專利名稱：分布式電源抗諧波同步控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種新型分布式電源中抗諧波的同步控制系統(tǒng)，主要應(yīng)用于并網(wǎng)和并聯(lián)分布式電源系統(tǒng)，屬于電力電子和自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
分布式電源是集中式電網(wǎng)的有效補(bǔ)充，在電網(wǎng)故障時(shí)可以獨(dú)立為本地負(fù)載供電，提高了供電可靠性，是各國(guó)電力系統(tǒng)改造的重點(diǎn)內(nèi)容之一。同時(shí)，分布式電源是太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源發(fā)電的主要方式，性能良好的分布式電源是可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用的必要條件。在分布式電源并聯(lián)運(yùn)行時(shí)要求各個(gè)分布式電源輸出電壓幅度、頻率、相位都相同，而分布式電源并網(wǎng)發(fā)電時(shí)要求輸出電流與電網(wǎng)電壓同頻同相，因此需要對(duì)分布式電源的輸出進(jìn)行頻率和相位的同步控制。目前分布式電源同步控制系統(tǒng)研究較多的是利用硬件過(guò)零信號(hào)作為反饋，利用DSP進(jìn)行同步控制。單純利用硬件過(guò)零信號(hào)的方法由于硬件電路的局限性不能減小分布式電源產(chǎn)生的諧波對(duì)同步控制的干擾，影響了并網(wǎng)和并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性；同時(shí)DSP進(jìn)行同步控制對(duì)控制系統(tǒng)資源占用較大，不利于系統(tǒng)的功能擴(kuò)展。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的是針對(duì)目前分布式電源控制系統(tǒng)抗諧波干擾能力差的問(wèn)題，提出了一種分布式電源抗諧波同步控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用FPGA控制，同時(shí)利用硬件過(guò)零信號(hào)和AD采樣數(shù)字信號(hào)作為反饋，并通過(guò)軟件計(jì)算減小諧波對(duì)過(guò)零信號(hào)準(zhǔn)確度的影響，從而提高分布式電源同步控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定度。本實(shí)用新型提供的分布式電源抗諧波同步控制系統(tǒng)包括由直流發(fā)電裝置(11)和DC/AC轉(zhuǎn)換器(12)組成的分布式電源(1)，由電流傳感器01)、電壓傳感器02)、以及電流傳感器和電壓傳感器各自對(duì)應(yīng)的硬件過(guò)零檢測(cè)電路(23、2幻和AD采樣電路(M、26)組成的采樣和信號(hào)調(diào)理電路O)，及FPGA控制(3)；所述的直流發(fā)電裝置與DC/AC轉(zhuǎn)換器連接，DC/AC轉(zhuǎn)換器的輸出分別連接采樣和信號(hào)調(diào)理電路中的電流傳感器和電壓傳感器02)，電流傳感器和電壓傳感器(22)的輸出分別與各自對(duì)應(yīng)的硬件過(guò)零檢測(cè)電路(23、25)和AD采樣電路(M、26)連接，兩個(gè)硬件過(guò)零檢測(cè)電路(23、25)和兩個(gè)AD采樣電路(M、26)的四路輸出同時(shí)接入FPGA控制，F(xiàn)PGA控制生成的四路SVPWM調(diào)制波輸出連接分布式電源中的DC/AC轉(zhuǎn)換器的四個(gè)開關(guān)器件。分布式電源中的DC/AC轉(zhuǎn)換器連接四個(gè)IGBT作為開關(guān)器件，四個(gè)IGBT的柵極分別與FPGA控制系統(tǒng)的控制端連接。所述的直流發(fā)電裝置通過(guò)DC/AC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為交流電實(shí)現(xiàn)分布式電源并網(wǎng)和并聯(lián)運(yùn)行；信號(hào)調(diào)理電路將DC/AC轉(zhuǎn)換器輸出的電流和網(wǎng)側(cè)電壓分別轉(zhuǎn)換為硬件過(guò)零信號(hào)和AD采樣數(shù)字信號(hào)接入FPGA控制；FPGA控制對(duì)輸出電流和網(wǎng)側(cè)電壓各自對(duì)應(yīng)的硬件過(guò)零信
3號(hào)和AD采樣數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，經(jīng)內(nèi)部鑒頻鑒相和DPLL模塊計(jì)算，最終由SVPWM生成模塊生成四路SVPWM調(diào)制波控制DC/AC轉(zhuǎn)換器的四個(gè)開關(guān)器件。所述的硬件過(guò)零檢測(cè)電路將傳感器輸入的波形信號(hào)轉(zhuǎn)換為過(guò)零方波信號(hào)接入FPGA控制，AD采樣電路將傳感器輸入的模擬信號(hào)經(jīng)由AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)接入FPGA控制；所述的FPGA輸入信號(hào)包括輸出電流硬件過(guò)零信號(hào)、AD采樣數(shù)字信號(hào)和網(wǎng)側(cè)電壓硬件過(guò)零信號(hào)、AD采樣數(shù)字信號(hào)4個(gè)，在FPGA內(nèi)部由AD采樣數(shù)字信號(hào)計(jì)算生成并通過(guò)硬件過(guò)零信號(hào)校正相位分別生成輸出電流和網(wǎng)側(cè)電壓的反饋信號(hào)，F(xiàn)PGA內(nèi)部的鑒頻鑒相和DPLL模塊根據(jù)輸出電流和網(wǎng)側(cè)電壓的反饋信號(hào)計(jì)算DC/AC轉(zhuǎn)換器輸出交流電的頻率和相位，通過(guò)FPGA內(nèi)部的SVPWM生成模塊產(chǎn)生相應(yīng)的SVPWM調(diào)制信號(hào)控制DC/AC轉(zhuǎn)換器輸出的相位和頻率。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的分布式電源抗諧波同步控制系統(tǒng)對(duì)同一傳感器輸出信號(hào)采用硬件過(guò)零信號(hào)和AD采樣數(shù)字信號(hào)兩種輸入的方式，經(jīng)FPGA計(jì)算相對(duì)應(yīng)的反饋信號(hào)，此種方法可使該反饋信號(hào)同時(shí)具備精確度高、抗諧波干擾能力好的優(yōu)點(diǎn)，有助于提高分布式電源同步控制的準(zhǔn)確度，從而提高分布式電源并聯(lián)和并網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、分布式電源通過(guò)DC/AC轉(zhuǎn)換器將電能轉(zhuǎn)化為交流電，通過(guò)同步控制器控制該交流電的頻率和相位，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的并網(wǎng)或并聯(lián)運(yùn)行。2、同步控制采用了硬件過(guò)零信號(hào)和AD采樣信號(hào)兩種反饋信號(hào)，硬件過(guò)零信號(hào)相位差小，AD采樣信號(hào)穩(wěn)定性好、波形信息豐富，通過(guò)FPGA內(nèi)部對(duì)二者的處理可以生成精度高、抗諧波干擾能力強(qiáng)的反饋信號(hào)，增強(qiáng)了同步控制的準(zhǔn)確性。3、本系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)DC/AC轉(zhuǎn)換器輸出電流和網(wǎng)側(cè)電壓，經(jīng)同步控制后通過(guò)FPGA內(nèi)部模塊生成SVPWM調(diào)制波形控制DC/AC轉(zhuǎn)換器的四個(gè)開關(guān)器件，使輸出電流與網(wǎng)側(cè)電壓頻率和相位相同，系統(tǒng)始終以單位功率因數(shù)運(yùn)行。4、該同步控制系統(tǒng)使用FPGA控制，并行處理能力強(qiáng)，自動(dòng)化程度高，有助于功能擴(kuò)展，同時(shí)為設(shè)計(jì)專用集成電路打下基礎(chǔ)。

圖1是總體結(jié)構(gòu)圖；圖2是原理框圖；圖3是電路原理圖；圖4是FPGA控制原理圖；圖5是FPGA控制結(jié)構(gòu)圖。下面結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1如圖1所示，本實(shí)用新型提供的分布式電源抗諧波同步控制系統(tǒng)，包括分布式電源1、采樣和信號(hào)調(diào)理電路2、FPGA控制3。如圖2所示，分布式電源包括直流發(fā)電裝置11和DC/AC轉(zhuǎn)換器12 ；采樣和信號(hào)調(diào)理電路包括電流傳感器21、電壓傳感器22、過(guò)零檢測(cè)電路23和25、AD采樣電路對(duì)和26，所述的電流傳感器用于檢測(cè)DC/AC轉(zhuǎn)換器輸出電流，所述的電壓傳感器用于檢測(cè)DC/AC轉(zhuǎn)換器網(wǎng)側(cè)的電壓，所述的兩個(gè)過(guò)零檢測(cè)電路分別將電流傳感器和電壓傳感器輸出轉(zhuǎn)化為過(guò)零信號(hào)，輸出接FPGA控制，所述的兩個(gè)AD采樣電流分別將電流傳感器和電壓傳感器輸出轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，輸出接FPGA控制；FPGA控制的輸出信號(hào)連接到DC/AC轉(zhuǎn)換器。如圖3所示，直流發(fā)電裝置連接DC/AC轉(zhuǎn)換器，F(xiàn)PGA輸出四路SVPWM信號(hào)控制DC/AC轉(zhuǎn)換器的四個(gè)開關(guān)器件將直流電轉(zhuǎn)換為制定頻率和相位的交流電并入交流母線。本實(shí)用新型的原理及控制過(guò)程圖2為原理框圖、圖3是電路原理圖、圖4是FPGA控制原理圖、圖5是FPGA控制結(jié)構(gòu)圖。其中主電路為分布式電源中的DC/AC轉(zhuǎn)換器，生成制定頻率和相位的交流電；控制系統(tǒng)FPGA利用采樣和信號(hào)調(diào)理電路的反饋信號(hào)產(chǎn)生控制主電路中四個(gè)開關(guān)器件的SVPWM調(diào)制波。本實(shí)用新型中采樣和信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)了過(guò)零檢測(cè)電路(23、25)和AD采樣電路(24,26)如圖2、圖3所示。同步控制原理如下系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)由兩個(gè)傳感器21和22分別測(cè)量DC/AC轉(zhuǎn)換器的輸出電流Ia和網(wǎng)側(cè)電壓Ua，分別經(jīng)由過(guò)零檢測(cè)電路轉(zhuǎn)化為硬件過(guò)零信號(hào)Iz、Uz和AD采樣電路轉(zhuǎn)化為數(shù)字量IcUUd后，將信號(hào)送入FPGA控制系統(tǒng)3。FPGA對(duì)數(shù)字信號(hào)IcUUd進(jìn)行低通濾波后通過(guò)軟件過(guò)零程序計(jì)算，該軟件過(guò)零程序?qū)?shù)字信號(hào)進(jìn)行諧波分析，減小諧波對(duì)頻率、相位信息的干擾，生成高穩(wěn)定性的軟件過(guò)零信號(hào)，該軟件過(guò)零信號(hào)與經(jīng)過(guò)方波消抖的硬件過(guò)零信號(hào)Iz、Uz輸入同步處理模塊，消除軟件計(jì)算過(guò)程中引入的相位差約和外，實(shí)現(xiàn)了反饋信號(hào)的處理。電壓反饋信號(hào)經(jīng)過(guò)鑒頻模塊獲取網(wǎng)側(cè)的頻率f，電壓和電流反饋模塊經(jīng)過(guò)鑒相模塊獲取當(dāng)前輸出電流與網(wǎng)側(cè)電壓的相位差Δ識(shí)，將 \Δ識(shí)輸入數(shù)字鎖相DPLL控制模塊計(jì)算輸出所需的頻率、相位值，經(jīng)由SVPWM生成模塊產(chǎn)生四路SVPWM調(diào)制波控制DC/AC輸出正弦波，實(shí)現(xiàn)輸出電流與網(wǎng)側(cè)電壓同頻同相以單位功率因數(shù)運(yùn)行。
權(quán)利要求1.一種分布式電源抗諧波同步控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括由直流發(fā)電裝置 (11)和DC/AC轉(zhuǎn)換器(12)組成的分布式電源(1)，由電流傳感器01)、電壓傳感器02)、 以及電流傳感器和電壓傳感器各自對(duì)應(yīng)的硬件過(guò)零檢測(cè)電路(23、25)和AD采樣電路04、 26)組成的采樣和信號(hào)調(diào)理電路0)，及FPGA控制(3)；所述的直流發(fā)電裝置與DC/AC轉(zhuǎn)換器連接，DC/AC轉(zhuǎn)換器的輸出分別連接采樣和信號(hào)調(diào)理電路中的電流傳感器和電壓傳感器0 ，電流傳感器和電壓傳感器02)的輸出分別與各自對(duì)應(yīng)的硬件過(guò)零檢測(cè)電路(23、25)和AD采樣電路(M、26)連接，兩個(gè)硬件過(guò)零檢測(cè)電路03、25)和兩個(gè)AD采樣電路04 J6)的四路輸出同時(shí)接入FPGA控制，F(xiàn)PGA 控制生成的四路SVPWM調(diào)制波輸出連接分布式電源中的DC/AC轉(zhuǎn)換器的四個(gè)開關(guān)器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步控制系統(tǒng)，其特征在于分布式電源中的DC/AC轉(zhuǎn)換器連接四個(gè)IGBT作為開關(guān)器件，四個(gè)IGBT的柵極分別與FPGA控制系統(tǒng)的控制端連接。
專利摘要分布式電源抗諧波同步控制系統(tǒng)，包含由直流發(fā)電裝置和DC/AC轉(zhuǎn)換器組成的分布式電源、由傳感器、硬件過(guò)零檢測(cè)電路和AD采樣電路組成的采樣和信號(hào)調(diào)理電路、FPGA控制。其中兩個(gè)傳感器分別測(cè)量DC/AC轉(zhuǎn)換器輸出電流和網(wǎng)側(cè)電壓，二者分別通過(guò)硬件過(guò)零檢測(cè)電路和AD采樣電路轉(zhuǎn)換為硬件過(guò)零信號(hào)和AD采樣數(shù)字信號(hào)，四路信號(hào)接入FPGA控制。FPGA控制輸出連接至分布式電源，控制其中的DC/AC轉(zhuǎn)換器。本實(shí)用新型提出一種利用FPGA控制，同時(shí)利用硬件過(guò)零信號(hào)和AD采樣數(shù)字信號(hào)作為反饋的抗諧波同步控制系統(tǒng)，該同步控制系統(tǒng)有助于提高分布式電源并網(wǎng)和并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H02J3/38GK202333839SQ20112049850
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者殷杰, 程如歧, 趙庚申, 趙耀, 郭天勇 申請(qǐng)人:南開大學(xué)