一种单相光伏并网系统的制作方法

本实用新型涉及的是一种单相光伏并网系统。

背景技术：

近年来，由于世界各国经济发展的强劲需求，能源供应十分紧张，传统的能源已不能满足经济可持续的发展。从1973年开始，全球能源消费已经出现了显著的增长，各类能源的消费比例都创下了10年来的最高份额，能源强度也出现了自1970年以来的最快增长。

2013年以来，全国各大中小城市正经受着持续不断的大范围雾霾天气的困扰，生态环境问题更为直观地摆在了我们面前。事关全国人民的生活质量与身体健康，转变传统的生产和生活方式，大力调整能源消费结构，保护生态环境已经迫在眉睫。开展电能替代原煤和石油等终端能源的工作，可以有效减少大气污染排放，缓解雾霾困扰。而光伏发电的无污染、绿色、环保使其成为最具潜力的能源替代技术，针对光伏并网发电系统，包括单相光伏并网系统的研究，越来越受到关注。

技术实现要素：

为实现单相光伏并网发电系统输出电流与电网电压的同频同相，并且能够保证稳定工作，时刻向电网提供最大功率，本实用新型提出一种单相光伏并网系统。

该种单相光伏并网系统，包括光伏阵列，DC-DC变换结构， DC-AC变换结构，交流侧滤波电路，直流电压电流检测电路，电网单相电流检测电路，电网单相电压检测电路，方波生成电路，驱动电路，DSP芯片，所述DC-DC变换结构采用升压变换器，所述DC-AC变换结构采用单相全桥逆变器，光伏阵列输出直流电，经DC-DC变换结构输出到DC-AC变换结构转换为交流电，再经交流侧滤波电路后，输出给电网与电网电压同频同相的交流电，直流电压电流检测电路，电网单相电流检测电路和电网单相电压检测电路分别检测光伏阵列输出的电压电流、交流侧滤波电路输出的电流和电网电压，并将检测结果发送至DSP芯片，方波生成电路利用正弦波参考信号和DC-AC变换结构输出的反馈信号产生方波信号并发送至DSP芯片，DSP芯片将收到的数据经过计算处理后输出一路PWM信号直接控制DC-DC变换结构中开关管的开通和关断，并向驱动电路输出另一路PWM信号，由驱动电路控制DC-AC变换结构中开关管的开通和关断。

附图说明

下面结合附图对本专利作进一步详细的说明。

图1是根据本实用新型的一种单相光伏并网系统的结构图。

图2是根据本实用新型的单相光伏并网系统中驱动电路的电路图。

图3是根据本实用新型的单相光伏并网系统中逆变器的电路图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图详细描述本实用新型提供的实施例。

该单相光伏并网系统采取常用的两级式功率变换结构，前级为 DC-DC变换结构，后级为 DC-AC变换结构，如图1所示。光伏阵列输出直流电（光伏阵列将太阳能转化为直流电），经BOOST变换器输出到逆变器转换为交流电，再经交流滤波后，输出与电网电压同频同相的交流电，实现并网的目标。

该光伏并网系统中控制电路的核心设备是 DSP 芯片， 其功能包括(1) 采集模拟量 (直流、交流电流和电压等来监控和控制)； (2)通过调整占空比的大小来进行最大功率点的跟踪控制；(3) 需要为功率器件驱动板提供频率、脉宽可实时改变的 SPWM信号；(4) 数字锁相，检测电网电压的相位和频率。

主控芯片 TMS320F28335系统控制芯片采用 TI 公司的 TMS320F28335 DSP ，利用规则采样法配合 DSP自带的 ePWM 模块功能来产生 SPWM 波。最大功率点跟踪(MPPT)采用扰动观察法来实现，系统的同频、同相控制利用软件锁相环来实现。同时采用 DSP 自带的 12 位 A/D 采集检测模拟信号，使系统的设计大大简化。该系列处理器具有以下优点：

(1)具有 150MHz 的主频，完全可以产生 SPWM 波形的数字化

(2)具备 32 位浮点处理单元，其快速的运算功能完全可以实现 MPPT 的数字化控制，使系统结构更为简单，也便于调节系统控制参数。

(3)6 个 DMA 通道支持 ADC、McBSP和EMIF，其中有 6路可以输出高精度的 PWM (HRPWM) ，并且有多达 18 路的 PWM 输出。

(4)DSP 自带的 ePWM 波形产生单元，可输出对称 PWM 波形、非对称PWM 波形或 SVPWM 波形，包含可编程死区控制。该功能用于防止桥式驱动主电路的上下臂同时导通，发生短路。

如图2所示，驱动电路中，驱动开关管选择电压为100V ，电流大于8A 的 N 沟道MOS管IRFB4110，该管虽然Q_g较大，但R_DS较小。驱动电路芯片采用 TI 公司的 UCC27200。该芯片还具备独立输入的高侧／低侧驱动器，即可单独控制其高侧与低侧驱动器，仅为 1 ns 的相互开关时间间隔，使控制具有非常大的灵活性。且高低侧驱动器都可以进行欠压锁定，即当驱动电压低于指定阈值时，强制输出为低。

光伏并网系统中，DC-DC变换结构采用升压(Boost)变换器来调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点；DC-AC变换环节采用电压型单相全桥逆变器使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。

图3是单相全桥逆变器的拓扑结构。Q1~Q4是MOSFET，构成逆变桥，D1~D4 为对应的反并联二极管。逆变器将光伏阵列经 BOOST 电路升压后的直流电压变成与电网同频同相的交流电。

直流电压电流检测电路中，将光伏阵列产生的直流电压和电流经分压电阻取样后和滤波，送入至 DSP 的12位ADC ，最后通过 DSP 的计算来完成 MPPT的跟踪.

在电网单相电流检测电路中，采用 WB 型电磁式电压电流组合传感器检测输出交流电流，并将其变换为-5V~+5V 的模拟交流电压信号，即通过 I-V 变换，再通过低通滤波和有效值检波后变换成 0~2.5V 的信号。将该信号送入到 DSP ，由 DSP 通过变换公式计算出对应的实际电流值。有效值检波部分通过AD637芯片实现,该芯片可测量的信号有效值可达到 7V ，具有较宽的带宽。

电网单相电压检测电路和电网单相电流检测电路结构相同。输出电压通过隔离变压器后再经过 WB 型电磁式电压电流组合传感器变换，经滤波、放大及偏置电路后，变为 0~3V 的单极性信号。而该信号中的基波成分即为输出电压的有效值。

在方波信号生成电路中，正弦波参考信号和逆变器输出反馈信号经过滤波、过零比较及整形限幅后生成方波信号，将该信号送入到 DSP 捕捉模块，计算出正弦电压的相位和频率。DSP 中的捕捉模块只能捕获下降沿或上升沿信号，且要求信号的幅值必须保证在一定范围内。所以，为了能够得到正弦波信号的频率和相位，需要将其滤波，并转换成0~3.3V 范围的方波信号。

该单相光伏并网发电系统输出电流与电网电压的同频同相，并且能够保证稳定工作，能时刻向电网提供最大功率。