(fā)電是目前已知發(fā)電方式中最清潔、最安全、潛力最大的新
興發(fā)電方式，預(yù)計(jì)在未來15年左右的時(shí)間內(nèi)，光伏發(fā)電成本將會(huì)持續(xù)降低到 可與常規(guī)發(fā)電成本相競爭的水平。目前，我國雖然已經(jīng)將光伏產(chǎn)業(yè)正式納入 國家能源發(fā)展的中長期規(guī)劃，但與德國、日本、美國等世界先進(jìn)國家已經(jīng)將 太陽能納入能源儲(chǔ)備戰(zhàn)略相比較，我國在這方面的研究水平還存在一定差距。 由于現(xiàn)階段科技水平的限制，太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率始終比較低， 一般 在16%左右。而且其制造工藝和成本的限制，使得太陽能電池板的銷售價(jià)格 居高不下。所以在有限的資源下如何最大限度的提供發(fā)電效率是現(xiàn)階段光伏 逆變器的關(guān)鍵。
并網(wǎng)型太陽能光伏逆變器的研制包含很多關(guān)鍵技術(shù)，例如主逆變電路的 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇、控制器及控制方式的選擇、并網(wǎng)方式等。
主逆變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨著近十幾年電力電子技術(shù)的發(fā)展，許多大容量 低成本的MOS管和IGBT上市，產(chǎn)生了許多逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。目前常用的 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參考圖1 —圖2。
控制器及控制方式在逆變器的控制器選擇上早期的有專用芯片產(chǎn)生 PWM，然后通過模擬電路來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)和信號(hào)的檢測。控制方式也是傳統(tǒng)的模 擬電路控制，其方法簡單、單一。
并網(wǎng)方式傳統(tǒng)的方法是使用模擬電路產(chǎn)生過零捕捉電路，然后反饋到
控制器去跟蹤電網(wǎng)的相位，以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。
綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的并網(wǎng)型太陽能光伏逆變器基本上通過模擬電路 實(shí)現(xiàn)，簡單、單一，準(zhǔn)確率低，導(dǎo)致能源不能充分有效地利用。

實(shí)用新型內(nèi)容

4本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種并網(wǎng)型太陽能光伏逆變器， 該逆變器可大大提高太陽能發(fā)電的效率。
為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案
并網(wǎng)型太陽能光伏逆變器，包括有一以太陽能電池板作為輸入電源的主 逆變電路和與所述主逆變電路相連的控制電路，所述主逆變電路的輸出端并 入電網(wǎng)，其中，所述控制電路為一基于DSP的數(shù)字控制系統(tǒng)，且所述主逆變 電路通過傳感器與所述基于DSP的數(shù)字控制系統(tǒng)形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的有益效果是-
本實(shí)用新型的實(shí)施例通過結(jié)合DSP技術(shù)和太陽能光伏逆變技術(shù)形成閉環(huán)
控制系統(tǒng)，從而大大提高了太陽能發(fā)電的效率。 下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中一種主逆變電路的電路原理圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中另一種主逆變電路的電路原理圖。
圖3是本實(shí)施例提供的并網(wǎng)型太陽能光伏逆變器一個(gè)實(shí)施例的組成結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本實(shí)施例提供的并網(wǎng)型太陽能光伏逆變器一個(gè)實(shí)施例中主逆變電 路的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
參考圖3，該圖是本實(shí)施例提供的并網(wǎng)型太陽能光伏逆變器一個(gè)實(shí)施例 的組成結(jié)構(gòu)圖；如圖所示，本實(shí)施例主要包括有一以太陽能電池板1作為輸 入電源的主逆變電路2和與所述主逆變電路相連、作為控制電路的基于數(shù)字 信號(hào)處理(DigtalSignleProcess，DSP)的數(shù)字控制系統(tǒng)3,所述主逆變電路的 輸出端并入電網(wǎng)4，并且，主逆變電路2通過傳感器5與DSP系統(tǒng)4形成閉 環(huán)控制系統(tǒng)。
下面詳細(xì)描述本實(shí)施例各主要部分的功能和連接關(guān)系。 參考圖4，本實(shí)施例中，主逆變電路采用2級隔離式的結(jié)構(gòu)，它主要包 括有依次連接的DC-AC逆變電路、高頻變壓電路、橋式整流電路、以及工 頻換向電路。高頻變壓器Transformer的原邊為低壓側(cè)、副邊為高壓側(cè)，其變比為1: 13，最大頻率為50KHZ，功率為3KW。連接在變壓器副邊的是 二極管全波整流橋和工頻的全橋換向電路，從所述全橋換向電路輸出50HZ 正弦波形的電壓通過T型的LC濾波電路并入電網(wǎng)。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與圖1和 圖2所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比，其優(yōu)點(diǎn)有變壓器原邊側(cè)為低壓直流，對控制電 路的元器件和MOS管的安全威脅小；變壓器為高頻變壓器，體積小，成本 少。
最大功率點(diǎn)跟蹤(Maxnmm Power Point Tracing, MPPT)是太陽能并網(wǎng) 逆變器研究中的關(guān)鍵技術(shù)，傳統(tǒng)的方法采用恒電壓控制法，這種方法簡單但 是精度差，不能有效的跟蹤最大功率點(diǎn)。
另外，為了保證在電網(wǎng)斷電的情況下，逆變器必須及時(shí)切斷對電網(wǎng)電能 的輸入，這就涉及到如何準(zhǔn)確快速的判斷電網(wǎng)斷電的情況，即孤島效應(yīng)檢測 技術(shù)。
而本實(shí)施例的DSP系統(tǒng)3利用DSP高速高性能數(shù)據(jù)計(jì)算能力，可以把 高效準(zhǔn)確的最大功率點(diǎn)跟蹤算法和孤島檢測算法實(shí)現(xiàn)在本實(shí)施例中。
具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，在MPPT算法上，采用基于梯度的最優(yōu)功率點(diǎn)跟蹤算法， 此種算法在太陽能電池板最大功率點(diǎn)的跟蹤上有快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)； 在孤島效應(yīng)的檢測上，采用瞬時(shí)功率和電壓檢測方法。
具體地，DSP系統(tǒng)3還可具體包括以下部分 中心控制模塊31，作為系統(tǒng)的控制處理中心，執(zhí)行對系統(tǒng)中各模塊的控 制指令和數(shù)據(jù)分析處理，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，它可以采用TI公司的 TMS320LF2407A控制器，此種控制器運(yùn)算速度為40MIPS，接口豐富，不 但可以保證運(yùn)算性能，還可以方便地?cái)U(kuò)展外部資源；
脈沖寬度調(diào)制(Pulse-Width Modulation, PWM)驅(qū)動(dòng)模塊32，連接在 所述中心控制模塊31和主逆變電路2之間，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，它包含50KHZ的 正弦波脈沖寬度調(diào)制(Sinewave Pulse-Width Modulation, SPWM)控制子模 塊321、 50Hz的PWM換向控制子模塊322，所述SPWM控制子模塊321 和PWM換向控制子模塊322并列設(shè)置，DSP系統(tǒng)輸出帶有死區(qū)的PWM信 號(hào)后，可通過光耦隔離和MOS驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)MOS的動(dòng)作；由于系統(tǒng)是多 環(huán)反饋的，故產(chǎn)生的SPWM在不斷地變化。
AD轉(zhuǎn)換模塊33，連接在所述傳感器和中心控制模塊之間，實(shí)現(xiàn)傳感器模擬信號(hào)與系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)之間的AD轉(zhuǎn)換。
太陽跟蹤模塊34，與中心控制模塊和所述太陽能電池板相連，用于根 據(jù)太陽光照射范圍實(shí)時(shí)調(diào)整太陽能電池板的位置，以得到最大的發(fā)電效率； 具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，它主要包括有2自由度的支架、2個(gè)步進(jìn)電機(jī)、以及與所述步 進(jìn)電機(jī)相連的驅(qū)動(dòng)控制電路，其具體的控制算法可直接寫入DSP系統(tǒng)。
圖像數(shù)據(jù)接口 35，與所述中心控制模塊相連，用于建立系統(tǒng)和顯示設(shè) 備之間的連接，將系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鲲@示設(shè)備，從而通過顯示設(shè)備， 如LCD，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的運(yùn)行方式、參數(shù)、時(shí)間、工作效率和發(fā)電量等， 使用戶很方便地了解運(yùn)行情況。
串行通信接口 (Serial Communication Interface, SCI)模塊36，與所述中 心控制模塊相連，用于建立系統(tǒng)和其他控制設(shè)備之間的連接，執(zhí)行系統(tǒng)和其 他控制設(shè)備之間的控制數(shù)據(jù)交換，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，該模塊采用232通信方式， 它可以編寫監(jiān)測軟件，使系統(tǒng)參數(shù)能實(shí)時(shí)傳遞到其他控制設(shè)備(如電腦)上 面；也可以通過監(jiān)測軟件來控制系統(tǒng)的運(yùn)行。
另外，本實(shí)施例還包括有以下部分
時(shí)鐘保持模塊6，與所述中心控制模塊相連，用于為所述數(shù)字信號(hào)處理 系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時(shí)間基準(zhǔn)，保證系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的準(zhǔn)確性，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，可采 用時(shí)鐘芯片DS1302;
供電模塊7，與所述數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)和主逆變電路相連，用于向所述 數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)和主逆變電路提供工作電源，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，它可以想系統(tǒng) 提供本系統(tǒng)的3.3V、 5V、 15V、 -15V、 24V、 6路12V的隔離電源，以確保 系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于住宅型太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電、小型發(fā)電站、 UPS、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等。它具有以下優(yōu)點(diǎn)-
經(jīng)濟(jì)性，利用少量的硬件資源，充分使用數(shù)字信號(hào)處理的方式，節(jié)省了 許多元器件、降低了成本；
商業(yè)性，集成了大量可擴(kuò)展的接口，同時(shí)體積小巧，安裝方便，價(jià)格低 廉，系統(tǒng)安全，可用于商業(yè)化的批量生產(chǎn)。
系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)，在后期系統(tǒng)升級上方便，只要替換相關(guān)的模塊 即可。以上所述是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域：
的 普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改 進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種并網(wǎng)型太陽能光伏逆變器，包括有一以太陽能電池板作為輸入電源的主逆變電路和與所述主逆變電路相連的控制電路，所述主逆變電路的輸出端并入電網(wǎng)，其特征在于所述控制電路為一基于DSP的數(shù)字控制系統(tǒng)，且所述主逆變電路通過傳感器與所述基于DSP的數(shù)字控制系統(tǒng)形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。
2、 如權(quán)利要求
l所述的并網(wǎng)型太陽能光伏逆變器，其特征在于，所述基于DSP的數(shù)字控制系統(tǒng)包括有作為系統(tǒng)的控制處理中心，執(zhí)行對系統(tǒng)中各模塊的控制指令和數(shù)據(jù)分析處理的中心控制模塊；連接在所述中心控制模塊和主逆變電路之間的PWM驅(qū)動(dòng)模塊； 連接在所述傳感器和中心控制模塊之間的AD轉(zhuǎn)換模塊。
3、 如權(quán)利要求
2所述的并網(wǎng)型太陽能光伏逆變器，其特征在于，所述 PWM驅(qū)動(dòng)模塊包括有并列設(shè)置的SPWM控制子模塊和PWM換向控制子模塊。
4、 如權(quán)利要求
3所述的并網(wǎng)型太陽能光伏逆變器，其特征在于，所述基 于DSP的數(shù)字控制系統(tǒng)還包括有太陽跟蹤模塊，與中心控制模塊和所述太陽能電池板相連，用于根據(jù)太 陽光照射范圍實(shí)時(shí)調(diào)整太陽能電池板的位置。
5、 如權(quán)利要求
4所述的并網(wǎng)型太陽能光伏逆變器，其特征在于，所述基 于DSP的數(shù)字控制系統(tǒng)還包括有圖像數(shù)據(jù)接口，與所述中心控制模塊相連，用于建立系統(tǒng)和顯示設(shè)備之 間的連接，將系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鲲@示設(shè)備；串行通信接口模塊，與所述中心控制模塊相連，用于建立系統(tǒng)和其他控 制設(shè)備之間的連接，執(zhí)行系統(tǒng)和其他控制設(shè)備之間的控制數(shù)據(jù)交換。
6、 如權(quán)利要求
4所述的并網(wǎng)型太陽能光伏逆變器，其特征在于，該裝置 還包括有時(shí)鐘保持模塊，與所述中心控制模塊相連，用于為所述數(shù)字信號(hào)處理系 統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時(shí)間基準(zhǔn)；供電模塊，與所述數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)和主逆變電路相連，用于向所述數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)和主逆變電路提供工作電源。
7、 如權(quán)利要求
4所述的并網(wǎng)型太陽能光伏逆變器，其特征在于，所述太 陽跟蹤模塊包括有兩個(gè)自由度的支架、分別與所述支架相連的兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)、以及與所述 步進(jìn)電機(jī)相連的驅(qū)動(dòng)控制電路。
8、 如權(quán)利要求
l-7中任一項(xiàng)所述的并網(wǎng)型太陽能光伏逆變器，其特征在 于，所述主逆變電路包括有逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括有依次連接的太陽能電池 板、DC-AC逆變電路、高頻變壓電路、橋式整流電路、以及工頻換向電路。
專利摘要
本實(shí)用新型公開一種并網(wǎng)型太陽能光伏逆變器，包括有一以太陽能電池板作為輸入電源的主逆變電路和與所述主逆變電路相連的控制電路，所述主逆變電路的輸出端并入電網(wǎng)，其中，所述控制電路為一基于DSP的數(shù)字控制系統(tǒng)，且所述主逆變電路通過傳感器與所述基于DSP的數(shù)字控制系統(tǒng)形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型大大提高了太陽能發(fā)電的效率。
文檔編號(hào)GKCN201266891SQ200820147258
公開日2009年7月1日 申請日期2008年9月3日
發(fā)明者仲照東, 劉家恒, 文勵(lì)洪, 鐘宇明, 黃志昌 申請人:深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan