一种船舶光伏发电并网系统的制作方法

本发明涉及光伏发电应用技术领域，特别是涉及一种船舶光伏发电并网系统。

背景技术：

随着当今世界燃油价格不断上涨、环境污染问题的不断加重，使得船舶行业对于绿色环保、高效节能技术越来越重视。世界各国政府都大力发展和提倡新能源，因此太阳能光伏发电技术凭借其清洁无污染、受地域影响较小等优点而得到迅猛发展。当前世界各国对于船舶光伏发电并网系统的发展十分重视，其发展前景非常广阔，但是在船舶光伏发电并网系统中，由于其受光照、温度等的外界条件的影响明显，采用传统逆变器必然会导致并网系统输出交流电压变化波动较大，因此在船舶光伏发电并网系统中选取合适的逆变器尤为重要。

传统的船舶光伏发电逆变器主要包括电流源型逆变器和电压源型逆变器，由于传统逆变器存在只能降压或者只能升压的缺点，但光伏发电受环境影响输出电压波动比较大，所以需要并网逆变器同时具有升降压能力，所以采用传统逆变器还必须在传统逆变器前面加一级dc-dc变换器，这样造成并网系统功率级数多、转换效率低、成本较高、可靠性较差等缺点，而z源逆变器凭借其独特的阻抗结构开始逐渐取代传统z源逆变器而应用于光伏发电系统。本发明改进型高增压比船舶光伏发电并网z源逆变器在传统z源逆变器的基础上将高增压比z源网络后置，在使其升压能力得到明显提升的同时，降低了其z源网络电容电压，减小了输出电压的谐振影响，降低了光照强度、温度等外界条件对于输出电压的影响，保证了船舶并网输出电压的质量。本发明提供的船舶光伏发电并网系统通过应用最大功率跟踪技术在保证船舶并网稳定输出的同时，又最大程度地提升了船舶光伏发电系统转换电能的效率。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种船舶光伏发电并网系统，旨在通过改进型高增压比并网z源逆变器船舶光伏发电系统有效地减小了当前船舶光伏发电输出交流电压变化波动，提高了输出交流电压的品质，保证了船舶并网的稳定。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种船舶光伏发电并网系统，所述系统包括：

太阳能光伏发电装置，用于进行光伏发电；

电容滤波器，与所述太阳能光伏发电装置连接，用于将所述太阳能光伏发电装置所输出的脉冲直流电转换为平滑直流电；

改进型高增压比船舶光伏发电并网z源逆变器，为级联式开关电感型z源逆变器，用于将直流电通过spwm脉宽调制为交流电；

船舶电网与所述改进型高增压比船舶光伏发电并网z源逆变器的输出端相连。

一种实现方式中，所述改进型高增压比船舶光伏发电并网z源逆变器还包括lcl滤波器。

一种实现方式中，所述改进型高增压比船舶光伏发电并网z源逆变器包括后置的z源网络，

光伏电池直流端与第一二极管的阳极电连接，第一二极管的阴极与所述igbt三相桥式逆变电路其中一端电连接，igbt三相桥式逆变电路的另一端与第二二极管阳极连接；所述后置的z源网络包括：

第一电感一端与第二二极管的阳极连接，第一电感另一端与第三二极管阳极及第四二极管的阳极连接；第二电感一端分别与第二二极管阴极、第三二极管阴极以及第五二极管的阳极连接，第二电感另一端分别与第四二极管阴极、第六二极管阳极以及第七二极管的阳极连接；

第三电感的一端与第五二极管阴极、第六二极管阴极以及第八二极管阳极连接，第三电感的另一端与第七二极管阴极、第九二极管阳极以及第十二极管的阳极连接；

第四电感一端与第八二极管阴极、第九二极管阴极连接，第四电感另一端与第十二极管的阴极连接；

第五电感一端与第十一二极管的阳极连接，第五电感另一端与第十二二极管阳极、第十三二极管阳极连接；

第六电感一端与第十一二极管阴极、第十二二极管阴极以及第十四二极管阳极连接，第六电感另一端与第十三二极管阴极、第十五二极管阳极以及第十六二极管的阳极连接；

第七电感一端与第十四二极管阴极、第十五二极管阴极以及第十七二极管阳极连接，第七电感另一端与第十六二极管阴极、第十八二极管阳极以及第十九二极管的阳极连接；

第八电感一端与第十七二极管阴极、第十八阴极连接，第八电感另一端与第十九二极管的阴极连接；

第一电容一端与第二二极管阳极连接，第一电容另一端与第十一二极管阳极连接；第二电容一端极与第十二极管阴极连接，第二电容另一端与第十九二极管阴极连接。

一种实现方式中，所述lcl滤波器包括：

第一滤波电感的一侧与逆变桥u相电压输出侧连接，第一滤波电感另一侧则与第一滤波电容的一端以及第二滤波电感一侧连接；

第三滤波电感一侧与逆变桥v相电压输出侧连接，第三滤波电感另一侧则与第二滤波电容一端以及第四滤波电感一侧连接，第五滤波电感一侧与逆变桥w相电压输出侧连接，第五滤波电感的另一侧与滤波第三电容一端以及第六滤波电感一侧连接，第一滤波电容、第二滤波电容、第三滤波电容的另一端相互连接。

如上所述，本发明实施例提供的一种船舶光伏发电并网系统，本发明研究的改进型高增压比并网z源逆变器船舶光伏发电系统有效地减小了当前船舶光伏发电输出交流电压变化波动，提高了输出交流电压的品质，保证了船舶并网的稳定。

应用改进型高增压比船舶光伏发电并网z源逆变器，不仅使得逆变器的升压能力得到明显提升，还有效地降低了z源网络电容电压应力，减小了光照强度、温度等外界因素对船舶光伏发电系统造成的影响，同时实现光伏发电最大功率跟踪。

附图说明

图1是本发明实施例的船舶光伏发电并网系统的总体结构示意图。

图2是本发明实施例的船舶光伏发电并网系统的电容滤波器结构示意图。

图3是本发明实施例的船舶光伏发电并网系统的z源逆变器结构示意图。

图4是本发明实施例的船舶光伏发电并网系统的z源逆变器控制框图。

图5是本发明实施例的船舶光伏发电并网系统的z源逆变器控制流程图。

图6是改进型高增压比船舶光伏发电并网z源逆变器和普通高增压比z源逆变器vc/vdc与直通占空比d的关系比较图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明实施例的一种船舶光伏发电并网系统的主体可以为一种openstack单租户实现企业多用户资源管理的系统或者一种openstack单租户实现企业多用户资源管理的装置，该方法或者系统运行于openstack管理系统中。

如图1所示，本发明实施例提供一种改进型高增压比z源逆变器的船舶光伏发电系统，主要包括太阳能光伏发电装置、电容滤波器、改进型高增压比船舶光伏发电并网z源逆变器、船舶电网；船舶光伏发电装置输出端与所述电容滤波器的输入端电连接，电容滤波器的输出端与所述改进型高增压比船舶光伏发电并网z源逆变器直流输入端电连接，所述改进型高增压比船舶光伏发电并网z源逆变器的输出端与船舶电网电连接。

本发明所述电容滤波器主要用于将太阳能光伏发电装置输出的脉动直流电转换为平滑的直流电，所述电容滤波器的一端与光伏发电装置输出端正极电连接，电容滤波器另一端则与光伏发电装置输出端负极电连接，其具体结构如图2所示。

本发明所述改进型高增压比船舶光伏发电并网z源逆变器是级联式开关电感型z源逆变器，主要用于将直流电通过spwm脉宽调制为交流电，其具体拓扑如图3所示。

本发明所述级联式开关电感型z源逆变器是在传统z源逆变器的基础上将z源网络后置，后置的z源网络包括2个电容，8个电感以及19个二极管；所述光伏电池直流端与二极管d0的阳极电连接，二极管d0的阴极与所述igbt三相桥式逆变电路其中一端电连接，igbt三相桥式逆变电路的另一端则与二极管d1阳极连接；本发明后置的z源网络的电感l1一侧与二极管d1的阳极连接，电感l1另一侧则与二极管d2阳极及二极管d3的阳极连接；后置的z源网络的电感l2一侧分别与二极管d1阴极、d2阴极以及d4的阳极连接，电感l2另一侧则分别与二极管d3阴极、d5阳极以及d6的阳极连接；后置的z源网络的电感l3的一侧与二极管d4阴极、d5阴极以及d7阳极连接，电感l3的另一侧则与二极管d6阴极、d8阳极以及d9的阳极连接；后置的z源网络的电感l4一侧与二极管d7阴极、d8阴极连接，电感l4另一侧则与二极管d9的阴极连接；后置的z源网络的电感l5一侧与二极管d10的阳极连接，电感l5另一侧则与二极管d11阳极、d12阳极连接；后置的z源网络的电感l6一侧与二极管d10阴极、d11阴极以及d13阳极连接，电感l6另一侧则与二极管d12阴极、d14阳极以及d15的阳极连接；z源网络电感l7一侧与二极管d13阴极、d14阴极以及d16阳极连接，电感l7另一侧则与二极管d15阴极、d17阳极以及d18的阳极连接；后置的z源网络的电感l8一侧与二极管d16阴极、d17阴极连接，电感l8另一侧则与二极管d18的阴极连接；本发明后置的z源网络中电容c1一端与二极管d1阳极连接，电容c1另一端与二极管d10阳极连接；电容c2一端与二极管d9阴极连接，电容c2另一端与二极管d18阴极连接。

在船舶光伏发电系统的工作过程中，当本发明所述逆变器处于直通状态时，z源网络中的二极管d1、d3、d4、d6、d7、d9、d10、d12、d13、d15、d16、d18全部处于导通状态，二极管d2、d5、d8、d11、d14、d17则处于截止状态，z源网络电感l1、l2、l3、l4相互并联，并且电感l5、l6、l7、l8也处于相互并联状态，此时光伏电池给z源网络电容和电感充电。

当逆变器处于非直通状态时，z源网络中的二极管d2、d5、d8、d11、d14、d17处于导通状态，二极管d1、d3、d4、d6、d7、d9、d10、d12、d13、d15、d16、d18则处于截止状态，z源网络电感l1、l2、l3、l4相互串联，电感l5、l6、l7、l8也处于相互串联状态，此时z源网络电感释放能量。

本发明所述lcl滤波器主要包括三个电容和六个电感，其具体结构如图3所示，其中滤波电感lu1的一侧与逆变桥u相电压输出侧连接，滤波电感lu1另一侧则与滤波电容cu的一端以及滤波电感lu2一侧连接；滤波电感lv1一侧与逆变桥v相电压输出侧连接，滤波电感lv1另一侧则与滤波电容cv一端以及滤波电感lv2一侧连接，滤波电感lw1一侧与逆变桥w相电压输出侧连接，滤波电感lw1的另一侧则与滤波电容cw一端以及滤波电感lw2一侧连接，滤波电容cu、cv、cw的另一端彼此相互连接。本发明提供的船舶光伏发电系统其电流从光伏发电装置流出，经电容滤波器后到达z源逆变器的直流输入侧，然后通过改进型高增压比船舶光伏发电z源逆变器将直流电转换为交流电，最后经过lcl滤波器处理后将期望交流电输入到船舶电网。本发明所述改进型高增压比船舶光伏发电并网z源逆变器的工作状态可分为直通状态和非直通状态，其中非直通状态包括2种传统零矢量状态和6种有效矢量状态。当逆变器处于直通状态时，逆变器中所有的电感相互并联，此时光伏电池对z源网络电容和电感充电；当逆变器处于非直通状态时，逆变器中所有的电感相互串联，此时z源网络电感释放电能，对z源电容进行充电。

最大功率点跟踪(maximumpowerpointtracking,mppt)技术是光伏发电系统的研究热点，当光照强度和温度等外界条件一定时，光伏电池阵列的p-v特性曲线中只存在一个最大功率点(pm，um)，并且功率p和电压u一一对应。由于最大功率点pm与温度、光照强度等外界因素关系密切，所以当温度与光照强度等外界环境因素改变时，pm也会产生相应的改变，为了提高太阳能的转化效率，使光伏发电系统的转换效率达到最大，就必须对其进行mppt控制。改进型高增压比船舶光伏发电并网z源逆变器的控制框图如图4所示、控制策略流程图如图5所示。最大功率点跟踪技术首先需要采集光伏发电装置电压vk和电流ik的电子信号，通过mppt控制器对其进行计算，得出最大功率电压vm^*，然后将最大功率电压vm^*与电容滤波器电压vi进行比较得到其差值δv，最后通过pi调节器得到直通占空比d0，并将直通占空比d0输入到spwm中，通过spwm来控制三相逆变电路的开关管；并网侧采用z源网络电容电压闭环控制策略，首先z源网络电容电压vc与参考电压vref进行比较并将结果输入到pi调节器，然后由pi调节器输出调制比m，最后将调制比m输入到spwm中，spwm在直通占空比d0和调制比m的共同作用下，得出逆变桥开关管的控制信号，保证了并网输出电压的相对稳定。

本发明所述改进型高增压比船舶光伏发电并网z源逆变器和普通高增压比z源逆变器的vc/vdc与直通占空比d的关系如图6所示。普通高增压比z源逆变器的电容电压vc表示为：

而改进型高增压比船舶光伏发电并网z源逆变器的电容电压vc可表示为：

图6中的曲线1为普通高增压比z源逆变器，横轴为直通占空比d，纵轴为vc/vdc，曲线2为改进型高增压比船舶光伏发电并网z源逆变器，对比曲线1和曲线2可以看出，在直通占空比d相同的情况下普通高增压比z源逆变器的z源电容电压明显高于改进型高增压比船舶光伏发电并网z源逆变器。综上所述，本发明采用了dc-ac直流到交流的逆变过程，逆变器采用改进型高增压比船舶光伏发电并网z源逆变器，通过控制spwm的直通占空比d来调节输出电压，不仅使逆变器的升压能力得到明显提升，还使得z源网络电容电压得到有效降低，提高了船舶光伏发电系统的使用效率。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。