一种三相并网级联光伏逆变器及其光纤通信控制方法与流程

本发明涉及一种三相并网级联光伏逆变器及其光纤通信控制方法，属于光纤通信领域。

背景技术：

太阳能发电是一种清洁、高效的发电方式，且太阳能安全、普遍、量大、取之不尽、用之不竭。光伏逆变是获取太阳能最主要的手段之一。级联光伏逆变器是由多个单独的光伏逆变器级联组成的，需要各逆变器协同工作，良好的通信技术是对每个光伏逆变器单元进行控制的前提，这就需要加强对各单元光伏逆变器的控制。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：如何设计一种三相并网级联光伏逆变器系统以解决光伏发电的需求，同时使它具有电压等级高、功率等级大、性能稳定，无需变压器即可直接进行高压并网的特点。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种三相并网级联光伏逆变器，其特征在于，包括功率单元部分和主控器部分，功率单元部分为18个功率单元模块(pmu)组成的级联逆变阵列；主控制器部分包括主控制板(mu)、模拟量板(au)和数字量板(du)，每个pmu的输入端连接一个光伏板单元体，组成一个小型的光伏逆变器系统。

优选的，所述的pmu包含一个boost升压电路和一个h桥逆变电路；h桥逆变电路由四个带有反并联二极管的开关管组成，连同boost升压电路的开关管一共5个开关管，每个pmu采用dsp和fpga作为处理器进行数据处理，并对5个开关管进行控制，光伏板单元体接至boost升压电路的输入端，boost升压电路的输出端接至h桥逆变电路的输入端；多个pmu的h桥逆变电路的输出侧两两串联在一起，3组串联的逆变器采用星型连接形成三相电路，并入电网，每一相经电抗器接入电网的一相。

优选的，所述的主控制器部分包含一块主控制板(mu)、三块模拟量板(au1、au2和au3)和一块数字量板(du)，三块au板分别测量电网电压、逆变器输出电压、逆变器输出电流。

优选的，所述的主控制板(mu)采用dsp和fpga作为处理器进行数据处理，其中dsp进行算法处理；fpga与外部进行接口控制，所有的光纤通信均连接至fpga进行处理。

优选的，所述的三块模拟量板(au1、au2和au3)分别采集电网三相电压、逆变器整机输出三相电压、逆变器整机输出三相电流的信号通过光纤通信发送给mu，mu的fpga将这些信号放入sram，然后由dsp读取信号，再由dsp软件执行对应的操作。

优选的，所述的数字量板du与mu进行光纤通信，mu将数字量输出(do)信号发送给du，du将数字量输入(di)信号发送给mu。

本发明还提供了一种三相并网级联光伏逆变器的光纤通信控制方法，其特征在于，包括主控制板(mu)、功率单元模块(pmu)、模拟量板(au)和数字量板(du)，模拟量板(au)采集各模拟量，将模数转换信号通过光纤通信发送给主控制板(mu)，数字量板(du)与主控制板(mu)进行光纤通信，接收数字量输出信号，并将数字量输入信号发送给主控制板(mu),各pmu与主控制板(mu)进行光纤通信，接收主控指令，并将单元状态发送给主控。

优选的，所述的pmu采集光伏板单元体的电压、电流及boost升压电路输出的母线电压，通过控制升压斩波开关实现最大功率点跟踪mppt，同时把光伏板单元体的电压、电流及boost升压电路输出的母线电压等单元状态通过光纤通信发送给mu，mu将各相正弦脉宽比较值通过光纤通讯按对应相发给各pmu，pmu根据接收到的正弦脉宽比较值和当前pmu相内级联位置进行移相载波控制，使得pmu的h桥逆变电路输出脉宽调制电压，实现级联并网控制。

本发明提供了一种三相并网级联光伏逆变器及其光纤通信控制方法以解决光伏发电的需求，具有电压等级高、功率等级大、性能稳定等优点，无需变压器即可直接进行高压并网，节省了成本和空间占用。

附图说明

图1是光伏板单元体与pmu连接结构图；

图2是级联光伏逆变器级联并网图；

图3是级联光伏逆变器的通信结构图；

图4为du与mu通信流程图；

图5为au与mu通信流程图；

图6为mu与pmu通信流程图；

图7为mu与pum的信号传送图；

图8为整个系统流程图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图1至图8所示，三相并网级联光伏逆变器的主要结构包括功率单元和主控制器两部分；功率单元部分为18个功率单元模块(pmu)组成的级联逆变阵列；主控制器部分包括一块主控制板(mu)、三块模拟量板(au1、au2和au3)和一块数字量板(du)。mu中采用dsp(f28m35)以及fpga(ep4ce10f17c8)进行控制。

如附图1所示，每个功率单元模块是一个单独的光伏逆变器，包含一个boost升压电路和一个h桥逆变电路；逆变电路由四个带有反并联二极管的开关管组成，连同boost升压电路的开关管一共5个开关管。每个pmu采用dsp(tms320f28035)和fpga(ep4ce6f17c8)作为处理器进行数据处理，并对5个开关管进行控制。光伏板单元体接至boost升压电路的输入端，boost升压电路的输出端接至h桥逆变电路的输入端；光伏板单元体得到的电压通过boost升压电路进行升压再由h桥逆变电路逆变。如图2所示多个pmu的h桥逆变电路的输出侧两两串联在一起，3组串联的逆变器采用星型连接形成三相电路，并入电网，每一相经电抗器接入电网的一相。

本系统中通信结构图如附图3，包括au、du、pmu与mu之间的光纤通信，光纤通信波特率设置为2mbps，每次发送8位数据。每个8位数据伴随着一个起始位、一个奇偶校验位和一个停止位，每次发送11位数据，发送的时间为5.5us。

如附图4，三块au板，au1测量电网电压、au2测量逆变器输出三相电压、au3测量逆变器输出三相电流，这些电信号通过光纤通信发送至mu，mu板fpga将这些信号放入sram，然后由dsp读取信号，再由dsp软件执行对应的操作。

如附图5，du与mu板进行光纤通信，du给mu板提供开机、停机等输入信号，并输出mu的运行状态信息如正常运行状态、故障状态和报警状态；du板上的按钮输出的数字量di进入du，通过光纤送至mu，mu板fpga将di信号存入sram，然后由dsp读取di信号，再由dsp软件执行对应的操作。mu送出运行状态信号至du，由du发送数字量信号do至外置指示灯，按照运行状态点亮对应的指示灯。

每个pmu进行独立的mppt控制，pmu采集光伏板单元体的电压、电流及boost升压电路输出的母线电压，通过控制升压斩波开关实现最大功率点跟踪mppt，同时把光伏板单元体的电压、电流及boost升压电路输出的母线电压等单元状态通过光纤通信发送给mu。mu板fpga将这些信号放入sram，然后由dsp读取信号，再由dsp软件执行对应的操作。

mu板dsp计算出三相的正弦脉宽比较值，放入sram；mu板fpga将各相正弦脉宽比较值通过光纤通讯按对应相发给各pmu，pmu根据接收到的正弦脉宽比较值和当前pmu相内级联位置进行移相载波控制，使得pmu的h桥逆变电路输出脉宽调制(pwm)电压，实现级联并网控制。

并网控制时mu每次发送给pmu的数据是16位正弦脉宽比较值(高3位为000，低13位有效)和16位crc校验值，共32位数据，分4次发送，每次发送8位，每发送8位数据伴随着一个起始位、一个奇偶校验位和一个停止位，每次发送的时间为5.5us，发送4次的时长共为22us。

如图7所示，实际每串数据为11位，设置一个12位共6us的低电平信号作为同步头，发送同步头后等待2us发送22us的数据信号，完成一次数据发送。两次发送的间隔为：50us(20khz)。mu发送至pmu的信号。

单元体上的fpga采用增减计数比较的方式生成对称pwm波形，每个pwm的周期为100us，频率为10khz。计数的时钟频率为10k*(3000*2)＝60mhz。使用载波移相技术，每一相的各个光伏逆变器中的调制波相差六分之一个周期，以减小各相上的谐波。