一种无需交直流电流传感器的多电平光伏逆变装置的制作方法

本实用新型涉及一种无需交直流电流传感器的多电平光伏逆变装置，属于发电、变电或配电技术领域。

背景技术：

能源是人类社会存在和发展的物质基础。目前能源紧缺、环境恶化的日趋严重是关乎人类生存及发展的全球性问题。可再生能源属于可循环使用的清洁能源，由于其资源十分丰富，且不受地域限制，可就地利用，具有巨大的发展潜力和应用前景，是未来能源系统的希望。

太阳能是一种巨量的可再生能源，太阳直接辐射到地球的能量十分丰富，分布广泛，不会污染环境，清洁干净。中国也拥有丰富的太阳能资源，目前可开发的太阳能是21039亿千瓦，若将1％的中国沙漠装上光伏，总容量将达到13亿千瓦，超过我国目前所有能源发电的装机容量。

当今世界各国特别是发达国家对光伏发电技术十分重视，其开发和利用已经历了几十年，逐渐成为绿色能源领域的前沿技术。国际上，光伏发电无论从技术上还是从规模上已经比较成熟，已进入商业化运作阶段，并且已主要用于城市的并网发电。我国太阳能光伏发电起步较晚，80年代中后期初具规模，90年代以来技术在不断成熟，无论是产业化方面还是应用方面都发展很快，目前多应用在边远无电地区独立式发电，例如在甘肃、西藏、新疆等地建立了以光伏发电为基础的电力设施。而并网发电及城市应用起步较晚，随着国家对新能源的日益重视及一系列优惠政策的颁布，我国太阳能发电增长迅速，2013年全年新增容量超过1000万，是2012年的近3倍，至2013年底，我国光伏发电装机容量已超过1700万千瓦。

并网光伏发电是由光伏逆变器将光伏电池板输出的直流电逆变成交流接入电网，逆变器含有一定的高频开关引起的高频谐波，大规模光伏发电并网也带来谐波问题，高频谐波的危害严重。以往采取并联LC或LCL滤波的方法，还是有一定的高频谐波注入电网，虽然三电平逆变器的波形要好于两电平逆变器，但是还不能完全滤除高频成分。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种应用陷波器滤除并网电流中的高频分量的逆变器。

本实用新型为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种无需交直流电流传感器的多电平光伏逆变装置，其特征在于包括：逆变控制器、MPPT控制器、直流升压单元、多电平逆变单元和陷波器；所述直流升压单元、多电平逆变单元和陷波器依次串联,所述陷波器的输出端连接有电压互感器；所述逆变控制器的控制端与所述多电平逆变单元受控端相连，所述MPPT控制器的控制端与所述直流升压单元的受控端相连；所述逆变控制器的通讯端与所述MPPT控制器的通讯端相连，所述逆变控制器的电压信号输入端与所述电压互感器的输出端相连。

所述逆变控制器接收所述电压互感器上的电压后，进行前馈控制计算，再将计算结果反馈给所述MPPT控制器，所述MPPT控制器根据收到的反馈结果控制所述直流升压单元的转换系数，以保证所述直流升压单元传输给所述多电平逆变单元的电平恒定。

所述前馈控制计算是无需交直流电流的基于所述陷波器的电网侧电压的前馈控制计算，该电流前馈控制计算包括第一加法器输出f₁计算、第二加法器输出f₂计算、第三加法器输出f₃计算、第四加法器输出f₄计算及第五加法器输出f₅计算，算式如下，

f₁＝i*-i×H(s)

f₂＝f₁×G_i(s)

f₃＝(f₂-e*)/Z_L

f₄＝i-f₃

f₅＝e*-V_ac

e*＝f₄×Z_C

i＝f₅/Z_LC

上式中，

e*为所述多电平逆变单元的输出电压计算值；

V_ac为所述陷波器的网侧电压测量值；

i为所述陷波器电流的估算值；

i^*为所述陷波器的网侧电流参考值；

H(s)为所述陷波器电流的反馈系数，0<||H(s)||<1；

G_i(s)为系统的传递函数，0<||G_i(s)||<1；

Z_L(s)为所述陷波器的电感阻抗，Z_C(s)为所述陷波器的电容阻抗，Z_LC为所述陷波器回路中电容与电感的综合阻抗；

此外，所述直流升压单元输出端的直流母线上功率的计算值为η为所述多电平逆变单元的转换效率。

上述技术方案的改进是：所述陷波器为一个并联谐振回路，且组成所述并联谐振回路的电感值L和电容值C与所述多电平逆变单元的开关频率f_s满足

上述技术方案的改进是：当该变流装置在工作状态下，所述直流升压单元用于为所述多电平逆变单元提供恒定电平信号，所述多电平逆变单元用于将收到的电平信号进行逆变输出交变信号；所述多电平逆变单元为三电平电逆变电路。

本实用新型提供的于陷波器的多电平光伏逆变装置通过陷波器消除在逆变电路上产生的高频谐波分量,使得发电机组并网供电时不会有高频谐波分量影响到电网运行的整体稳定。同时通过限波器两端电压，计算出电流，取代了交流电流传感器；通过转换效率计算储能单元输出功率，取消了直流传感器，解决了交直流传感器带来的测量精度和稳定性问题。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1是本实用新型一个优选的实施例结构示意图。

图2是图1中的多电平逆变单元的结构示意图。

图3是图1中逆变控制器的电路图。

图4是图1中MPPT控制器的电路图。

图5是本发明实施例前馈控制计算的逻辑框图。

图中标号示意如下：1-逆变控制器，2-MPPT控制器,3-直流升压单元，4-多电平逆变单元，5-陷波器。

具体实施方式

实施例

本实施例的无需交直流电流传感器的多电平光伏逆变装置,如图1所示，包括：逆变控制器1、MPPT控制器2、直流升压单元3、多电平逆变单元4和陷波器5。直流升压单元3、多电平逆变单元4和陷波器5依次串联，所述陷波器5的输出端连接有电压互感器；逆变控制器1的控制端与多电平逆变单元4受控端相连，MPPT控制器2的控制端与的直流升压单元3的受控端相连；逆变控制器1的通讯端与MPPT控制器2的通讯端相连，逆变控制器1的电压信号输入端与电压互感器6的输出端相连。

多电平逆变单元4如图2所示，采用三电平逆变电路，这样逆变之后的波形更接近正弦波。

如图4所示，MPPT控制器2是现有的最大功率点跟踪控制器(maximum power point tracking)。由MPPT控制器2结合直流升压单元3，充分发挥太阳能电池板的效率。

如图3所示，逆变控制器1用于汇总电压互感器6上的电压，并进行无需交直流电流的基于所述陷波器5的电网侧电压的前馈控制计算，该电流前馈控制计算包括第一加法器输出f₁计算、第二加法器输出f₂计算、第三加法器输出f₃计算、第四加法器输出f₄计算及第五加法器输出f₅计算，算式如下，

f₁＝i*-i×H(s)

f₂＝f₁×G_i(s)

f₃＝(f₂-e*)/Z_L

f₄＝i-f₃

f₅＝e*-V_ac

e*＝f₄×Z_C

i＝f₅/Z_LC

上式中，

e*为多电平逆变单元4的输出电压计算值；

V_ac为陷波器5的网侧电压测量值；

i为陷波器5电流的估算值；

i^*为陷波器5的网侧电流参考值；

H(s)为陷波器5电流的反馈系数，0<||H(s)||<1；

G_i(s)为系统的传递函数，0<||G_i(s)||<1；

Z_L(s)为陷波器5的电感阻抗，Z_C(s)为陷波器5的电容阻抗，Z_LC为陷波器5回路中电容与电感的综合阻抗；

此外，直流升压单元3输出端的直流母线上功率的计算值为η为多电平逆变单元4的转换效率，η＝0.98。

通过上述前馈控制计算，各反馈控制其对应的电路，根据实测情况中的陷波器5的电网侧电压V_ac、直流升压单元3输出端的直流母线电压V_dc及光伏发电装置PV的输出电压V_b等参数的值确定整个装置应该如何调整。其中，直流升压单元3输出端的直流母线上功率的实测值为P_dc，该功率的实测值P_dc与直流升压单元3输出端的直流母线电压值V_dc成正比；直流升压单元3输出端电压值V_dc与光伏发电装置PV的输出电压V_b成正比，比例系数为直流升压单元3的升压系数，根据实测的直流升压单元3输出端的直流母线上功率值与计算的直流升压单元3输出端的直流母线上功率值比较来调整流升压单元3的升压系数以保证输送到三电平逆变电路的电压恒定。

并将计算结果发送至MPPT控制器2，MPPT控制器2根据收到的反馈结果控制直流升压单元3保证传输给多电平逆变单元4的电平恒定。

本实施例的陷波器5为一个并联谐振电路。选用合适的电感L和电容C，滤除由上一级多电平逆变单元4产生高频谐波分量，电感L与电容C值与多电平逆变单元4的开关频率f_s满足式子：

本实施例的逆变控制器采用的是DSP28335高性能多核DSP芯片。该DSP芯片是TI公司S320系列产品中的新一代高性能DSP芯片，具有强大的运算能力和抗干扰能力，可以保证本实施例运行的高效和稳定。

本实用新型不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。