一种太阳能光伏发电三相全桥并网逆变系统的制作方法

本实用新型属于新能源太阳能发电技术、电力电子技术和控制技术领域，涉及一种太阳能光伏发电三相全桥并网逆变系统。

背景技术：

太阳能是一种理想的可再生能源，未来最具有发展潜力的是太阳能光伏发电系统，它的开发利用是解决能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径，是人类理想的替代能源，而且，太阳能分布式发电系统为未来家庭用电和商业供电的发展趋势，它在满足自己用电需求的同时，还能与主电网连接，可以把发出的富余电量出售给电力公司，因此，随着太阳能发电技术的发展以及光伏电池成本的下降，太阳能开发利用必将成为二十一世纪后期的重要能源之一。

太阳能分布式发电系统具有诸多优点：(1)、不必考虑负载供电的稳定性和供电质量的问题。（2）、光伏电池可以始终工作在最大功率点处，由电网来接纳太阳能所发的全部电能，提高了太阳能发电的效率。（3）、直接将电能输入电网，可以充分利用光伏阵列所发的电力，省略了作为储能环节的蓄电池，降低了因充放电带来的能量损耗，省去了蓄电池维护，降低了系统的成本。（4）、太阳能分布式发电系统可以对公用电网起到调峰作用。

在太阳能分布式发电系统中，并网逆变器的入网接入系统是实现太阳能光伏发电与主电网之间进行能量传递与转换的关键环节，其对主电网的电能质量、系统安全可靠性、系统保护等产生直接影响，并网逆变器的作用是当太阳能光伏发电系统的输出在较大范围内变化时，能始终以尽可能高的效率将太阳能电池输出的直流电转化成与主电网匹配的交流电，并送入主电网，而且，作为太阳电光伏电池和主电网系统之间进行能量变换的并网逆变器，其安全性、可靠性、逆变效率、制造成本等因素对太阳能光伏发电系统的整体投资和收益具有举足轻重的地位，因此，太阳能分布式发电系统有如下要求：（1）、实现高质量的电能转换，将太阳能光伏电池产生的直流电转换成符合要求的单相或三相正弦波交流电，其电流和电压的谐波要求满足并网条件，如国外的并网标准中明确规定并网逆变器输出波形的总谐波因数应小于5％，各次谐波含量小于3％，并且具有较好的动态特性。（2）、实现系统的安全保护要求，如输入反接保护、直流过压保护、输出过载保护、输出短路保护、交流过压和欠压保护、“孤岛”保护及装置自身保护，从而确保系统的可靠性，如根据国家标准GB/T 19939-2005、国际标准IEEE1547和IECl727，所有并网逆变器必须具有反孤岛效应的功能，孤岛发生时必须快速、准确地切除并网逆变器与主电网的电性连接。（3）、最大功率点的跟踪，最大限度地利用太阳能电池，以提高逆变器的效率。（4）、为降低太阳能发电系统的成本，能有效地普及和使用，并网逆变器需要采用比较理想的是无变压器方案，从而可以进一步提高并网逆变器的效率，使太阳能光伏发电系统的体积、重量和成本大大降低。

因此，设计一种满足上述技术要求的体积小、成本低，功耗低、效率高、安全可靠性高、使用寿命长的太阳能分布式发电系统是并网逆变器的发展趋势。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种太阳能光伏发电三相全桥并网逆变系统，它同时具备体积小、成本低，功耗低、效率高、安全可靠性高、使用寿命长等特点，而且，提供一种最大功率跟踪控制MPPT、无工频变压器、防止孤岛效应的太阳能光伏发电三相全桥并网逆变系统，以便使逆变过程具有更高的效率和安全性，并满足国家标准GB/T 19939-2005《太阳能光伏系统并网技术要求》。

一种太阳能光伏发电三相全桥并网逆变系统包括太阳能电池1、三相全桥并网逆变系统主回路2、本地负载31、电网32、三相全桥并网逆变控制系统4、PC并机通信接口5；三相全桥并网逆变系统主回路2分别与太阳能电池1、本地负载31、电网32、三相全桥并网逆变控制系统4连接，三相全桥并网逆变控制系统4与PC并机通信接口5连接，三相全桥并网逆变控制系统4与太阳能电池1、本地负载31、电网32无线连接，所述PC并机通信接口5是和上位PC机和其它太阳能光伏发电系统并机的通信接口；

三相全桥并网逆变系统主回路2包括输入保护开关21、直流升压电路22、三相逆变电路23、三相滤波器24、三相并网开关25、电网入网开关26，输入保护开关21的输入端接太阳能电池1的输出端，输入保护开关21、直流升压电路22、三相逆变电路23、三相滤波器24、三相并网开关25、电网入网开关26依次串联，电网入网开关26的输出端接电网32和本地负载31的输入端；本地负载31接三相并网开关25和电网入网开关26的输出端；

三相全桥并网逆变控制系统4包括触摸面板控制器401、三相并网逆变控制器402、触摸屏403、采样电路404、开关驱动电路405、升压驱动电路406、逆变驱动电路407、三相逆变、电网和本地负载频率检测电路408、电池电压检测电路409、电池电流检测电路410、升压电压检测电路411、三相逆变、电网和本地负载电压检测电路412、三相逆变、电网和本地负载电流检测电路413、三相逆变、电网和本地负载相位检测电路414；

所述触摸面板控制器 401分别接在三相并网逆变控制器402、触摸屏403和PC并机通信接口5的一输出端，触摸面板控制器401输出端分别接开关驱动电路405和升压驱动电路406的一输入端；

所述采样电路404的输出端分别接触摸面板控制器401和三相并网逆变控制器402的一输入端；

所述三相并网逆变控制器402输出端接逆变驱动电路407的一输入端；

所述开关驱动电路405的第一输出端接三相全桥并网逆变系统主回路2的输入保护开关21，开关驱动电路405的第二输出端接三相全桥并网逆变系统主回路2的三相并网开关25，开关驱动电路405的第三输出端接三相全桥并网逆变系统主回路2的电网入网开关26；

所述升压驱动电路406的输出端接三相全桥并网逆变系统主回路2的直流升压电路22的一输入端；

所述逆变驱动电路407的输出端接三相全桥并网逆变系统主回路2的三相逆变电路23的一输入端；

所述采样电路404的输入端分别接三相逆变、电网和本地负载频率检测电路408、电池电压检测电路409、电池电流检测电路410、升压电压检测电路411、三相逆变、电网和本地负载电压检测电路412、三相逆变、电网和本地负载电流检测电路413、三相逆变、电网和本地负载相位检测电路414的输出端。

所述输入保护开关21包括第一可控硅SCR1和第二可控硅SCR2；所述直流升压电路22包括第一电感L1、第二电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一IGBT功率管Q1、第二IGBT功率管Q2、第一电解电容C1和第二电解电容C2；所述三相逆变电路23包括第一功率管Q3、第二功率管Q4、第三功率管Q5、第四功率管Q6、第五功率管Q7和第六功率管Q8；所述三相滤波器24包括第一电感L3、第二电感L4、第三电感L5、第一电容C3、第二电容C4和第三电容C5；所述三相并网开关25包括第一双向可控硅SCR3、第二双向可控硅SCR4和第一双向可控硅SCR5；所述电网入网开关26包括第一双向可控硅SCR6、第二双向可控硅SCR7和第三双向可控硅SCR8。

所述输入保护开关21的第一可控硅SCR1和第二可控硅SCR2的阳极分别连接太阳能电池1的正极和负极，第一可控硅SCR1和第二可控硅SCR2的阴极分别连接直流升压电路22的第一电感L1和第二电感L2的一端，第一可控硅SCR1和第二可控硅SCR2的门极连接三相全桥并网逆变控制系统4中的开关驱动电路405的一输出端。

所述直流升压电路22的第一电感L1及第二电感L2的一端分别连接输入保护开关21的两个输出端；所述第一二极管D1的阳极端连接第一电感L1的另一端，所述第二二极管D2的阴极端连接第二电感L2的另一端；所述第一IGBT功率管Q1的集电极连按第一二极管D1的阳极端，第一IGBT功率管Q1的发射极连接第二IGBT功率管Q2的集电极并组成N零线端，第二IGBT功率管Q2的发射极连接第二二极管D2的阴极端，第一IGBT功率管Q1和第二IGBT功率管Q2的栅极端连接三相全桥并网逆变控制系统4中的升压驱动电路406，所述第一电解电容C1的正极端连接第一二极管D1的阴极端，第一电解电容C1的负极端连接第二电解电容C2的正极端，并连接N零线端，第二电解电容C2的负极端连接第二二极管D2的阳极端，第一电解电容C1的正极端输出正的BUS直流电压，第二电解电容C2的负极端输出负的BUS直流电压。

所述直流升压电路22的第一功率管Q1、三相逆变电路23第三功率管Q5和三相逆变电路23第五功率管Q7的集电极端统一连接后连接直流升压电路22的第一二极管D1的阴极端和第一电解电容C1的正极端，所述第二功率管Q4、第四功率管Q6和第六功率管Q8的发射极端统一连接后连接直流升压电路22的第二二极管D2的阴极端和第二电解电容C2的负极端；所述第一功率管Q3的发射极端连接第二功率管Q4的集电极端，并连接三相滤波器24的第一电感L3的一端；所述第三功率管Q5的发射极端连接第四功率管Q6的集电极端，并连接三相滤波器24的第二电感L4的一端；所述第五功率管Q7的发射极端连接第六功率管Q8的集电极端，并连接三相滤波器24的第三电感L5的一端；所述第一功率管Q3、第二功率管Q4、第三功率管Q5、第四功率管Q6、第五功率管Q7和第六功率管Q8的所有栅极端连接三相全桥并网逆变控制系统4的逆变驱动电路407的输出端。

所述三相滤波器24的第一电感L3、第二电感L4和第三电感L5的另一端分别连接第一电容C3、第二电容C4和第三电容C5的一端后，并连接三相并网开关25的三个输入端，所述第一电容C3、第二电容C4和第三电容C5的另一端连接电网32和本地负载31的一个公共N零线端。

所述三相并网开关25的第一双向可控硅SCR3、第二双向可控硅SCR4和第三双向可控硅SCR5的一端分别连接三相滤波器24的第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3的一输出端，其另一端连接本地负载31和电网入网开关26的三相输入端；所述第一双向可控硅SCR3、第二双向可控硅SCR4和第三双向可控硅SCR5的门极连接三相全桥并网逆变控制系统4中的开关驱动电路405的另一输出端。

所述电网入网开关26的第一双向可控硅SCR6、第二双向可控硅SCR7和第三双向可控硅SCR8的一端分别连接本地负载31的三相输入端和三相并网开关25的三相输出端，其另一端连接电网32的三相输入端；所述第一双向可控硅SCR7、第二双向可控硅SCR8和第三双向可控硅SCR8的门极连接三相全桥并网逆变控制系统4中的开关驱动电路405的另一输出端。

所述触摸面板控制器401和三相并网逆变控制器402包括先进的数字处理DSP（TMS320LF24x）芯片，所述升压驱动电路405、逆变驱动电路406和开关驱动电路404包括可编程逻辑CPLD芯片，所述触摸面板控制器401的一输入输出端通过PC并机通信接口5连接上位机PC或其它并联运行的三相全桥并网逆变系统，实现多机协调控制，所述触摸面板控制器401根据该太阳能电池1的电压和电流监测其最大输出功率，并据此调整直流升压电路的驱动信号的占空比，实施最大功率跟踪控制（MPPT）；所述三相并网逆变控制器402实施并网和孤网两种运行模式控制及其平滑切换，并根据直流升压电路22的正负直流电压、三相逆变电路、电网和本地负载的三相电流、电压、频率、相位、功率等参数，确定输出至三相逆变电路的高频正弦波空间矢量脉冲宽度调制SVPWM控制信号。

所述三相全桥并网逆变系统主回路2中，输入保护开关21通过单相可控硅连接太阳能电池1，根据三相全桥并网逆变控制系统4的触摸面板控制器401和开关驱动电路405输出一控制信号闭合或断开太阳能电池1与该三相全桥并网逆变系统主回路2中输入保护开关21之间的电性连接，用于由于太阳能电池1漏电、电池正极（REC+）和负极（REC-）反向连接、输出低电压或高电压、以及三相全桥并网逆变控制系统4出现故障时，对系统进行保护。

上述太阳能光伏发电三相全桥并网逆变系统的控制方法，具体步骤如下：

步骤一：触摸面板控制器401得到采样电路404通过电池电压检测电路409、电池电流检测电路410、升压电压检测电路411、三相逆变、电网和本地负载电压检测电路412、三相逆变、电网和本地负载电流检测电路413、三相逆变、电网和本地负载相位检测电路414和三相逆变、电网和本地负载频率检测电路408，分别采集得到的太阳能电池1的电压与电流及其极性、直流升压电路22的正负电压、三相逆变、电网和本地负载的电压、电流、相位和频率，触摸面板控制器401接收到采样电路404的采样信息后通过其内部的数字处理DSP-TMS320LF24x芯片、GPLD芯片处理得到三相逆变电路23、电网32和本地负载31的有功功率P、P_L、△P和无功功率Q、Q_L、△Q；

步骤二：触摸面板控制器401根据采样电路404通过电池电压检测电路409、电池电流检测电路410、升压电压检测电路411采样得到的太阳能电池板1的电压、电流和直流升压电路22的电压情况，判断该太阳能电池1对地极性信号是否正常，太阳能电池1的电压与电流是否正常，以及直流升压电路22的电压是否过压，如果所有参数正常，则触摸面板控制器401输出控制信号经开关驱动电路405接通输入保护开关21，继续进入步骤三；如果其中有参数不正常，则输出控制信号经开关驱动电路405断开输入保护开关21、三相并网开关25和电网入网开关26，停止输出经升压驱动电路406的PWM控制信号，并通知三相并网逆变控制器402停止输出经逆变驱动电路407的正弦波空间矢量脉冲宽度调制SVPWM信号，返回到步骤一；

步骤三：触摸面板控制器401输出控制信号接通输入保护开关21后，太阳能电池1的直流电压接入三相全桥并网逆变系统主回路2中，触摸面板控制器401输出经升压驱动电路406的PWM控制信号给直流升压电路22，即直流升压控制，促使太阳能电池1的直流电压升压至正负直流电压即±BUS电压，继续进入步骤四，其中，直流升压电路22实施最大功率跟踪控制（MPPT）；

步骤四：触摸面板控制器401根据采样电路404通过升压电压检测电路411采样得到的直流升压电路22的信息，判断直流升压电路22的正负直流电压（±BUS电压）是否在正常范围内，如果在正常范围内，则触摸面板控制器401通知三相并网逆变控制器402输出经逆变驱动电路407的SVPWM控制信号，即三相逆变电路23控制，促使正负直流电压逆变成三相交流电压，且三相逆变电路23输出电压和电流的频率、相位和幅值与电网32的三相交流电的同频、同相和等幅（电压幅值可以有一定偏差，如±3%），继续进入步骤五；如果不在正常范围内，则触摸面板控制器401输出控制信号经开关驱动电路405断开输入保护开关21、三相并网开关25和电网入网开关26，停止输出经升压驱动电路406的PWM控制信号，并通知三相逆变控制器402停止输出经逆变驱动电路407的SVPWM控制信号，返回到步骤一；

步骤五：触摸面板控制器401根据采样电路404通过三相逆变、电网和本地负载电压检测电路412、三相逆变、电网和本地负载电流检测电路413、三相逆变、电网和本地负载相位检测电路414和三相逆变、电网和本地负载频率检测电路408的采样数据，判断三相逆变电路23输出的电压和电流的相位、频率等参数是否在正常范围内，如果在正常范围内，继续进入步骤六；如果不在正常范围内，则输出控制信号经开关驱动电路405断开三相并网开关25和电网入网开关26，并通知三相逆变控制器402停止输出经逆变驱动电路407的空间矢量脉冲宽度调制SVPWM控制信号，返回到步骤一；

步骤六：触摸面板控制器401根据采样电路404通过三相逆变、电网和本地负载电压检测电路412、三相逆变、电网和本地负载电流检测电路413、三相逆变、电网和本地负载相位检测电路414和三相逆变、电网和本地负载频率检测电路408的采样数据，判断电网32的电压、电流、相位和频率等参数是否在正常范围内，如果在正常范围内，则输出控制信号经开关驱动电路405接通电网入网开关26，并输出经逆变驱动电路407的空间矢量脉冲宽度调制SVPWM控制信号使三相逆变电路23工作于PQ控制模式，继续进入步骤七；如果不在正常范围内，则输出控制信号经开关驱动电路405断开电网入网开关26，并输出经逆变驱动电路407的空间矢量脉冲宽度调制SVPWM控制信号使三相逆变电路23工作于V/f控制模式，然后接通三相并网开关25，三相逆变电路23以孤网运行模式为本地负载31提供电能，进入步骤八；

步骤七：触摸面板控制器401根据采样电路404通过三相逆变、电网和本地负载电压检测电路412、三相逆变、电网和本地负载电流检测电路413、三相逆变、电网和本地负载相位检测电路414和三相逆变、电网和本地负载频率检测电路408的采样数据，判断三相逆变电路23输出的电压和电流的相位、频率等参数和电网32输入的电压和电流的相位、频率等参数是否在并网要求范围内，如果达到并网要求，则输出控制信号经开关驱动电路405接通三相并网开关25，三相逆变电路23以并网模式运行，和电网32一起，为本地负载31提供电能，即实现P+△P=P_L和Q+△Q=Q_L，然后返回到步骤一；如果达不到并网要求，则输出控制信号经开关驱动电路405断开三相并网开关25和电网入网开关26，并通知三相逆变控制器402停止输出经逆变驱动电路407的SVPWM控制信号，返回到步骤一；

步骤八：触摸面板控制器401根据采样电路404通过三相逆变、电网和本地负载电压检测电路412、三相逆变、电网和本地负载电流检测电路413、三相逆变、电网和本地负载相位检测电路414和三相逆变、电网和本地负载频率检测电路408的采样数据，判断本地负载31的视在功率是否小于等于三相逆变电路23输出的视在功率，如果小于等于，则返回到步骤一；如果大于，则输出控制信号经开关驱动电路405断开三相并网开关25和电网入网开关26，并通知三相逆变控制器402停止输出经逆变驱动电路407的SVPWM控制信号，返回到步骤一。

本实用新型与现有技术相比较，其有益效果如下：

第一，本实用新型采用三相全桥逆变电路的拓扑结构及其正弦波空间矢量脉冲宽度调制SVPWM控制技术，能够使三相全桥并网逆变系统的体积变小、重量减轻、成本降低，具备并网逆变标准的所有要求，并符合并网逆变的国家标准，如软启动、电压不平衡度、电流谐波、直流电流注入、防反接、反闪烁、完善的各类保护和远程通信等，其产生的纯正弦波容易调整，不会给三相电网造成高频谐波的危害。

第二，本实用新型采用双Boost升压电路和最大功率点跟踪方法，由触摸面板控制器改变直流升压电路驱动信号的占空比，同时监控升压电路的输出电压，这种获得最大功率点的方法只需要跟踪太阳能电池的电压，省去了复杂的计算和比较。

第三、本实用新型采用电网入网开关技术，避免了分布式发电系统孤岛效应时，所有电源断开的线路带电问题，防止给相关人员（如电网维修人员和用户）带来电击的危险。

第四，本实用新型采用智能监测与控制技术，实现并网与孤网两种运行模式的快速无缝切换和平滑控制，且并网和孤网转换时系统不断电，无需专门考虑分布式发电系统存在的孤岛效应。

第五，整个系统体积小、成本低，功耗低、效率高、安全可靠性高、使用寿命长和设计余量大等优点。

附图说明

图1是本实用新型实施例1太阳能光伏发电三相全桥并网逆变系统的结构框图；

图2是本实用新型实施例1太阳能光伏发电三相全桥并网逆变系统的主回路电路图；

图3是本实用新型实施例1逆变电路中功率管Q3、Q4、Q5、Q6、Q7和Q8的驱动信号和正弦波输出波形图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1

一种太阳能光伏发电三相全桥并网逆变系统，如图1所示，包括太阳能电池1、三相全桥并网逆变系统主回路2、本地负载31、电网32、三相全桥并网逆变控制系统4、PC并机通信接口5；三相全桥并网逆变系统主回路2分别与太阳能电池1、本地负载31、电网32、三相全桥并网逆变控制系统4连接，三相全桥并网逆变控制系统4与PC并机通信接口5连接，三相全桥并网逆变控制系统4与太阳能电池1、本地负载31、电网32无线连接，PC并机通信接口5是和上位PC机和其它太阳能光伏发电系统并机的通信接口；

三相全桥并网逆变系统主回路2包括输入保护开关21、直流升压电路22、三相逆变电路23、三相滤波器24、三相并网开关25、电网入网开关26，输入保护开关21的输入端接太阳能电池1的输出端，输入保护开关21、直流升压电路22、三相逆变电路23、三相滤波器24、三相并网开关25、电网入网开关26依次串联，电网入网开关26的输出端接电网32和本地负载31的输入端；本地负载31接三相并网开关25和电网入网开关26的输出端；

三相全桥并网逆变控制系统4包括触摸面板控制器401、三相并网逆变控制器402、触摸屏403、采样电路404、开关驱动电路405、升压驱动电路406、逆变驱动电路407、三相逆变、电网和本地负载频率检测电路408、电池电压检测电路409、电池电流检测电路410、升压电压检测电路411、三相逆变、电网和本地负载电压检测电路412、三相逆变、电网和本地负载电流检测电路413、三相逆变、电网和本地负载相位检测电路414；

触摸面板控制器 401分别接在三相并网逆变控制器402、触摸屏403和PC并机通信接口5的一输出端，触摸面板控制器401输出端分别接开关驱动电路405和升压驱动电路406的一输入端；

采样电路404的输出端分别接触摸面板控制器401和三相并网逆变控制器402的一输入端；

三相并网逆变控制器402输出端接逆变驱动电路407的一输入端；

开关驱动电路405的第一输出端接三相全桥并网逆变系统主回路2的输入保护开关21，开关驱动电路405的第二输出端接三相全桥并网逆变系统主回路2的三相并网开关25，开关驱动电路405的第三输出端接三相全桥并网逆变系统主回路2的电网入网开关26；

升压驱动电路406的输出端接三相全桥并网逆变系统主回路2的直流升压电路22的一输入端；

逆变驱动电路407的输出端接三相全桥并网逆变系统主回路2的三相逆变电路23的一输入端；

采样电路404的输入端分别接三相逆变、电网和本地负载频率检测电路408、电池电压检测电路409、电池电流检测电路410、升压电压检测电路411、三相逆变、电网和本地负载电压检测电路412、三相逆变、电网和本地负载电流检测电路413、三相逆变、电网和本地负载相位检测电路414的输出端。

如图2所示，输入保护开关21包括第一可控硅SCR1和第二可控硅SCR2；所述直流升压电路22包括第一电感L1、第二电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一IGBT功率管Q1、第二IGBT功率管Q2、第一电解电容C1和第二电解电容C2；所述三相逆变电路23包括第一功率管Q3、第二功率管Q4、第三功率管Q5、第四功率管Q6、第五功率管Q7和第六功率管Q8；所述三相滤波器24包括第一电感L3、第二电感L4、第三电感L5、第一电容C3、第二电容C4和第三电容C5；所述三相并网开关25包括第一双向可控硅SCR3、第二双向可控硅SCR4和第一双向可控硅SCR5；所述电网入网开关26包括第一双向可控硅SCR6、第二双向可控硅SCR7和第三双向可控硅SCR8。

如图2、3所示，输入保护开关21包括第一可控硅SCR1和第二可控硅SCR2，并根据三相全桥并网逆变系统设计的容量大小选择可控硅的性能参数；其中所述的第一可控硅SCR1和第二可控硅SCR2的阳极分别连接太阳能电池1的正极和负极，所述的第一可控硅SCR1和第二可控硅SCR2的阴极分别连接直流升压电路22的第一电感L1和第二电感L2的一端，所述的第一可控硅SCR1和第二可控硅SCR2的门极连接三相全桥并网逆变控制系统4中的开关驱动电路405的一输出端。

输入保护开关21的工作原理为：当太阳能电池1漏电、电池正负极性反接、过压和欠压（本实施例的太阳能电池1的正常输出电压VDC为200V-272V）、以及三相全桥并网逆变系统主回路2中各电路出现故障时，则触摸面板控制器401输出控制信号到两个可控硅SCR1和SCR2的门极，从而断开太阳能电池1和三相全桥并网逆变系统主回路2的电气连接，实施太阳能电池1和太阳能光伏发电系统的保护作用。

如图2、3所示，直流升压电路包括第一电感L1、第二电感L2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一IGBT功率管Q1、第二IGBT功率管Q2、第一电解电容C1和第二电解电容C2；其中所述第一电感L1及第二电感L2的一端分别连接输入保护开关21的两个输出端；所述第一二极管D1的阳极端连接第一电感L1的另一端,所述第二二极管D2的阴极端连接第二电感L2的另一端；所述第一IGBT功率管Q1的集电极连按第一二极管D1的阳极端，第一IGBT功率管Q1的发射极连接第二IGBT功率管Q2的集电极并组成N零线端，第二IGBT功率管Q2的发射极连接第二二极管D2的阴极端，第一IGBT功率管Q1和第二IGBT功率管Q2的栅极端连接三相全桥并网逆变控制系统4中的升压驱动电路406，所述第一电解电容C1的正极端连接第一二极管D1的阴极端，第一电解电容C1的负极端连接第二电解电容C2的正极端，并连接N零线端，第二电解电容C2的负极端连接第二二极管D2的阳极端，第一电解电容C1的正极端输出正的BUS直流电压，第二电解电容C2的负极端输出负的BUS直流电压；所述触摸面板控制器401施加频率固定而占空比增大和减小的脉冲开关PWM信号至第一IGBT功率管Q1和第二IGBT功率管Q2，通过该功率管Q1和Q2的导通和截止的开关切换来将耦合到第一电感L1和第二电感L2的一输入端的太阳能电池1的输出电压VDC（本实施例为200V-272V）转换为从第一二极管D1的阴极端输出和第二二极管D2的阳极端输出的±BUS直流电压（本实施例为±400VDC）。

直流升压电路22的工作原理为：当第一功率管Q1和第二功率管Q2导通时，第一电感L1和第二电感L2的电流增加，储蓄能量，此时，第一电解电容C1和第二电解电容C2通过放电形式向三相逆变电路23提供能量；当第一功率管Q1和第二功率管Q2关断时，第一电感L1和第二电感L2的电流从第一二极管D1和第二二极管D2向后端输出，电流减小，一方面，向三相逆变电路23提供能量，另一方面向第一电解电容C1和第二电解电容C2充电。这样，通过第一功率管Q1和第二功率管Q2不停的导通和关断，就会使直流升压电路22产生正负直流输出电压（±BUS电压），因此，直流升压电路22能够将太阳能电池1输出的200V-272V转换输出±400VDC的±BUS直流电压。

本实用新型的最大功率跟踪控制算法采用简单有效的扰动观察法，其编制的程序容易在三相全桥并网逆变控制系统4中实现。其工作原理为：通过对太阳能电池1输出电压的扰动来改变电池的输出功率，从而以输出功率的变化来判断电压扰动方向的正确与否，并将Boost电路当作一个可变负载，通过调节Boost电路的第一功率管Q1和第二功率管Q2开关时间的占空比D可使太阳能电池1工作于不同的工作点。具体的调节方法为：第一步，触摸面板控制器401实时采集太阳能电池1的电压U(k)和电流I(k)，并计算其输出功率P(k)=U(k)I(k)，然后和上次的电压U(k-1)和功率P(k-1)进行比较，求出电压差值△U(k)=U(k)-U(k-1)和功率差值△P(k)=P(k)-P(k-1)，以及两个差值的乘积△PU(k)=△U(k)△P(k)；第二步，触摸面板控制器401判断△PU(k)，如△PU(k)>0，则给定期望电压值为Uref=U(k)+Ustep；如△PU(k)<0，则给定期望电压值为Uref=U(k)-Ustep，式中，Ustep为给定的电压步进值；第三步，触摸面板控制器401根据给定期望电压值Uref与太阳能电池1的采样电压U(k)的进行差值运算为E(k)= Uref-U(k)，通过比例积分（PI）控制算法计算出控制信号的占空比D，当给定期望电压值降低时，计算达到的占空比D就会增加，使Boost电路开关闭合时间变长，从而第一电感L1和第二电感L2的电流就会增加，根据太阳能电池的工作特性，电流变大，电压就会降低，输出的功率就会向最大功率点靠近；当给定期望电压值升高时，计算达到的占空比D就会减小，使Boost电路开关闭合时间减小，从而第一电感L1和第二电感L2的电流就会减小，根据太阳能电池的工作特性，电流变小，电压就会增加，输出的功率就会向最大功率点靠近，从而达到调节太阳能电池1输出功率的目的。当功率跟踪到最大功率点时，给定期望电压值与实际电压值相等，输出功率的调节度很小，控制信号的占空比D保持稳定。

如图2、3所示，三相逆变电路23包括第一功率管Q3、第二功率管Q4、第三功率管Q5、第四功率管Q6、第五功率管Q7和第六功率管Q8；其中所述第一功率管Q1、第三功率管Q5和第五功率管Q7的集电极端统一连接后连接直流升压电路22的第一二极管D1的阴极端和第一电解电容C1的正极端，所述第二功率管Q4、第四功率管Q6和第六功率管Q8的发射极端统一连接后连接直流升压电路22的第二二极管D2的阴极端和第二电解电容C2的负极端；所述第一功率管Q3的发射极端连接第二功率管Q4的集电极端，并连接三相滤波器24的第一电感L3的一端；所述第三功率管Q5的发射极端连接第四功率管Q6的集电极端，并连接三相滤波器24的第二电感L4的一端；所述第五功率管Q7的发射极端连接第六功率管Q8的集电极端，并连接三相滤波器24的第三电感L5的一端；所述第一功率管Q3、第二功率管Q4、第三功率管Q5、第四功率管Q6、第五功率管Q7和第六功率管Q8的所有栅极端连接三相全桥并网逆变控制系统4中的逆变驱动电路407的输出端。

三相逆变电路23的工作原理为：如图3所示，第一功率管Q3、第二功率管Q4、第三功率管Q5、第四功率管Q6、第五功率管Q7和第六功率管Q8的正弦波脉冲驱动波形中，高电平表示该六个功率管导通，低电平表示该六个功率管截止，其中第一功率管Q3和第二功率管Q4，第三功率管Q5和第四功率管Q6，第五功率管Q7和第六功率管Q8组成三个桥臂。首先，各桥臂上下功率管是交替导通；其次，在一个正弦周期内，各桥臂上下功率管导通180°；第三，各桥臂开始导通的相位差为120°，且任一瞬间有三个桥臂同时导通。如图3所示，当第一功率管Q3、第三功率管Q5、第五功率管Q7截止期间，则第二功率管Q4、第四功率管Q6、第六功率管Q8以固定频率但占空比不同进行导通和截止；当第二功率管Q4、第四功率管Q6、第六功率管Q8截止期间，则第一功率管Q3、第三功率管Q5、第五功率管Q7以固定频率但占空比不同进行导通和截止。这样的导通和截止方式使得第一功率管Q3、第二功率管Q4和三相滤波器24中的第一电感L3的连接点a上波形为图3所示波形Va，第三功率管Q5、第四功率管Q6和三相滤波器24中的第二电感L4的连接点b上波形为图3所示波形Vb，第五功率管Q7、第六功率管Q8和三相滤波器24中的第三电感L4的连接点c上波形为图3所示波形Vc。在一个实施例中，Va，Vb，Vc波形为高电平为+400V，低电平为-400V，其中值为0V的输出正弦波脉冲宽度调制SPWM信号。

如图2、3所示，三相滤波器24包括第一电感L3、第二电感L4、第三电感L5、第一电容C3、第二电容C4和第三电容C5；其中所述第一电感L3、第二电感L4和第三电感L5的另一端分别连接第一电容C3、第二电容C4和第三电容C5的一端后，并连接三相并网开关25的三个输入端，所述第一电容C3、第二电容C4和第三电容C5的另一端连接电网32和本地负载31的一个公共N零线端。

三相滤波器24的工作原理为：如图3所示，通过第一电感L3、第二电感L4、第三电感L5和第一电容C3、第二电容C4和第三电容C5的滤波，将电压Va，Vb，Vc中的高频成分滤去，在三相滤波器24的输出端就得到如图3所示的相位差为120°的三相正弦波形VA，VB，VC。在一个实施例中，VA，VB，VC的输出频率为50±0.2Hz,电压为220V±5%，相位差≦30'，电流谐波THD≦3%,直流电流注入值≦0.5%额定电流。由于三相逆变电路23的驱动SPWM控制信号和Va，Vb，Vc波形为高频信号，所以图3中，将六个功率管Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8和Va，Vb，Vc的高频波形频率滤波后得到图示三相正弦波波形。高频波形每个周期时间相等（即频率固定，本实施例中为20kHz），但是每次导通和截止的时间比（即占空比）是不一样的。占空比由小变大再变小，而变化的规律遵循SPWM的规律。这样，通过第一电感L3和第一电容C3、第二电感L4和第二电容C4、第三电感L5和第三电容C5滤掉高频部分后，剩下的低频部分正好是50Hz的正弦波。而且，通过三相全桥并网逆变控制系统4中的三相并网逆变控制器402设计的三相逆变电路23输出电压的反馈控制，可根据三相输出电压的大小实时调节六个功率管Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8的驱动信号的占空比，从而保证三相逆变电路23的三相输出电压VA，VB，VC在一定的精度范围内，而且，通过三相并网逆变控制器402的控制策略，使三个桥臂开始导通的相位差为120°，且任一瞬间有三个桥臂同时导通。因此，三相滤波器24的输出端就得到如图3所示的相位差为120°的三相正弦波形VA，VB，VC。

如图2、3所示，三相并网开关25包括第一双向可控硅SCR3、第二双向可控硅SCR4和第一双向可控硅SCR5；其中所述第一双向可控硅SCR3、第二双向可控硅SCR4和第三双向可控硅SCR5的一端分别连接三相滤波器24的第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3的一输出端，其另一端连接本地负载31和电网入网开关26的三相输入端；所述第一双向可控硅SCR3、第二双向可控硅SCR4和第三双向可控硅SCR5的门极连接三相全桥并网逆变控制系统4中的开关驱动电路405的另一输出端。

三相并网开关25的工作原理为：三相全桥并网逆变控制系统4的触摸面板控制器401通过采样电路404对直流升压电压22的输出电压（±BUS电压）、三相逆变输出和电网32的电压、电流、频率和相位等参数进行检测和控制，即第一双向可控硅SCR3、第二双向可控硅SCR4和第一双向可控硅SCR5的开关由三相全桥并网逆变控制系统4的触摸面板控制器401所控制。当第一双向可控硅SCR3、第二双向可控硅SCR4和第一双向可控硅SCR5都导通时，三相滤波器24的输出（即正弦波VA，VB，VC）与本地负载31和电网入网开关26电性连接；当第一双向可控硅SCR3、第二双向可控硅SCR4和第一双向可控硅SCR5都截止时，则三相滤波器24即与本地负载31和电网入网开关26断开。例如，当直流升压电路22和三相逆变电路23突然发生故障，则三相全桥并网逆变控制系统4的触摸面板控制器401立即发出控制指令，使三相并网开关25的三个可控硅SCR3、SCR4和SCR5关闭。由于可控硅的零时间开关特性，则三相逆变电路23与本地负载31和电网32立刻断开，实现了三相全桥并网逆变系统主回路2与本地负载31和电网32之间的无间隙切换。反之，当三相全桥并网逆变系统主回路2恢复正常工作时，三相并网开关25同样能实现三相全桥并网逆变系统无间隙地切入到电网32中。

如图2、3所示，电网入网开关26包括第一双向可控硅SCR6、第二双向可控硅SCR7和第三双向可控硅SCR8；其中所述第一双向可控硅SCR6、第二双向可控硅SCR7和第三双向可控硅SCR8的一端分别连接本地负载31的三相输入端和三相并网开关25的三相输出端，其另一端连接电网32的三相输入端；所述第一双向可控硅SCR7、第二双向可控硅SCR8和第三双向可控硅SCR8的门极连接三相全桥并网逆变控制系统4中的开关驱动电路405的另一输出端。

电网入网开关26的工作原理为：三相全桥并网逆变控制系统4的触摸面板控制器401通过采样电路404对三相滤波器24输出、本地负载31和电网32的电压、电流、频率和相位等参数进行检测和控制，即第一双向可控硅SCR6、第二双向可控硅SCR7和第一双向可控硅SCR8的开关由三相全桥并网逆变控制系统4的触摸面板控制器401所控制。当三个可控硅SCR6、SCR7和SCR8都导通时，电网32与本地负载31和三相并网开关25电性连接；当三个可控硅SCR6、SCR7和SCR8都截止时，则电网32与本地负载31和三相并网开关25电性断开。例如，当电网32突然发生故障或产生孤岛，甚至突然断电，或者三相全桥并网逆变系统主回路2突然发生故障，或者本地负载31过载和短路，则三相全桥并网逆变控制系统4的触摸面板控制器401立即发出控制指令，使电网入网开关26的三个可控硅SCR3、SCR4和SCR5关闭。由于可控硅的零时间开关特性，则电网32与三相逆变电路23和本地负载31立刻断开，实现了电网32与三相全桥并网逆变系统主回路2和本地负载31之间的无间隙切换。反之，当电网32所有故障，或者三相全桥并网逆变系统主回路2，或者本地负载31恢复正常工作时，电网入网开关26同样能实现电网32无间隙地切入到三相全桥并网逆变系统主回路2中。

上述太阳能光伏发电三相并网逆变系统的控制方法，具体步骤如下：

步骤一：触摸面板控制器401得到采样电路404通过电池电压检测电路409、电池电流检测电路410、升压电压检测电路411、三相逆变、电网和本地负载电压检测电路412、三相逆变、电网和本地负载电流检测电路413、三相逆变、电网和本地负载相位检测电路414和三相逆变、电网和本地负载频率检测电路408，分别采集得到的太阳能电池1的电压与电流及其极性、直流升压电路22的正负电压、三相逆变、电网和本地负载的电压、电流、相位和频率，触摸面板控制器401接收到采样电路404的采样信息后通过其内部的数字处理DSP-TMS320LF24x芯片、GPLD芯片处理得到三相逆变电路23、电网32和本地负载31的有功功率P、P_L、△P和无功功率Q、Q_L、△Q；

步骤二：触摸面板控制器401根据采样电路404通过电池电压检测电路409、电池电流检测电路410、升压电压检测电路411采样得到的太阳能电池板1的电压、电流和直流升压电路22的电压情况，判断该太阳能电池1对地极性信号是否正常，太阳能电池1的电压与电流是否正常，以及直流升压电路22的电压是否过压，如果所有参数正常，则触摸面板控制器401输出控制信号经开关驱动电路405接通输入保护开关21，继续进入步骤三；如果其中有参数不正常，则输出控制信号经开关驱动电路405断开输入保护开关21、三相并网开关25和电网入网开关26，停止输出经升压驱动电路406的PWM控制信号，并通知三相并网逆变控制器402停止输出经逆变驱动电路407的正弦波空间矢量脉冲宽度调制SVPWM信号，返回到步骤一，举例来说，太阳能电池1的电池电压VDC是否在设定范围内，如200V-276V之间，正极和负极是否正确，太阳能电池1的电流根据直流升压电路22、三相逆变电路23、三相滤波器24的设计容量大小设定在规定范围内，太阳能电池1的漏电流也在设定范围内，如漏电流≤10mA，如果这些参数都正常，则执行步骤三，否则返回到步骤一；

步骤三：触摸面板控制器401输出控制信号接通输入保护开关21后，太阳能电池1的直流电压接入三相全桥并网逆变系统主回路2中，触摸面板控制器401输出经升压驱动电路406的PWM控制信号给直流升压电路22，即直流升压控制，促使太阳能电池1的直流电压升压至正负直流电压即±BUS电压，继续进入步骤四，其中，直流升压电路22实施最大功率跟踪控制（MPPT）；

步骤四：触摸面板控制器401根据采样电路404通过升压电压检测电路411采样得到的直流升压电路22的信息，判断直流升压电路22的正负直流电压（±BUS电压）是否在正常范围内，如果在正常范围内，则触摸面板控制器401通知三相并网逆变控制器402输出经逆变驱动电路407的SVPWM控制信号，即三相逆变电路23控制，促使正负直流电压逆变成三相交流电压，且三相逆变电路23输出电压和电流的频率、相位和幅值与电网32的三相交流电的同频、同相和等幅（电压幅值可以有一定偏差，如±3%），继续进入步骤五；如果不在正常范围内，则触摸面板控制器401输出控制信号经开关驱动电路405断开输入保护开关21、三相并网开关25和电网入网开关26，停止输出经升压驱动电路406的PWM控制信号，并通知三相逆变控制器402停止输出经逆变驱动电路407的SVPWM控制信号，返回到步骤一，举例来说，直流升压电路22的正负直流电压±BUS在设定范围内位±320-±400VDC内，如果这些参数都正常，则执行步骤五；如果其中某一参数不正常，例如±BUS电压过压（大于400V）或欠压（小于-320V），则断开输入保护开关21、三相并网开关25和电网入网开关26，停止输出经升压驱动电路406的PWM控制信号，并通知三相逆变控制器402停止输出经逆变驱动电路407的SVPWM控制信号，返回到步骤一；

步骤五：触摸面板控制器401根据采样电路404通过三相逆变、电网和本地负载电压检测电路412、三相逆变、电网和本地负载电流检测电路413、三相逆变、电网和本地负载相位检测电路414和三相逆变、电网和本地负载频率检测电路408的采样数据，判断三相逆变电路23输出的电压和电流的相位、频率等参数是否在正常范围内，如果在正常范围内，继续进入步骤六；如果不在正常范围内，则输出控制信号经开关驱动电路405断开三相并网开关25和电网入网开关26，并通知三相逆变控制器402停止输出经逆变驱动电路407的空间矢量脉冲宽度调制SVPWM控制信号，返回到步骤一；举例来说，本太阳能分布式发电系统满足电网32互联的国家标准GB/T 19939-2005和国际标准IEEE1547和IEC1747的技术条件，三相逆变电路23输出电压波动≦±5%额定电压，频率范围在50Hz±0.2Hz，相位差设定范围内≤30´，电流谐波THD≦±3%，直流电流注入≦±0.5%额定电流等参数，如果这些参数都正常，则执行步骤六；如果其中某一参数不正常，则断开三相并网开关25和电网入网开关26，并通知三相逆变控制器402停止输出经逆变驱动电路407的空间矢量脉冲宽度调制SVPWM控制信号，返回到步骤一；

步骤六：触摸面板控制器401根据采样电路404通过三相逆变、电网和本地负载电压检测电路412、三相逆变、电网和本地负载电流检测电路413、三相逆变、电网和本地负载相位检测电路414和三相逆变、电网和本地负载频率检测电路408的采样数据，判断电网32的电压、电流、相位和频率等参数是否在正常范围内，如果在正常范围内，则输出控制信号经开关驱动电路405接通电网入网开关26，并输出经逆变驱动电路407的空间矢量脉冲宽度调制SVPWM控制信号使三相逆变电路23工作于PQ控制模式，继续进入步骤七；如果不在正常范围内，则输出控制信号经开关驱动电路405断开电网入网开关26，并输出经逆变驱动电路407的空间矢量脉冲宽度调制SVPWM控制信号使三相逆变电路23工作于V/f控制模式，然后接通三相并网开关25，电路23以孤网运行模式为本地负载31提供电能，进入步骤八；

步骤七：触摸面板控制器401根据采样电路404通过三相逆变、电网和本地负载电压检测电路412、三相逆变、电网和本地负载电流检测电路413、三相逆变、电网和本地负载相位检测电路414和三相逆变、电网和本地负载频率检测电路408的采样数据，判断三相逆变电路23输出的电压和电流的相位、频率等参数和电网32输入的电压和电流的相位、频率等参数是否在并网要求范围内，即互联的国家标准GB/T 19939-2005和国际标准IEEE1547和IEC1747的技术条件，如果达到并网要求，则输出控制信号经开关驱动电路405接通三相并网开关25，三相逆变电路23以并网模式运行，和电网32一起，为本地负载31提供电能，即实现P+△P=P_L和Q+△Q=Q_L，然后返回到步骤一；如果达不到并网要求，则输出控制信号经开关驱动电路405断开三相并网开关25和电网入网开关26，并通知三相逆变控制器402停止输出经逆变驱动电路407的SVPWM控制信号，返回到步骤一；

步骤八：触摸面板控制器401根据采样电路404通过三相逆变、电网和本地负载电压检测电路412、三相逆变、电网和本地负载电流检测电路413、三相逆变、电网和本地负载相位检测电路414和三相逆变、电网和本地负载频率检测电路408的采样数据，判断本地负载31的视在功率是否小于等于三相逆变电路23输出的视在功率，如果小于等于，则返回到步骤一；如果大于，则输出控制信号经开关驱动电路405断开三相并网开关25和电网入网开关26，并通知三相逆变控制器402停止输出经逆变驱动电路407的SVPWM控制信号，返回到步骤一。