专利名称：基于直流变换器的光伏并网发电系统及其工作方法
技术领域：
本发明属于一种太阳能光伏并网发电系统，特别是一种基于直流变 换器的光伏并网发电系统及其工作方法。
(二)
背景技术：
太阳能作为一种重要的可再生能源，其资源丰富清洁，是人类可持 续发展能源战略中的一个重要组成部分，近年来发展迅速。太阳能利用 的三个发展趋势是太阳能从补充能源向替代能源的地位转变、太阳能 发电从无电地区向有电地区发展、太阳能光伏系统从离网的独立光伏系 统向光伏并网系统的发展。
但目前仍有许多因素制约着户用光伏并网系统在我国的推广，其中 之一即是光伏系统成本；户用光伏系统主要由太阳能电池阵列和必要的 电力电子变换设备两部分构成。由于并网逆变器必须要有隔离变压器对 光伏并网系统和电网之间进行电隔离，导致光伏系统造价升高，限制了 光伏并网系统的推广。
(三)
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于直流变换器的光伏并网发电系统及 其工作方法，结合该系统的直流变换器高升压变比、高效率的特点、数 字信号处理器的高速处理能力、快速准确的电压、电流检测技术和简洁 有效的控制算法，可完成最大功率跟踪(MPPT)和并网两项功能，大大 地提高了太阳能电池阵列对太阳能的利用效率，并从最大程度上提高光 伏阵列输出电能的质量，提高系统稳定性，从而提高了整个光伏系统的 性能。
本发明的技术方案 一种基于新型直流变换器的光伏并网发电系统， 其特征在于它是由直流变换器、并网逆变器、隔离变压器及控制电路所 组成；所说的直流变换器的输入端分别连接太阳能电池阵列的两端，其 输出端连接并网逆变器的输入端；所说的并网逆变器的输出端与隔离变 压器的输入端连接，隔离变压器的输出端与电网连接；所说的以数字信 号处理器为控制核心的控制电路的输入端连接直流变换器和逆变器的信号输出端，输出端则连接直流变换器和并网逆变器的信号输入端。
上述所说的直流变换器外部硬件设备包括高增益B00St变换电路、 驱动和保护电路、电压传感器、电流传感器以及辅助电路；其中，用于
采集太阳能电池阵列的输出电流的电流传感器，其输入端连接太阳能电
池阵列输出端的正极，输出端连接高增益Boost变换电路输入端的正极， 采集的信号通过直流变换器的信号输出口输出连接到控制电路；用于采 集太阳能电池阵列的输出电压的电压传感器，其输入端连接太阳能电池 阵列输出端的正极，输出端连接太阳能电池阵列输出端的负极，采集的 信号通过直流变换器的信号输出口输出连接到控制电路；用于将太阳能 电池阵列输出的电压较低的、不稳定的电能变换为电压较高的、稳定的 电能的高增益Boost变换电路，其输出端通过直流母线连接并网逆变器 的输入端；用于将控制电路发出的能量较低的控制信号转化为能量较高 的驱动信号的驱动和保护电路，其输入端通过直流变换器的信号输入口 与控制电路连接，输出端连接用于控制高增益Boost变换电路的工作的 高增益Boost变换电路中开关器件的控制端；所说的驱动和保护电路中， 数字信号处理器产生的PWM控制信号Gdrive经HCPL-316J型驱动芯片输 出连接到高增益Boost变换电路的开关器件MOSFET的栅极G，栅极G和 源极S间并联两个用于保证MOSFET不会因为栅极G和源极S间过压而损 坏的对接的15V稳压管；用于检测MOSFET的导通压降的MOSFET—C与 MOSFET的漏极C相连；
上述所说的并网逆变器外部硬件设备包括并网逆变器主电路、光 耦隔离电路、两个电压传感器、电流传感器以及辅助电路；其中，用于 将直流变换器输出的电压较高的、稳定的直流电逆变为符合电网要求的 工频交流电的并网逆变器主电路，其输入端通过直流母线连接直流变换 器的输出端，输出端连接隔离变压器的输入端；用于实现并网逆变器主 电路和控制电路之间的信号隔离的光耦隔离电路的输入端通过并网逆变 器的信号，其输入端与控制电路连接，输出端连接并网逆变器主电路各 个开关管的控制极；两个电压传感器包括一个用于测量并网逆变器主电 路输入端的电压的电压传感器和一个用于测量并网逆变器主电路的输出 电压的电压传感器，其中用于测量并网逆变器主电路输入端的电压的电 压传感器的输入端连接并网逆变器主电路输入端的正极，输出端连接并 网逆变器主电路输入端的负极，另一个用于测量并网逆变器主电路的输
7出电压的电压传感器的输入端连接并网逆变器主电路输出端的正极，输
出端连接并网逆变器主电路输出端的负极；用于测量并网逆变器主电路
的输出电流的电流传感器的输入端连接并网逆变器主电路输出端的正 极，输出端连接隔离变压器输入端的正极极。
上述所说的控制电路外部硬件设备包括数字信号处理器芯片、信 号调理电路和辅助电路；所说的能够在整个光伏并网系统中起控制核心
作用的数字信号处理器芯片，用于处理传感器采集到的信号，通过所设
定的算法生成控制信号，完成整个光伏并网发电系统的控制；其中，用 于对来自直流变换器和并网逆变器的电压和电流信号进行滤波、放大并 使送入数字信号处理器芯片的信号能更精确地转化为数字量并提高后续 运算的精度的信号调理电路，其输入端分别连接直流变换器和并网逆变 器的信号输出端，输出端连接数字信号处理器芯片的模数转换接口。
上述所说的信号调理电路包括二阶低通滤波电路、分压电路和钳位 电路；所说的用于滤出传感器信号的高频杂波的二阶低通滤波电路是由 集成运放U1、电容C1和C2、电阻R1、 R2、 R3和R4组成；其中Rl和 R2串联后接U1的同相输入端，Cl接同相输入端和GND， C2的一端接R1 和R2交点，另一端接U1的输出端；R3的一端接GND，另一端接U1的反 相输入端；R4的一端接U1的反相输入端，另一端接U1的输出端，上端 信号从标号signal 1—l输入，从U1的输出端输出；所说的分压电路是由 R5、 R6构成，其中R5 —端与Ul输出端相连接，另一端与R6串联，R6 另一端接地，R5与R6的交点与信号调理电路的输出端signal1—2相连 接，上端信号在经过分压电路之后生成满足数字信号处理器的模数转换 要求的0—3V的低频信号；所说的用于防止输入信号高于3V或低于OV 的跳变损坏数字信号处理芯片的钳位电路是由集成运放U2、 二极管Dl、 稳压管Zl、电阻R7和R8组成；其中，R7的一端接+15V电压，另一端 接U2的同相输入端；R8的一端接U2的同相乡输入端，另一端接GND; U2的反相输入端连接U2的输出端；Dl的阳极接分压电路的输出端，阴 极接U2的输出端；Z1的阳极接GND，阴极接分压电路的输出端；信号调 理电路的输出端signall一2连接数字信号处理器芯片的模数转换接口 。
上述所说的一种基于直流变换器的光伏并网发电系统的工作方法， 其特征在于它涉及MPPT模块和逆变模块，所说的MPPT模块由数据处理 和MPPT算法两个部分组成，所说的逆变模块由数据处理、并网算法和SP丽算法三个部分组成，整个流程是由以下工作步骤构成
(1) 信号采集通过电压传感器、电流传感器、信号调理电路、A/D 转换器及必要的滤波算法实现对太阳能电池阵列输出电压和电流信号、 直流母线电压信号和并网逆变器输出电压和电流信号的实时采集和处理， 并将所得的数据传输给数字信号处理器；
(2) MPPT模块数据处理对传感器检测到的光伏组件的输出电压、电
流信号作相应处理，并建立数据库进行储存；
(3) 运用MPPT算法对经过处理的实时采集的电压信号和电流信号与 前一周期采集的数据比较，计算出dV、 dl、及dl/dV的值，结合MPPT 算法中的电导增量法，计算得到目前光伏阵列的工作点与最大功率跟踪 点的相对位置和距离，进而输出P丽脉冲，控制直流变换器的工作状态， 完成对光伏阵列最大功率点的实时跟踪；
(4) 逆变模块数据处理对传感器检测到的并网逆变器的输出电压、 输出电流及直流母线电压的信号作相应处理，并建立数据库进行储存；
(5) 运用并网算法对经过处理的实时采集的并网逆变器的输出电压 信号和电流信号与前一周期釆集的数据比较，计算与电网信号的误差， 进而得出新的调制波参数；
(6) 运用SPWM算法依据并网算法所得出的调制波的参数生成新的调 制波，与载波比较产生并网逆变器的控制脉冲，完成对并网逆变器的实 时控制。
上述所说的步骤(3)的具体实施步骤为
① 首先，判断dV是否为0，如果电压、电流没有变化，则不需要调 整；如果dV为0，而dl不为0，则依据dl的正负对参考电压进行如下 调整dl大于0时，增大参考电压；反之，减小参考电压；如果dV不
为0，则依据(dl/dV+I/V)的正负对参考电压进行如下调整(dl/dV+I/V)
大于0时，增大参考电压；反之，减小参考电压；
② 其次，参考电压的调节通过适度调节P丽的占空比来实现，数字
信号处理器输出的PWM脉冲经过调节和驱动电路加到Boost变换器的控 制开关绝缘栅双极型晶体管；由于多支路、两极式光伏并网系统的直流 母线电压由后极的并网逆变器控制稳定在400V，因此通过适当控制绝缘 栅双极型晶体管的通断，即可调节Boost变换器的放大倍数，使光伏阵 列两端电压动态地工作在光伏阵列的最大功率点，从而实现对光伏阵列
9最大功率点的跟踪。
本发明的工作原理为通过电压传感器、电流传感器、信号调理电 路、A/D转换器及必要的滤波算法实现对太阳能电池阵列输出电压和电 流信号、直流母线电压信号和并网逆变器输出电压和电流信号的实时采 集和处理，并将所得的数据传输给数字信号处理器，同时记录在相应的数
据库中；数字信号处理器通过分析所接收数据， 一方面计算太阳能电池 阵列的输出电压和电流的导数dV、 dl及dl/dV;通过运用电导增量法，
结合光伏电池的输出特性，可得到光伏阵列目前的工作点与最大功率跟
踪点的相对位置和距离，进而完成MPPT的控制；另一方面，将采集的并
网逆变器的输出电压和电流信号与前一周期采集的数据进行比较，计算
与电网信号的误差，进而得出新的调制波参数；SP丽算法模块依据并网 算法所得出的调制波的参数生成新的调制波，与载波比较产生并网逆变 器的控制脉冲，从而完成对并网逆变器的实时控制。
隔离变压器用于实现光伏并网发电系统和电网的隔离，防止光伏并 网发电系统所发出的电能有直流分量送入电网。
直流变换器的驱动和保护电路中，在检测电路工作时，用于检测 M0SFET的导通压降的M0SFET一C将检测到的M0SFET的D S极两端的压 降与驱动芯片内置的7V电平比较，当超过7V时，Ul输出低电平关断 M0SFET，同时一个错误检测信号通过片内光耦反馈给信号输入侧，输入 侧通过引脚FAULT-和RESET-向控制芯片发出反馈信号，以便于采取相应 的解决措施，从而实现HCPL-316J的过流保护功能。
本发明的优越性在于①技术实现难度不大，能显著降低各个用户 的光伏系统的成本，具有很大的推广潜力；②多支路、两极式光伏系统 的最大功率跟踪控制系统安装灵活、维修方便、能够最大限度地利用太 阳辐射能量、有效克服支路间功率失配带来的系统整体效率低下，并可 最大限度减少单支路故障的影响，具有极好的应用前景；③电压、电流 检测精度高，控制算法先进，控制芯片运算速度快，系统可获得优良的 跟踪精度和稳定性；④Boost变换器只用于升压变换和MPPT控制，直流 母线电压的控制由逆变器来完成，降低了系统控制实现的难度；(D并网 逆变器具有稳定直流母线电压的功能，有利于保持系统的稳定；⑥新型 直流变换器具有较高的升压变比和动态响应速度，总体上具有较高的效 率，提升了整个光伏并网发电系统的性能；⑦硬件装置与数字信号处理器软件编程相结合，硬件装置设计简单、成本低廉、易于实现，软件编 程算法简洁、易懂。
(四)
附图1为本发明所涉一种基于新型直流变换器的光伏并网发电系统 的总体结构框图。
附图2为本发明所涉一种基于新型直流变换器的光伏并网发电系 统的直流变换器部分结构框图。
附图3为本发明所涉一种基于新型直流变换器的光伏并网发电系统 的驱动电路部分结构框图。
附图4为本发明所涉一种基于新型直流变换器的光伏并网发电系 统的并网逆变器部分结构框图。
附图5为本发明所涉一种基于新型直流变换器的光伏并网发电系 统的信号调理电路部分结构框图。
附图6为本发明所涉一种基于新型直流变换器的光伏并网发电系 统的控制软件流程图。
(五)
具体实施例方式
实施例 一种基于新型直流变换器的光伏并网发电系统(见附图1)， 其特征在于它是由直流变换器、并网逆变器、隔离变压器及控制电路所 组成；所说的直流变换器的输入端分别连接太阳能电池阵列的两端，其 输出端连接并网逆变器的输入端；所说的并网逆变器的输出端与隔离变 压器的输入端连接，隔离变压器的输出端与电网连接；所说的以数字信 号处理器为控制核心的控制电路的输入端连接直流变换器和逆变器的信 号输出端，输出端则连接直流变换器和并网逆变器的信号输入端。
上述所说的直流变换器(见附图1、 2、 3)外部硬件设备包括高 增益Boost变换电路、驱动和保护电路、电压传感器、电流传感器以及 辅助电路；其中，用于釆集太阳能电池阵列的输出电流的电流传感器， 其输入端连接太阳能电池阵列输出端的正极，输出端连接高增益Boost 变换电路输入端的正极，采集的信号通过直流变换器的信号输出口输出 连接到控制电路；用于采集太阳能电池阵列的输出电压的电压传感器， 其输入端连接太阳能电池阵列输出端的正极，输出端连接太阳能电池阵 列输出端的负极，采集的信号通过直流变换器的信号输出口输出连接到 控制电路；用于将太阳能电池阵列输出的电压较低的、不稳定的电能变换为电压较高的、稳定的电能的高增益Boost变换电路，其输出端通过 直流母线连接并网逆变器的输入端；用于将控制电路发出的能量较低的 控制信号转化为能量较高的驱动信号的驱动和保护电路，其输入端通过 直流变换器的信号输入口与控制电路连接，输出端连接用于控制高增益 Boost变换电路的工作的高增益Boost变换电路中开关器件的控制端； 所说的驱动和保护电路中，数字信号处理器产生的P丽控制信号Gdrive 经HCPL-316J型驱动芯片输出连接到高增益Boost变换电路的开关器件 MOSFET的栅极G，栅极G和源极S间并联两个用于保证M0SFET不会因为 栅极G和源极S间过压而损坏的对接的15V稳压管；用于检测MOSFET的 导通压降的M0SFET_C与MOSFET的漏极C相连；
上述所说的并网逆变器(见附图1、 4)外部硬件设备包括并网逆 变器主电路、光耦隔离电路、两个电压传感器、电流传感器以及辅助电 路；其中，用于将直流变换器输出的电压较高的、稳定的直流电逆变为 符合电网要求的工频交流电的并网逆变器主电路，其输入端通过直流母 线连接直流变换器的输出端，输出端连接隔离变压器的输入端；用于实 现并网逆变器主电路和控制电路之间的信号隔离的光耦隔离电路的输入 端通过并网逆变器的信号，其输入端与控制电路连接，输出端连接并网 逆变器主电路各个开关管的控制极；两个电压传感器包括一个用于测量 并网逆变器主电路输入端的电压的电压传感器和一个用于测量并网逆变 器主电路的输出电压的电压传感器，其中用于测量并网逆变器主电路输 入端的电压的电压传感器的输入端连接并网逆变器主电路输入端的正 极，输出端连接并网逆变器主电路输入端的负极，另一个用于测量并网 逆变器主电路的输出电压的电压传感器的输入端连接并网逆变器主电路 输出端的正极，输出端连接并网逆变器主电路输出端的负极；用于测量 并网逆变器主电路的输出电流的电流传感器的输入端连接并网逆变器主 电路输出端的正极，输出端连接隔离变压器输入端的正极极。
上述所说的控制电路(见附图1、 5)外部硬件设备包括数字信号 处理器芯片、信号调理电路和辅助电路；所说的能够在整个光伏并网系 统中起控制核心作用的数字信号处理器芯片，用于处理传感器采集到的 信号，通过所设定的算法生成控制信号，完成整个光伏并网发电系统的 控制；其中，用于对来自直流变换器和并网逆变器的电压和电流信号进 行滤波、放大并使送入数字信号处理器芯片的信号能更精确地转化为数字量并提高后续运算的精度的信号调理电路，其输入端分别连接直流变 换器和并网逆变器的信号输出端，输出端连接数字信号处理器芯片的模 数转换接口。
上述所说的信号调理电路(见附图5)包括二阶低通滤波电路、分 压电路和钳位电路；所说的用于滤出传感器信号的高频杂波的二阶低通 滤波电路是由集成运放U1、电容C1和C2、电阻R1、 R2、 R3和R4组成； 其中Rl和R2串联后接Ul的同相输入端，Cl接同相输入端和GND， C2 的一端接R1和R2交点，另一端接U1的输出端；R3的一端接GND，另一 端接U1的反相输入端；R4的一端接U1的反相输入端，另一端接U1的 输出端，上端信号从标号signal 1—l输入，从U1的输出端输出；所说的 分压电路是由R5、 R6构成，其中R5—端与U1输出端相连接，另一端与 R6串联，R6另一端接地，R5与R6的交点与信号调理电路的输出端 Signall_2相连接，上端信号在经过分压电路之后生成满足数字信号处 理器的模数转换要求的0—3V的低频信号；所说的用于防止输入信号高 于3V或低于OV的跳变损坏数字信号处理芯片的钳位电路是由集成运放 U2、 二极管D1、稳压管Z1、电阻R7和R8组成；其中，R7的一端接+15V 电压，另一端接U2的同相输入端；R8的一端接U2的同相乡输入端，另 一端接GND; U2的反相输入端连接U2的输出端；Dl的阳极接分压电路 的输出端，阴极接U2的输出端；Z1的阳极接GND，阴极接分压电路的输 出端；信号调理电路的输出端signall一2连接数字信号处理器芯片的模 数转换接口。
上述所说的一种基于直流变换器的光伏并网发电系统的工作方法， 其特征在于它涉及MPPT模块和逆变模块，所说的MPPT模块由数据处理 和MPPT算法两个部分组成，所说的逆变模块由数据处理、并网算法和 SPWM算法三个部分组成(见附图6)，整个流程是由以下工作步骤构成
(1) 信号采集通过电压传感器、电流传感器、信号调理电路、A/D 转换器及必要的滤波算法实现对太阳能电池阵列输出电压和电流信号、 直流母线电压信号和并网逆变器输出电压和电流信号的实时釆集和处理， 并将所得的数据传输给数字信号处理器；'
(2) MPPT模块数据处理对传感器检测到的光伏组件的输出电压、电
流信号作相应处理，并建立数据库进行储存；
(3) 运用MPPT算法对经过处理的实时采集的电压信号和电流信号与
13前一周期采集的数据比较，计算出dV、 dl、及dl/dV的值，结合MPPT 算法中的电导增量法，计算得到目前光伏阵列的工作点与最大功率跟踪 点的相对位置和距离，进而输出P丽脉冲，控制直流变换器的工作状态， 完成对光伏阵列最大功率点的实时跟踪；
(4) 逆变模块数据处理对传感器检测到的并网逆变器的输出电压、 输出电流及直流母线电压的信号作相应处理，并建立数据库进行储存；
(5) 运用并网算法对经过处理的实时采集的并网逆变器的输出电压 信号和电流信号与前一周期采集的数据比较，计算与电网信号的误差， 进而得出新的调制波参数；
(6) 运用SPWM算法依据并网算法所得出的调制波的参数生成新的调 制波，与载波比较产生并网逆变器的控制脉冲，完成对并网逆变器的实 时控制。
上述所说的步骤(3)的具体实施步骤为
① 首先，判断dV是否为0，如果电压、电流没有变化，则不需要调 整；如果dV为0，而dl不为0，则依据dl的正负对参考电压进行如下 调整dl大于0时，增大参考电压；反之，减小参考电压；如果dV不 为0，则依据(dl/dV+I/V)的正负对参考电压进行如下调整(dl/dV+I/V) 大于0时，增大参考电压；反之，减小参考电压；
② 其次，参考电压的调节通过适度调节P丽的占空比来实现，数字 信号处理器输出的P丽脉冲经过调节和驱动电路加到Boost变换器的控 制开关绝缘栅双极型晶体管；由于多支路、两极式光伏并网系统的直流 母线电压由后极的并网逆变器控制稳定在400V，因此通过适当控制绝缘 栅双极型晶体管的通断，即可调节Boost变换器的放大倍数，使光伏阵 列两端电压动态地工作在光伏阵列的最大功率点，从而实现对光伏阵列 最大功率点的跟踪。
权利要求
1、一种基于新型直流变换器的光伏并网发电系统，其特征在于它是由直流变换器、并网逆变器、隔离变压器及控制电路所组成；所说的直流变换器的输入端分别连接太阳能电池阵列的两端，其输出端连接并网逆变器的输入端；所说的并网逆变器的输出端与隔离变压器的输入端连接，隔离变压器的输出端与电网连接；所说的以数字信号处理器为控制核心的控制电路的输入端连接直流变换器和逆变器的信号输出端，输出端则连接直流变换器和并网逆变器的信号输入端。
2、 根据权利要求1所说的一种基于新型直流变换器的光伏并网发 电系统，其特征在于所说的直流变换器外部硬件设备包括高增益 Boost变换电路、驱动和保护电路、电压传感器、电流传感器以及辅助 电路；其中，用于采集太阳能电池阵列的输出电流的电流传感器，其 输入端连接太阳能电池阵列输出端的正极，输出端连接高增益Boost 变换电路输入端的正极，采集的信号通过直流变换器的信号输出口输 出连接到控制电路；用于采集太阳能电池阵列的输出电压的电压传感 器，其输入端连接太阳能电池阵列输出端的正极，输出端连接太阳能 电池阵列输出端的负极，采集的信号通过直流变换器的信号输出口输 出连接到控制电路；用于将太阳能电池阵列输出的电压较低的、不稳 定的电能变换为电压较高的、稳定的电能的高增益Boost变换电路， 其输出端通过直流母线连接并网逆变器的输入端；用于将控制电路发 出的能量较低的控制信号转化为能量较高的驱动信号的驱动和保护电 路，其输入端通过直流变换器的信号输入口与控制电路连接，输出端 连接用于控制高增益Boost变换电路的工作的高增益Boost变换电路 中开关器件的控制端；所说的驱动和保护电路中，数字信号处理器产 生的P碰控制信号Gdrive经HCPL-316J型驱动芯片输出连接到高增益 Boost变换电路的开关器件MOSFET的栅极G，栅极G和源极S间并联 两个用于保证MOSFET不会因为栅极G和源极S间过压而损坏的对接的 15V稳压管；用于检测MOSFET的导通压降的MOSFET—C与MOSFET的漏 极C相连。
3、 根据权利要求1所说的一种基于新型直流变换器的光伏并网发 电系统，其特征在于所说的并网逆变器外部硬件设备包括并网逆变器主电路、光耦隔离电路、两个电压传感器、电流传感器以及辅助电 路；其中，用于将直流变换器输出的电压较高的、稳定的直流电逆变 为符合电网要求的工频交流电的并网逆变器主电路，其输入端通过直 流母线连接直流变换器的输出端，输出端连接隔离变压器的输入端； 用于实现并网逆变器主电路和控制电路之间的信号隔离的光耦隔离电 路的输入端通过并网逆变器的信号，其输入端与控制电路连接，输出 端连接并网逆变器主电路各个开关管的控制极；两个电压传感器包括 一个用于测量并网逆变器主电路输入端的电压的电压传感器和一个用 于测量并网逆变器主电路的输出电压的电压传感器，其中用于测量并 网逆变器主电路输入端的电压的电压传感器的输入端连接并网逆变器 主电路输入端的正极，输出端连接并网逆变器主电路输入端的负极， 另一个用于测量并网逆变器主电路的输出电压的电压传感器的输入端 连接并网逆变器主电路输出端的正极，输出端连接并网逆变器主电路 输出端的负极；用于测量并网逆变器主电路的输出电流的电流传感器 的输入端连接并网逆变器主电路输出端的正极，输出端连接隔离变压 器输入端的正极极。
4、 根据权利要求1所说的一种基于新型直流变换器的光伏并网发 电系统，其特征在于所说的控制电路外部硬件设备包括数字信号处 理器芯片、信号调理电路和辅助电路；所说的能够在整个光伏并网系 统中起控制核心作用的数字信号处理器芯片，用于处理传感器采集到 的信号，通过所设定的算法生成控制信号，完成整个光伏并网发电系 统的控制；其中，用于对来自直流变换器和并网逆变器的电压和电流 信号进行滤波、放大并使送入数字信号处理器芯片的信号能更精确地 转化为数字量并提高后续运算的精度的信号调理电路，其输入端分别 连接直流变换器和并网逆变器的信号输出端，输出端连接数字信号处 理器芯片的模数转换接口。
5、 根据权利要求1所说的一种基于新型直流变换器的光伏并网发 电系统，其特征在于所说的信号调理电路包括二阶低通滤波电路、分 压电路和钳位电路；所说的用于滤出传感器信号的高频杂波的二阶低 通滤波电路是由集成运放U1、电容C1和C2、电阻R1、 R2、 R3和R4 组成；其中Rl和R2串联后接Ul的同相输入端，Cl接同相输入端和 GND， C2的一端接R1和R2交点，另一端接U1的输出端；R3的一端接GND，另一端接U1的反相输入端；R4的一端接U1的反相输入端，另一 端接Ul的输出端，上端信号从标号signallj输入，从Ul的输出端 输出；所说的分压电路是由R5、 R6构成，其中R5—端与U1输出端相 连接，另一端与R6串联，R6另一端接地，R5与R6的交点与信号调理 电路的输出端signall一2相连接，上端信号在经过分压电路之后生成 满足数字信号处理器的模数转换要求的0—3V的低频信号；所说的用 于防止输入信号高于3V或低于0V的跳变损坏数字信号处理芯片的钳 位电路是由集成运放U2、 二极管D1、稳压管Z1、电阻R7和R8组成； 其中，R7的一端接+15V电压，另一端接U2的同相输入端；R8的一端 接U2的同相乡输入端，另一端接GND; U2的反相输入端连接U2的输 出端；Dl的阳极接分压电路的输出端，阴极接U2的输出端；Zl的阳 极接GND，阴极接分压电路的输出端;信号调理电路的输出端signa11—2 连接数字信号处理器芯片的模数转换接口 。
6、 一种上述所说的基于直流变换器的光伏并网发电系统的工作方 法，其特征在于它涉及MPPT模块和逆变模块，所说的MPPT模块由数 据处理和MPPT算法两个部分组成，所说的逆变模块由数据处理、并网 算法和SP丽算法三个部分组成，整个流程是由以下工作步骤构成(1) 信号采集通过电压传感器、电流传感器、信号调理电路、A/D 转换器及必要的滤波算法实现对太阳能电池阵列输出电压和电流信 号、直流母线电压信号和并网逆变器输出电压和电流信号的实时采集 和处理，并将所得的数据传输给数字信号处理器；(2) MPPT模块数据处理对传感器检测到的光伏组件的输出电压、 电流信号作相应处理，并建立数据库进行储存；(3) 运用MPPT算法对经过处理的实时采集的电压信号和电流信号 与前一周期采集的数据比较，计算出dV、 dl、及dl/dV的值，结合MPPT 算法中的电导增量法，计算得到目前光伏阵列的工作点与最大功率跟 踪点的相对位置和距离，进而输出P丽脉冲，控制直流变换器的工作 状态，完成对光伏阵列最大功率点的实时跟踪；(4) 逆变模块数据处理对传感器检测到的并网逆变器的输出电压、 输出电流及直流母线电压的信号作相应处理，并建立数据库进行储存；(5) 运用并网算法对经过处理的实时采集的并网逆变器的输出电 压信号和电流信号与前一周期采集的数据比较，计算与电网信号的误差，进而得出新的调制波参数；(6)运用SP丽算法依据并网算法所得出的调制波的参数生成新的 调制波，与载波比较产生并网逆变器的控制脉冲，完成对并网逆变器 的实时控制。
7、根据权利要求6所说的一种基于新型直流变换器的光伏并网发 电系统的工作方法，其特征在于所说的步骤(3)的具体实施步骤为-①首先，判断dV是否为0，如果电压、电流没有变化，则不需要调整; 如果dV为0，而dl不为0，则依据dl的正负对参考电压进行如下调整dl大于0时，增大参考电压；反之，减小参考电压；如果dV不为0，则依据(dl/dV+I/V)的正负对参考电压进行如下调整(dl/dV+I/V)大于0时，增大参考电压；反之，减小参考电压；②其次，参考电压的调节通过适度调节P丽的占空比来实现，数字信号处理器输出的P丽脉冲经过调节和驱动电路加到Boost变换器 的控制开关绝缘栅双极型晶体管；由于多支路、两极式光伏并网系统 的直流母线电压由后极的并网逆变器控制稳定在400V，因此通过适当 控制绝缘栅双极型晶体管的通断，即可调节Boost变换器的放大倍数， 使光伏阵列两端电压动态地工作在光伏阵列的最大功率点，从而实现 对光伏阵列最大功率点的跟踪。
全文摘要
一种基于新型直流变换器的光伏并网发电系统及其工作方法，其特征在于它是由直流变换器、并网逆变器、隔离变压器及控制电路所组成；工作方法包括①信号采集；②MPPT模块数据处理；③运用MPPT算法；④逆变模块数据处理；⑤运用并网算法；⑥运用SPWM算法；本发明的优越性在于技术实现难度不大，能显著降低成本；安装灵活、维修方便；电压、电流检测精度高，控制算法先进，控制芯片运算速度快，系统可获得优良的跟踪精度和稳定性；硬件装置与数字信号处理器软件编程相结合，硬件装置设计简单、成本低廉、易于实现，软件编程算法简洁、易懂。
文档编号G05F1/67GK101499666SQ20081015280
公开日2009年8月5日 申请日期2008年11月3日 优先权日2008年11月3日
发明者周雪松, 辉 王, 密 田, 郭润睿, 陈德树, 马幼捷 申请人:天津理工大学