一种三相光伏Z源并网逆变器模拟实验装置的制作方法

本实用新型涉及一种三相光伏Z源并网逆变器模拟实验装置。

背景技术：

三相光伏并网发电系统是正在发展中的可再生能源发电技术之一，其中，三相光伏Z源并网逆变器是当前的研究热点之一。三相光伏Z源并网逆变器模拟实验装置可为深入研究光伏发电系统控制策略提供实验条件，对于高性能光伏并网逆变器研发具有重要意义。

目前因缺乏合适的实验装置，在普通实验室中开展三相光伏并网逆变实验研究存在困难。一方面在研发初期，因控制策略不完善、光伏阵列输出电压等级配置不匹配等原因，若将光伏逆变器的输出直接与三相交流电源直接相连，会因光伏逆变器的输出与三相交流电源不同频、不同相、不同幅而产生严重的环流，导致实验根本无法进行；另一方面亦缺乏典型的本地模拟负载，难以进行光伏并网逆变器并网逆变、无功及谐波补偿统一控制策略研究。

开发功能齐全的三相光伏Z源并网逆变器模拟实验装置，应用该实验装置进行光伏阵列最大功率跟踪、并网逆变、无功及谐波补偿统一控制策略研究具有理论意义和实用价值。

因此，有必要提出一种多功能的三相光伏Z源并网逆变器模拟实验装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种多功能的三相光伏Z源并网逆变器模拟实验装置。

本实用新型的技术方案如下：一种三相光伏Z源并网逆变器模拟实验装置包括依次电连接的光伏阵列和模拟电路，以及分别与所述光伏阵列和所述模拟电路电连接的控制器；所述模拟电路包括用于模拟三相Z源并网逆变器的逆变器电路单元、用于模拟三相交流电网的三相自耦合调压器和用于模拟三相光伏Z源逆变器负载特性的负载电路单元，所述逆变器电路单元和所述三相自耦合调压器电连接设置，且所述负载电路单元电接入所述逆变器电路单元和所述三相自耦合调压器之间；所述光伏阵列、所述逆变器电路单元和所述三相自耦合调压器依次电连接设置，所述控制器分别与所述逆变器电路单元、所述三相自耦合调压器和所述负载电路单元电连接设置。

优选地，所述逆变器电路单元包括依次电连接的Z源阻抗网络、电压源型逆变器和逆变器输出滤波电感组件，所述Z源阻抗网络与所述光伏阵列电连接，所述逆变器输出滤波电感组件与所述三相自耦合调压器电连接。

优选地，在所述逆变器输出滤波电感组件与所述三相自耦合调压器之间还串接设置有三个限流电阻，每一所述限流电阻的两端均并联设置一个交流接触器KM1。

优选地，所述负载电路单元包括：用于模拟三相光伏Z源逆变器的本地电阻负载的三相电阻网络和用于模拟三相光伏Z源逆变器的非线性负载的三相全波整流电路，以及于模拟三相光伏Z源逆变器的感性负载的感性负载模拟电路；所述三相电阻网络、所述三相全波整流电路和所述感性负载模拟电路分别接入所述逆变器电路单元和所述三相自耦合调压器之间。

优选地，所述三相自耦合调压器的一次侧通过三相开关QS1接入三相交流电源，且在所述三相自耦合调压器和所述三相开关QS1之间，还依次电串接有交流接触器KM2和熔融保护电阻。

本实用新型的有益效果在于：所述三相光伏Z源并网逆变器模拟实验装置采用价格低廉、应用广泛的三相自耦调压器模拟三相交流电网，以单级式三相Z源逆变器为主电路拓扑，以计算能力强、运算速度快的TMS320F2812DSP为控制核心，可进行光伏阵列最大功率跟踪、并网逆变、无功及谐波补偿统一控制策略实验研究。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的三相光伏Z源并网逆变器模拟实验装置的结构框图；

图2是图1所示三相光伏Z源并网逆变器模拟实验装置的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

除非上下文另有特定清楚的描述，本实用新型中的元件和组件，数量既可以单个的形式存在，也可以多个的形式存在，本实用新型并不对此进行限定。可以理解，本文中所使用的术语“和/或”涉及且涵盖相关联的所列项目中的一者或一者以上的任何和所有可能的组合。

请同时参阅图1和图2，图1是本实用新型实施例提供的三相光伏Z源并网逆变器模拟实验装置的结构框图；图2是图1所示三相光伏Z源并网逆变器模拟实验装置的电路结构示意图。所述三相光伏Z源并网逆变器模拟实验装置100包括相互电连接的光伏阵列10和模拟电路20，以及分别与所述光伏阵列10和所述模拟电路20电连接的控制器30。

所述模拟电路20包括用于模拟三相Z源并网逆变器的逆变器电路单元21、用于模拟三相交流电网的三相自耦合调压器22和用于模拟三相光伏Z源逆变器负载特性的负载电路单元23。所述逆变器电路单元21和所述三相自耦合调压器22电连接设置，且所述负载电路单元23电接入所述逆变器电路单元21和所述三相自耦合调压器22之间。

具体地，所述逆变器电路单元21包括依次电连接的Z源阻抗网络、电压源型逆变器和逆变器输出滤波电感组件，所述Z源阻抗网络与所述光伏阵列10电连接，所述逆变器输出滤波电感组件与所述三相自耦合调压器22的二次侧电连接。

在本实施例中，由电容C1、电容C2、电感L1和电感L2构成所述Z源阻抗网络，由主开关器件(IGRT)VT1-VT6构成所述电压源型逆变器，由电感La、电感Lb和电感Lc构成所述逆变器输出滤波电感组件。

而且，为限制因逆变器输出交流电与所述三相自耦合调压器22二次侧电压不同频、不同相、不同幅引起的环流，在所述逆变器输出滤波电感组件与所述三相自耦合调压器22的二次侧之间还串接设置有三个限流电阻Ra、Rb和Rc，且每一所述限流电阻的两端均并联设置一个交流接触器KM1，以实现当逆变器输出满足并网要求时则切除所述限流电阻。

而且，所述三相自耦合调压器22的一次侧通过三相开关QS1接入三相交流电源，且在所述三相自耦合调压器22和所述三相开关QS1之间，还依次电串接有交流接触器KM2和熔融保护电阻FU1。优选地，所述熔融保护电阻FU1是防过流的快速熔断丝。

在本实施例中，如果所述三相自耦合调压器22的二次侧输出与所述逆变器电路单元21输出相匹配，即为同频、同相位和同幅度时，每一所述交流接触器KM1得电工作，其常开接点闭合，从而将三个所述限流电阻Ra、Rb、Rc短路。

而且，为保护所述逆变器电路单元21，当不缺相且相序正确时，所述交流接触器KM2得电，其常开接点闭合，接入三相电源；若出现错相、缺相故障时，电路报警的同时，所述交流接触器KM2失电，其常开接点打开，切断三相电源，且所述熔融保护电阻FU1为防过流而快速熔断。

所述负载电路单元23包括用于模拟三相光伏Z源逆变器的本地电阻负载的三相电阻网络231和用于模拟三相光伏Z源逆变器的非线性负载的三相全波整流电路232，以及于模拟三相光伏Z源逆变器的感性负载的感性负载模拟电路233。

其中，所述三相电阻网络231、所述三相全波整流电路232和所述感性负载模拟电路233分别接入所述逆变器电路单元21和所述三相自耦合调压器22之间。

在本实施例中，具体地，所述三相电阻网络231采用电阻RLa、RLb、RLc模拟三相Z源光伏逆变器的本地电阻负载，其通过合上三相开关QS2接入；所述三相全波整流电路232采用三相桥式整流器输出带电阻RL2模拟本地非线性负载，其通过合上三相开关QS3接入；所述感性负载模拟电路233采用三相异步电动机M和与其同轴相连的磁粉制动器Z模拟本地感性负载，其通过合上三相开关QS4接入。而且，在所述负载电路单元23中，可根据实验研究需要，组合QS2、QS3和QS4的不同开关状态，切除或接入不同性质的负载。

所述控制器30采用TMS320F2812DSP为核心，并通过AD转换器采样所述光伏阵列10输出电压UPV和电流IPV、所述Z源阻抗网络的电容电压Uc、所述负载电路单元23模拟负载的相电流iLa、iLb、iLc及所述逆变器电路单元21输出相电流ia、ib、ic，并结合相应的控制算法实现光伏阵列最大功率跟踪、并网逆变、无功和谐波补偿的统一控制。

进一步地，为了迅速保护并网逆变器，所述三相光伏Z源并网逆变器模拟实验装置100还可以采用硬件电路进行三相电源相序、缺相检测、报警与保护。

相较于现有技术，本实用新型提供的三相光伏Z源并网逆变器模拟实验装置采用价格低廉、应用广泛的三相自耦调压器模拟三相交流电网，以单级式三相Z源逆变器为主电路拓扑，以计算能力强、运算速度快的TMS320F2812DSP为控制核心，可进行光伏阵列最大功率跟踪、并网逆变、无功及谐波补偿统一控制策略实验研究。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。