专利名称：一种兼有电能调节功能的分布式三相四线光伏并网装置的制作方法
技术领域：
本发明属于多功能光伏并网装置技术领域，具体涉及一种兼有电能调节功能的分布式三相四线光伏并网装置。
背景技术：
目前，公知的分布式三相四线光伏并网装置是由太阳能光伏阵列、DC/DC变流器、 并网逆变器、并网发电控制器及相应的保护组成。在太阳光的照射下，分布式三相四线光伏并网装置利用光伏效应，将太阳光辐射能直接转换成电能，并与电网相连接，在有足够强的光照时，光伏阵列所转化来的电能除对用户用电负载供电外，可将多余部分的电能馈入电网。在晚上或阴雨天等光照强度不足时，光伏阵列发出的电力不足，则由电网向用户负载供应一部分或者全部电力。但是，各种机器设备大量地投入使用，不同类型的用户用电负载从电网中汲取电能，用户用电负载会不可避免的产生无功分量、谐波分量以及不平衡分量。一般的分布式三相四线光伏并网装置只能以有功的方式提供所转化来的电能，不能对用户用电负载产生的无功分量、谐波分量以及不平衡分量进行补偿，而带有这些分量的并网电流会对公共电网造成污染。
发明内容
本发明是为了解决现有的装置不能对用户用电负载产生的无功分量、谐波分量和不平衡分量进行补偿，不能消除这些分量的并网电流对电网的污染问题，提出的一种兼有电能调节功能的分布式三相四线光伏并网装置。一种兼有电能调节功能的分布式三相四线光伏并网装置，它包括电网、用户用电负载、光伏阵列、DC/DC变换器、三相四线并网变流器、数字信号处理控制单元、断路器、第一检测器和第二检测器，光伏阵列的直流电压输出端与DC/DC变换器的直流电压输入端相连接，DC/DC变换器的直流电压输出端与三相四线并网变流器的直流电压输入端相连接，三相四线并网变流器的交流侧的三相电压输出端通过断路器接入电网，数字信号处理控制单元的直流电源转换控制信号输出端与DC/DC变换器的直流电源转换控制信号输入端相连接， 数字信号处理控制单元的PWM控制信号输出端与三相四线并网变流器的PWM控制信号输入端相连接，第一检测器用于检测三相四线并网变流器交流侧的输出相电流和用户用电负载的输入电压和电流，第一检测器的检测结果信号输出端与数字信号处理控制单元的第一检测结果信号输入端相连接，第二检测器用于检测光伏阵列的输出电压和电流，第二检测器的检测结果信号输出端与数字信号处理控制单元的第二检测结果信号输入端相连接。本发明的一种兼有电能调节功能的分布式三相四线光伏并网装置，在有光照的情况下，不仅可以对用户进行供电，还可以补偿用户用电负载产生的无功分量和谐波分量，在没有光照的情况下，可以起到电力有源滤波器的作用，补偿用户用电负载产生的无功分量和谐波分量。在光照强度充足的情况下，可以对本地用户用电负载供电并将多余电量馈入电网，在光照强度不足的情况下，可以对本地用户用电负载提供部分电量，不足的部分从电网中汲取。本发明可以将所转化的太阳能有功能量高效地馈入电网的同时，补偿由于负载引入的无功分量、谐波分量以及不平衡分量，消除了这些分量的并网电流对电网的污染，满足了对太阳能这种新能源多向开发的生产实际和科研的需要。特别适用于与建筑物结合的以三相四线方式并入电网的光伏并网发电装置，尤其是能实现补偿电网无功、谐波以及三相负载不平衡的光伏并网装置。
图I是本发明的结构示意图，图2是DC/DC变换器的结构示意图，图3是三相四线并网变流器的结构示意图，图4是数字信号处理控制单元的工作原理示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一、结合图I说明本实施方式，一种兼有电能调节功能的分布式三相四线光伏并网装置，它包括电网101、用户用电负载102、光伏阵列103、DC/DC变换器104、 三相四线并网变流器105、数字信号处理控制单元106、断路器108、第一检测器107和第二检测器109，光伏阵列103的直流电压输出端与DC/DC变换器104的直流电压输入端相连接，DC/DC变换器104的直流电压输出端与三相四线并网变流器105的直流电压输入端相连接，三相四线并网变流器105的交流侧的三相电压输出端通过断路器108接入电网101， 数字信号处理控制单元106的直流电源转换控制信号输出端与DC/DC变换器104的直流电源转换控制信号输入端相连接，数字信号处理控制单元106的PWM控制信号输出端与三相四线并网变流器105的PWM控制信号输入端相连接，第一检测器107用于检测三相四线并网变流器105交流侧的输出相电流和用户用电负载102的输入电压和电流，第一检测器107 的检测结果信号输出端与数字信号处理控制单元106的第一检测结果信号输入端相连接， 第二检测器109用于检测光伏阵列103的输出电压和电流，第二检测器109的检测结果信号输出端与数字信号处理控制单元106的第二检测结果信号输入端相连接。
具体实施方式
二、结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一的区别在于所述DC/DC变换器104包括直流电容201、续流电感202、功率二极管203和全控型功率器件IGBT204，DC/DC变换器104的直流电压输入端并联直流电容201，直流电容201的一端与续流电感202的一端相连接，续流电感202的另一端同时与全控型功率器件IGBT204 的集电极和功率二极管203的阳极相连接，功率二极管203的阴极作为DC/DC变换器104的一个直流电压输出端，全控型功率器件IGBT204的发射极与直流电容201的另一端相连接， 并且作为DC/DC变换器104的另一个直流电压输出端，数字信号处理控制单元106的控制信号输出端与全控型功率器件IGBT204的基极相连接。本实施方式中，IGBT为Insulated Gate Bipolar Transisitor,绝缘栅双极型晶体管。本实施方式中，DC/DC变换器104的作用是调节光伏阵列103的输出电压，使光伏阵列103维持在最大功率输出的工作点。
具体实施方式
三、结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一的区别在于所述三相四线并网变流器105包括直流侧电容301、四桥臂电压源变流器302、驱动电路303、LC型滤波输出电路306，LC型滤波输出电路306包括四个滤波输出电路电感304 和四个滤波输出电路电容305，四桥臂电压源变流器302的四个桥臂由四对全控型功率器件IGBT组成，每个桥臂的第一全控型功率器件IGBT的发射极同时与第二全控型功率器件 IGBT的集电极和一个滤波输出电路电感304的一端相连接，每个滤波输出电路电感304的另一端分别与一个滤波输出电路电容305的一端相连接,每个滤波输出电路电容305的另一端接大地，三相四线并网变流器105的直流电压输入端并联直流侧电容301，直流侧电容 301的一端同时与每个桥臂的第一全控型功率器件IGBT的集电极相连接，直流侧电容301 的另一端同时与每个桥臂的第二全控型功率器件IGBT的发射极相连接，数字信号处理控制单元106的PWM控制信号输出端与驱动电路303的PWM控制信号输入端相连接，驱动电路 303的四组驱动信号输出端分别与四桥臂电压源变流器302的四个桥臂的控制信号输入端连接。
具体实施方式
四、本实施方式与具体实施方式
三的区别在于所述驱动电路303的四组驱动信号，每组驱动信号有两个，分别于每对组成一个桥臂的每个全控型功率器件IGBT 的基极相连接。
具体实施方式
四、结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
三的区别在于所述驱动电路303的四组驱动信号中，每组驱动信号有两个驱动信号，分别与组成一个桥臂的两个全控型功率器件IGBT的基极相连接。
具体实施方式
五、本实施方式与具体实施方式
一的区别在于所述数字信号处理控制单元106采用TI公司的2812型数字信号处理器实现。
具体实施方式
六、结合图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一的区别在于所述数字信号处理控制单元106包括最大功率点跟踪控制模块401、兼有电能调节的并网控制模块402、并网电流跟踪控制模块403和保护控制模块404，最大功率点跟踪控制模块401接收第二检测器109检测到的光伏阵列103输出的电压和电流，最大功率点跟踪控制模块401的光伏阵列103的瞬时输出功率输出端与兼有电能调节的并网控制模块 402的光伏阵列103的瞬时输出功率输入端相连接，兼有电能调节的并网控制模块402接收第一检测器107检测到的用户用电负载102输出的4路电压和电流，兼有电能调节的并网控制模块402的并网电流参考输出电流输出端与并网电流跟踪控制模块403的并网电流参考输出电流输入端相连接，并网电流跟踪控制模块403接收第一检测器107检测到的三相四线并网变流器105输出的电流，保护控制模块404的第一接收端接收第二检测器109检测到的光伏阵列103输出的电压和电流，保护控制模块404的第二接收端接收第一检测器 107检测到的用户用电负载102输出的4路电压和电流，保护控制模块404的第三接收端接收第一检测器107检测到的三相四线并网变流器105输出的电流，保护控制模块404的保护停机信号输出端与并网电流跟踪控制模块403的保护停机信号输入端相连接，最大功率点跟踪控制模块401的直流电源转换控制信号输出端与DC/DC变换器104的直流电源转换控制信号输入端相连接，并网电流跟踪控制模块403的PWM控制信号输出端与三相四线并网变流器105的PWM控制信号输入端相连接。工作原理第一检测器107由霍尔电压传感器、霍尔电流传感器和多路AD板组成。 数字信号处理控制单元106采用TI公司的2812型数字信号处理器，处理器的功能主要包括四个模块最大功率点跟踪控制模块，兼有电能调节的并网控制模块，并网电流跟踪控制模块以及保护控制模块。四个模块通过软件协调集成在一块数字信号处理芯片中实现。光伏阵列103接收太阳光的照射，将太阳能直接转换成电能，输出直流电压与DC/ DC变换器104输入端相连接，DC/DC变换器104控制信号由数字信号处理控制单元106给出并通过驱动电路调节后施加到控型功率器件IGBT204上，第一检测器107对光伏阵列103 的输出电压电流进行采样，通过数字信号处理控制单元106的最大功率点跟踪控制模块计算并输出控制信号使其维持在最大功率输出的工作点，DC/DC变换器104的输出直流电压给三相四线并网变流器105。三相四线并网变流器105的直流侧与BOOST电路的输出端相连接，交流侧串联LC型滤波输出电路306和断路器108后接入220V电网101的A相、B相、 C相和零相四相。第一检测器107对直流侧电容301的电压、三相四线并网变流器105的输出电流和用户用电负载102的4路电压电流进行测量采样，数字信号处理控制单元106发出PWM控制信号通过驱动电路303调整后施加到四桥臂电压源变流器302上，对三相四线并网变流器105的输出进行控制。本发明在输出有功能量的同时能补偿由于负载引入的无功分量、谐波分量以及不平衡分量，实现并入电网电流与电网的电压同频同相为单位功率因数正弦波。
权利要求
1.一种兼有电能调节功能的分布式三相四线光伏并网装置，其特征在于它包括电网(101)、用户用电负载(102)、光伏阵列(103)、DC/DC变换器(104)、三相四线并网变流器(105)、数字信号处理控制单元(106)、断路器(108)、第一检测器(107)和第二检测器 (109)，光伏阵列(103)的直流电压输出端与DC/DC变换器(104)的直流电压输入端相连接，DC/DC变换器(104)的直流电压输出端与三相四线并网变流器(105)的直流电压输入端相连接，三相四线并网变流器(105)的交流侧的三相电压输出端通过断路器(108)接入电网(101)，数字信号处理控制单元(106)的直流电源转换控制信号输出端与DC/DC变换器 (104)的直流电源转换控制信号输入端相连接，数字信号处理控制单元(106)的PWM控制信号输出端与三相四线并网变流器(105)的PWM控制信号输入端相连接，第一检测器(107) 用于检测三相四线并网变流器(105)交流侧的输出相电流和用户用电负载(102)的输入电压和电流，第一检测器(107)的检测结果信号输出端与数字信号处理控制单元(106)的第一检测结果信号输入端相连接，第二检测器(109)用于检测光伏阵列(103)的输出电压和电流，第二检测器(109)的检测结果信号输出端与数字信号处理控制单元(106)的第二检测结果信号输入端相连接。
2.根据权利要求I所述的一种兼有电能调节功能的分布式三相四线光伏并网装置， 其特征在于所述DC/DC变换器(104)包括直流电容(201)、续流电感(202)、功率二极管 (203)和全控型功率器件IGBT (204)，DC/DC变换器(104)的直流电压输入端并联直流电容(201)，直流电容(201)的一端与续流电感(202)的一端相连接，续流电感(202)的另一端同时与全控型功率器件IGBT(204)的集电极和功率二极管(203)的阳极相连接，功率二极管(203)的阴极作为DC/DC变换器(104)的一个直流电压输出端，全控型功率器件 IGBT (204)的发射极与直流电容(201)的另一端相连接，并且作为DC/DC变换器(104)的另一个直流电压输出端，数字信号处理控制单元(106)的控制信号输出端与全控型功率器件 IGBT (204)的基极相连接。
3.根据权利要求I所述的一种兼有电能调节功能的分布式三相四线光伏并网装置，其特征在于所述三相四线并网变流器(105)包括直流侧电容(301)、四桥臂电压源变流器 (302)、驱动电路(303)、LC型滤波输出电路(306)，LC型滤波输出电路(306)包括四个滤波输出电路电感(304)和四个滤波输出电路电容(305)，四桥臂电压源变流器(302)的四个桥臂由四对全控型功率器件IGBT组成，每个桥臂的第一全控型功率器件IGBT的发射极同时与第二全控型功率器件IGBT的集电极和一个滤波输出电路电感(304)的一端相连接，每个滤波输出电路电感(304)的另一端分别与一个滤波输出电路电容(305)的一端相连接, 每个滤波输出电路电容(305)的另一端接大地，三相四线并网变流器(105)的直流电压输入端并联直流侧电容(301)，直流侧电容(301)的一端同时与每个桥臂的第一全控型功率器件IGBT的集电极相连接，直流侧电容(301)的另一端同时与每个桥臂的第二全控型功率器件IGBT的发射极相连接，数字信号处理控制单元(106)的PWM控制信号输出端与驱动电路(303)的PWM控制信号输入端相连接，驱动电路(303)的四组驱动信号输出端分别与四桥臂电压源变流器(302)的四个桥臂的控制信号输入端连接。
4.根据权利要求3所述的一种兼有电能调节功能的分布式三相四线光伏并网装置，其特征在于所述驱动电路(303)的四组驱动信号中，每组驱动信号有两个驱动信号，分别与组成一个桥臂的两个全控型功率器件IGBT的基极相连接。
5.根据权利要求1所述的一种兼有电能调节功能的分布式三相四线光伏并网装置，其特征在于所述数字信号处理控制单元(106)采用TI公司的2812型数字信号处理器实现。
6.根据权利要求1所述的一种兼有电能调节功能的分布式三相四线光伏并网装置，其特征在于所述数字信号处理控制单元(106)包括最大功率点跟踪控制模块(401)、兼有电能调节的并网控制模块(402)、并网电流跟踪控制模块(403)和保护控制模块(404)，最大功率点跟踪控制模块(401)接收第二检测器(109)检测到的光伏阵列(103)输出的电压和电流，最大功率点跟踪控制模块(401)的光伏阵列(103)的瞬时输出功率输出端与兼有电能调节的并网控制模块(402)的光伏阵列(103)的瞬时输出功率输入端相连接，兼有电能调节的并网控制模块(402)接收第一检测器(107)检测到的用户用电负载(102)输出的4 路电压和电流，兼有电能调节的并网控制模块(402)的并网电流参考输出电流输出端与并网电流跟踪控制模块(403)的并网电流参考输出电流输入端相连接，并网电流跟踪控制模块(403)接收第一检测器(107)检测到的三相四线并网变流器(105)输出的电流，保护控制模块(404)的第一接收端接收第二检测器(109)检测到的光伏阵列(103)输出的电压和电流，保护控制模块(404)的第二接收端接收第一检测器(107)检测到的用户用电负载 (102)输出的4路电压和电流，保护控制模块(404)的第三接收端接收第一检测器(107)检测到的三相四线并网变流器(105)输出的电流，保护控制模块(404)的保护停机信号输出端与并网电流跟踪控制模块(403)的保护停机信号输入端相连接，最大功率点跟踪控制模块(401)的直流电源转换控制信号输出端与DC/DC变换器(104)的直流电源转换控制信号输入端相连接，并网电流跟踪控制模块(403)的PWM控制信号输出端与三相四线并网变流器(105)的PWM控制信号输入端相连接。
全文摘要
一种兼有电能调节功能的分布式三相四线光伏并网装置，属于多功能光伏并网装置技术领域，为了解决现有的装置不能对用户用电负载产生的无功分量、谐波分量和不平衡分量进行补偿，不能消除这些分量的并网电流对电网的污染问题，它包括电网、用户用电负载、光伏阵列、DC/DC变换器、三相四线并网变流器、数字信号处理控制单元、断路器、第一检测器和第二检测器，第一检测器用于检测三相四线并网变流器交流侧的输出相电流和用户用电负载的输入电压和电流，第二检测器用于检测光伏阵列的输出电压和电流。用于对太阳能能源多向开发的生产和科研，特别适用于与建筑物结合的以三相四线方式并入电网的光伏并网发电装置。
文档编号H02J3/18GK102593868SQ201210049920
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者沈向东, 祖光鑫, 贾长阁 申请人:黑龙江省电力科学研究院