专利名称：一种智能型多功能光伏并网逆变器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种智能型多功能光伏并网逆变器，属电气工程领域。
背景技术：
随着经济和社会的发展，能源消耗越来越大，环境污染和电力需求的迅速增长使得人们越来越重视可再生能源的发展。太阳能以其不竭性和环保优势已成为当今国内外最具发展前景的新能源之一。光伏并网发电就是将光伏发电系统直接与电网相连，省掉了体积庞大、价格昂贵、不容易维护的蓄电池。而并网逆变器作为光伏并网发电系统的关键设备之一，其性能对提高光伏发电效率，降低成本具有重要的意义。光伏发电技术在国外已得到深入研究和推广，我国在技术上也已基本成熟。我国光伏并网系统的装机容量巨大，每年都以较快的速度发展，但受环境制约导致多数存在逆变器容量利用率不高的情况，造成了巨大的浪费。另一方面谐波治理的要求日益迫切，无源滤波技术存在很大的局限性，有源电力滤波器具有良好的性能，但是成本较高，推广应用受到了限制。常规的光伏并网发电装置并没有考虑负载产生的谐波会对供电电压和波形产生较大影响，进而对电网和发电装置产生一定的影响，而采用专门的有源滤波设备，其补偿特性和效果良好，但却会增加额外投资。因此发明一种具有光伏并网发电和有源电力滤波功能的智能型多功能光伏并网逆变器对于新能源发电的应用具有重要的现实意义。
实用新型内容本实用新型提出一种智能型多功能光伏并网逆变器，该装置利用有源电力滤波器与并网逆变器在结构和原理上的共同性，可以同时进行光伏发电和谐波治理。这对处理器的快速性和准确性提出很高要求，本实用新型应用的TMS320Ii^812DSP具有高速信号处理结构特点，可以快速、准确、方便地实现复杂的控制方法，提高了逆变系统的稳定性和控制精度。同时为了避免输出基波有功电流与用于谐波抑制的谐波电流相叠加对采样电路的采样精度产生影响，本实用新型的采样电路采用了滞回比较器。本实用新型的技术内容为一种智能型多功能光伏并网逆变器，中间直流电压采样电路、电网电压采样电路、电网电流采样电路、逆变器输出电压采样电路、逆变器输出电流采样电路的信号输出端均与微处理器相接，微处理器的PWM信号输出端与逆变器的IGBT 门极相接。所述的微处理器为DSP，具体型号为TMS320Ii^812。本实用新型的进一步技术内容为所述采样电路包括幅值采样模块和频率采样模块，频率采样模块采用滞回比较器实现。有益效果本实用新型所采用的TMS320Ii^812DSP稳定性、可靠性高并且处理能力强，能够快速稳定地运算一体化控制的复杂运算指令，省去了不必要的外围电路，使系统的结构简单化。滞回比较器的应用使得采样电路不受大电流的干扰，保证了采样结果的准确性。
图1是本实用新型的结构框图；图2是本实用新型的系统控制框图；标号说明1-光伏电池阵列，2-逆变主电路，3-低通滤波器，4-电网。图3为本实用新型的采样电路图。
具体实施方式
以下将结合图和具体实施过程对本实用新型作进一步详细说明参见图1，一种智能型多功能光伏并网逆变器，中间直流电压采样电路、电网电压电流采样电路、逆变器输出电压电流采样电路的信号输出端均与微处理器相接，微处理器的PWM信号输出端与逆变器主电路的IGBT门极相接。通过脉冲信号控制IGBT的通断来使输出电流含有与电网电压同频同相的成分，以及与电网谐波电流同幅反相的成分，能同时实现光伏并网发电和有源电力滤波智能协调控制。所述的微处理器为DSP。DSP具体型号为 TMS320LF2812。参见图2，光伏电池板输出的直流通过DC/DC升压使其达到符合要求的电压，然后经过DC/AC逆变成交流电压。通过电网和输出采样，进行基波和谐波分析，通过控制其输出电流，则可同时实现光伏并网发电和谐波治理智能协调控制的目的。整个系统的控制由DSP 芯片协调完成。参见图3，采样电路的工作过程为首先由霍尔传感器将220V (5A)左右的大电压 (电流)转换成IlV (调节电位器可以调节此电压的大小)的小电压信号，把此信号分为两路， 上路是幅值采样电路，通过LM324N运放芯片作为电压跟随器，然后信号经过3. 3V的限幅电路后输送到DSP的AD模块；下路是频率采样电路，信号经过滞回比较电路和匪74HC14N斯密特触发芯片，输送到DSP的CAP模块中。其中滞回比较器采用LM324N运放芯片。根据上述原理，设计了一种智能型多功能光伏并网逆变器，本控制器的核心是 DSP,如图2所示，智能型多功能光伏并网逆变器DC/DC升压电路采用隔离式CUK升压电路、 DC/AC逆变模块采用全桥逆变的方式，开关器件选用IGBT。以DSP芯片为控制电路的核心，电压、电流采样电路包括LM324N运放芯片以及匪74HC14N施密特六反向触发器，采用 6N137作为光耦隔离器件，驱动电路由顶2130芯片及其外围电路组成，还包括液晶显示器 (LCD)0上述芯片的连接描述如下中间直流电压采样电路DC/DC输出直流电压经电阻分压后与第一块LM324N的引脚10、13相连。电网电压采样电路电网电压经霍尔传感器以及电阻分压后与第二块LM324N的引脚10、13相连。电网电流采样电路电网电流经霍尔传感器以及电阻分压后与第二块LM324N的引脚3、6相连。逆变输出电流采样电路输出电流经霍尔传感器以及电阻分压后与第三块 LM3MN的引脚10、13相连。逆变输出电压采样电路输出电压经霍尔传感器以及电阻分压后与第三块LM324N的引脚3、6相连。DSP发出的PWM信号经6附37隔离后再与驱动芯片LM339AN的引脚2、3、5、6相连， 驱动芯片LM339AN的引脚15、16、23、27连接IGBT的门极驱动其工作。键盘电路DSP的I/O 口与4*4矩阵键盘带有16只按键的外扩键盘连接。显示电路液晶显示器(IXD)与DSP的显示驱动接口相连。软件的核心是通过对逆变输出电压电流和电网电压电流信号的采集、运算和处理，送入PWM产生单元生成PWM脉冲信号，通过脉冲信号控制IGBT的通断来使输出电流含有与电网电压同频同相的成分，以及与电网谐波电流同幅反相的成分，达到光伏发电和谐波治理统一控制的目的。整个软件要求实现的功能包括(1)初始化，键处理，读取A/D转换以及CAP捕获的数据。(2)按照A/D转换以及CAP捕获的数据，通过控制算法计算出电网电压的幅值、相位、频率，输出电压电流的幅值、相位、频率，电网电流的基波与谐波成分。通过差值计算占空比并产生PWM脉冲。(3)液晶显示器显示各参数值。软件部分由三大功能模块组成采样模块、数据处理模块以及PWM产生模块。采样模块是采集中间直流电压、逆变输出电压电流、电网电压电流的数据。数据处理模块所要做的是读取数据，然后对数据进行一系列的处理与运算。PWM产生模块是产生PWM波。本系统的工作程序用C语言编写。本实用新型的工作过程光伏电池输出的直流送入DC/DC模块，通过控制使其达到符合要求的直流电压， 然后经过DC/AC逆变成交流电压。整个控制系统以DSP为核心，通过电网电压电流采样、逆变输出电压电流采样、中间直流电压采样的数据经芯片LM324N送入DSP进行运算、处理并保存。将计算结果送入PWM产生模块，实施死区控制后得到两路驱动脉冲信号，该脉冲信号经隔离器件6附37再通过顶2130驱动芯片，驱动IGBT工作。控制逆变输出电流，使其含有与电网电压同频同相的成分，以及与电网谐波电流同幅反相的成分，实现光伏并网发电和有源电力滤波智能控制的目的。实例为了验证这种智能型多功能光伏并网逆变器的可行性，采用如下参数进行测试滤波电感L=2mH，滤波电容40uF，以单相整流桥作为负载，光伏阵列最大功率时直流侧输出电压达200V左右。经过测试可得出输出电流基波的功率因数为0. 98，频率49. 8Hz, 负载电流畸变率THDl=M. 2%，电网电流畸变率THD2=2. 5%。可见该装置既能够实现光伏并网发电，又能够实现有源电力滤波的功能。本实用新型的特定方案已经对本实用新型进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种智能型多功能光伏并网逆变器，其特点在于，它的电路包括DC/DC升压电路、逆变器主电路、中间直流电压采样电路、电网电压采样电路、电网电流采样电路、逆变器输出电流采样电路、逆变器输出电压采样电路，各采样电路的信号输出端均与微处理器相接， 微处理器的PWM信号输出端与逆变器主电路的IGBT门极相接。
2.根据权利要求1所述的一种智能型多功能光伏并网逆变器，其特点在于，所述的微处理器为DSP，具体型号为TMS320Ii^812。
3.根据权利要求1所述的一种智能型多功能光伏并网逆变器，其特点在于，所述采样电路包括幅值采样模块和频率采样模块，频率采样模块的前端采用滞回比较器实现。
专利摘要本实用新型公开了一种智能型多功能光伏并网逆变器，它的电路包括DC/DC升压电路、逆变器主电路、中间直流电压采样电路、电网电压电流采样电路、逆变器输出电压电流采样电路。各采样电路的信号输出端均与微处理器相接。微处理器的PWM信号输出端与逆变器主电路的IGBT门极相接。所述的微处理器为DSP。所述采样电路包括幅值采样模块和频率采样模块，频率采样模块的采用滞回比较器实现。该装置在几乎不增加硬件成本的条件下，通过添加控制算法，使逆变器在满足光伏并网发电的情况下实现有源电力滤波功能，既能充分利用太阳能，又能充分利用逆变器容量，补偿无功和抑制谐波，改善电网电能质量，具有极大应用价值和社会经济效益。
文档编号H02J3/01GK202121331SQ20112024097
公开日2012年1月18日 申请日期2011年7月8日 优先权日2011年7月8日
发明者万成, 周峰, 夏向阳, 彭振江 申请人:长沙理工大学