专利名称：一种基于tms320f2812的光伏并网及电能质量综合治理装置的制作方法
技术领域：
本发明专利属于光伏并网发电系统控制技术领域，以及电能质量治理控制技术领域。
背景技术：
能源是发展国民经济和提高人民生活水平的重要物质基础。由于传统石化能源越 来越临近枯竭，可再生能源将逐步替代化石能源，成为人类可持续发展的能源。在可再生能源中，潜力最大的是太阳能。太阳能光伏发电是太阳能利用的重要方式，具有无污染、可再生、不受区域限制等优势，也是我国重点提倡开发利用的緑色能源。我国太阳能资源相当丰富，全国各地的年太阳辐射总量为3340 8400MJ/m2，总值为58520MJ/m2。我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约为147X108GWh，相当于4. 9万亿吨标准煤。加上太阳能的洁净环保特性，太阳能资源成为我国最具大規模开发利用价值的可再生能源之一。随着工业自动化水平的不断提高以及电カ电子技术的不断发展，配电网中DC/AC变换器、整流器、变频调速装置、冲击性、不平衡负荷等不断増加，这些非线性和时变性负载对这些设备本身以及其它对电能质量要求高的装置和设备都会产生不同程度的影响。电カ电子装置的开关动作向电网中注入了大量的谐波和次谐波分量，导致交流电网中电压和电流的严重失真。凡是具有非线性阻抗特性的电气设备都是电能质量的污染源，包括各种电カ电子设备的用电负荷、炼钢电弧炉负荷、电カ机车负荷等，都会在电网中产生电压波动与闪变、高次谐波电压等问题，从而引起电压正弦波形畸变。自然现象如雷击、暴风雨等也会影响电能质量。电能质量指标恶化不仅影响了电力系统和相关领域的正常运行，而且对正常的安全可靠用电也造成了一定的威胁。随着电カ电子技术的不断进步，电能质量调节器 (UPQC)应运而生。电能质量调节器(UPQC)可快速补偿供电电压中的突升或突降、波动和闪变、谐波电流和电压、各相电压的不平衡以及故障时的短时电压中断等，是ー种具有综合功能的电能质量调节器。但目前的光伏并网发电装置和UPQC各有不足，由于太阳光日夜变化，光伏并网发电装置只在白天工作，晚上要切离电网，这不仅影响设备的利用率，并且在频繁投切时会对电网稳定造成影响。UPQC可对无功及谐波电流进行补偿，但因成本较高，功能単一，推广难度较大。分析UPQC和光伏并网发电可知，UPQC向电网提供无功电能及各种谐波，而光伏并网发电装置只提供有功电能，两者只是向电网提供的电能不同，而在结构和控制上有诸多相似之处，所以在理论上可对两者实施统ー控制。近年来，随着微电子学的迅速发展，各种性能更好、功耗更低的单片机和DSP不断涌现。TMS320F2812是美国德州仪器(TI)生产的ー款DSP控制芯片，其特点有①高达150MHz的工作频率，32位硬件乘加器；②哈佛总线结构，迅速的中断响应处理2个增强的事件管理器模块(包括通用定时器、比较单元、捕获单元以及正交编码脉冲电路)，提供了一整套用于运动控制和电机控制应用的功能和特性；④外围设备包括3个32位CPU定时器，16通道12位模数转换模块，其流水线最快转换周期为60ns，单通道最快转换周期为200ns，等。TMS320F2812的出现，为光伏并网发电和UPQC统ー控制的实现提供了硬件基础。
实用新型内容为了避免并网设备频繁投切给配电网带来的不利影响，使并网设备的容量得到充分利用，提高电能质量综合治理装置的利率用和性价比，本实用新型提供了一种基于TMS320F2812的光伏并网及电能质量综合治理装置。该装置以TMS320F2812DSP芯片为核心，能向时实现改善电网负载的电流波形、消除三相不平衡电流同时实现光伏并网发电的功能。本用新型采用的技术方案如下一种基于TMS320F2812的光伏并网及电能质量综合治理装置，它主要包括太阳能光伏阵列、防反ニ极管、直流侧储能电容、DC/AC变换器、滤波电感、TMS320F2812DSP控制芯片及外围信号调理电路、光电隔离和驱动电路。其特征在于太阳能光伏阵列通过防反ニ极管提供直流电给电容器，用以储存电能并稳定DC/AC变换器直流侧电压；当白天日照充足时，装置同时实现光伏并网发电以及电能质量综合治 理的功能，DC/AC变换器将光伏组件产生的直流电能转换，经过滤波电感之后将电流注入电网，用以改善电网负载的电流波形、消除三相不平衡电流同时实现光伏并网发电；在低日照或夜晚的情况下，装置将光伏阵列、防反ニ极管切离，装置単独实现电能质量综合治理的功倉^:。所述基于TMS320F2812的光伏并网及电能质量综合治理装置，DC/AC变换器拓扑结构采用三相四线制方式，単相主电路结构为全桥形式。所述基于TMS320F2812的光伏并网及电能质量综合治理装置，滤波电抗器用以滤除DC/AC变换器输出电流波形中由电カ电子器件高频动作引起的高频电流谐波。所述基于TMS320F2812的光伏并网及电能质量综合治理装置，控制电路以TMS320F2812DSP为核心，配合片外信号调理电路对三相配电网的电压和电流进行采样，并计算出配电网三相谐波、无功电流补偿值；该补偿值与太阳能光伏阵列的最大功率点跟踪算法相结合，得到实际并网电流指令；根据得到的并网电流指令，由TMS320F2812内部的事件管理器形成12路PWM脉冲信号，经过光电隔离和驱动电路控制DC/AC变换器中的电カ电子器件的开通与关断，从而控制DC/AC变换器的输出电流，并经过滤波电感将电流注入电网，实现电能质量综合治理及光伏并网发电的功能。本实用新型的技术效果在于I.采用TMS320F2812作为核心，实现了光伏并网和电能质量综合治理的统ー控制，能同时实现改善电网负载的电流波形、消除三相不平衡电流同时实现光伏并网发电的功能，实现ー机多能，提高装置的性价比。2.避免了光伏并网频繁投切给配电网带来的不利影响，使低日照或夜晚的情况下并网装置的容量得到有效的利用，提高装置的利用率。
图I是基于TMS320F2812的光伏并网及电能质量综合治理装置的原理框图。图2是基于TMS320F2812的光伏并网及电能质量综合治理装置电能质量治理及光伏并网部分的原理图。图3是基于TMS320F2812的光伏并网及电能质量综合治理装置并网电流指令的合成图。
具体实施方式
基于TMS320F2812的光伏并网及电能质量综合治理装置主要由太阳能光伏阵列、防反ニ极管、电容器、DC/AC变换器、滤波电抗器、滤波电容器、エ频变压器和TMS320F2812及其外围信号调理电路等构成。
以下结合附图对本实用新型系统作进ー步说明。图I是本实用新型的一个实施例简图，太阳能电池阵列[I]采用多块三洋高性能HIT电池串并联而成，它将太阳能转换为直流电能；为了防止电流流入光伏阵列，在光伏阵列的输出侧串联了防反ニ极管[2]，直流侧储能电容[3]采用电解电容器，DC/AC变换器
[4]采用三相拓扑结构，単相主电路结构为全桥形式；电カ电子器件采用三菱智能功率模块(IPM)，采用无感电阻、无感电容和快恢复ニ极管构成DC/AC变换器的缓冲电路。系统控制器以TMS320F2812DSP控制芯片[6]为核心，配合片外围信号调理电路[7]对光伏阵列输出电压％和输出电流iP配电网三相电压的A相电压Ua以及配电网三相电流ia、ib、i。进行监测，分析计算得到三相电压电流指令后输出脉宽调制(PWM)信号，PWM信号经光电隔离和驱动电路[8]后控制DC/AC变换器中的电カ电子器件的开通与关断，从而控制DC/AC变换器的输出电流，并经过滤波电感[5]将电流注入电网，实现电能质量综合治理及光伏并网发电的功能。
权利要求1.一种基于TMS320F2812的光伏并网及电能质量综合治理装置，它主要包括 太阳能电池阵列[I]、防反ニ极管[2]、直流侧储能电容[3]、DC/AC变换器[4]、滤波电感[5]、TMS320F2812 DSP控制芯片[6]及外围信号调理电路[7]、光电隔离和驱动电路[8]，其特征在于太阳能电池阵列[I]通过防反ニ极管[2]提供直流侧储能电容[3]，用以储存电能并稳定DC/AC变换器[4]直流侧电压；当白天日照充足吋，DC/AC变换器[4]将光伏组件产生的直流电能转换，经过滤波电感[5]之后将交流电流注入电网，同时实现光伏并网发电以及电能质量综合治理的功能；在低日照或夜晚的情况下，装置将太阳能电池阵列[I]、防反ニ极管[2]切离，装置単独实现电能质量综合治理的功能。
2.根据权利要求I所述基于TMS320F2812的光伏并网及电能质量综合治理装置，其特征在于DC/AC变换器[4]拓扑结构采用三相四线制方式，単相主电路结构为全桥形式。
3.根据权利要求I和2所述基于TMS320F2812的光伏并网及电能质量综合治理装置，其特征在于滤波电感[5]用以滤除DC/AC变换器[4]输出电流波形中由电カ电子器件高频动作引起的高频电流谐波。
4.根据权利要求I所述基于TMS320F2812的光伏并网及电能质量综合治理装置，控制电路以TMS320F2812 DSP控制芯片[6]为核心，配合片外信号调理电路[7]对三相配电网的电压和电流进行采样，并计算出配电网三相谐波、无功电流补偿值；该补偿值与太阳能光伏阵列的最大功率点跟踪算法相结合，得到实际并网电流指令；根据得到的并网电流指令，由TMS320F2812内部的事件管理器形成12路PWM脉冲信号，经过光电隔离和驱动电路[8]后控制DC/AC变换器中的电カ电子器件的开通与关断，并经过滤波电感[5]将电流注入电网，实现电能质量综合治理及光伏并网发电的功能。
专利摘要本实用新型公开了一种基于TMS320F2812的光伏并网及电能质量综合治理装置，该装置属于电能质量治理及光伏发电技术领域。装置适用于三相四线制配电网，主要由太阳能光伏阵列、防反二极管、DC/AC变换器、滤波电感组成，并以TMS320F2812DSP控制芯片为核心实现控制策略。当日照充足时，装置同时实现光伏并网发电以及电能质量综合治理的功能；在低日照或夜晚时，光伏阵列与设备切离，装置单独实现电能质量综合治理的功能。基于TMS320F2812的光伏并网及电能质量综合治理装置将光伏并网发电和电能质量综合治理相结合，不仅避免了并网设备频繁投切给配电网带来的不利影响，而且能使并网设备的容量得到充分利用，有利于提高电能质量综合治理装置的利率用和性价比，并实现一机多能。
文档编号H02J3/26GK202633962SQ20122000727
公开日2012年12月26日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者付青, 刘凤杰, 马桂龙, 程光蕾, 吕文昭 申请人:中山大学