專(zhuān)利名稱(chēng)：光伏逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光伏發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及ー種能將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的太陽(yáng)能電池或其他系統(tǒng)的直流電轉(zhuǎn)換成交流電的光伏逆變器。
背景技術(shù)：
在跨入21世紀(jì)以來(lái)，人類(lèi)正面臨實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，在有限資源和環(huán)保嚴(yán)格要求的雙重制約下發(fā)展經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為了全球熱點(diǎn)問(wèn)題。而能源問(wèn)題將更為突出，不僅表現(xiàn)在常規(guī)能源的匱乏不足，更重要的是化石能源的開(kāi)發(fā)利用帶來(lái)了一系列問(wèn)題，如環(huán)境污染，溫室效應(yīng)等都與化石燃料有夫。 目前的環(huán)境問(wèn)題，很大程度上是由于能源特別是化石能源的開(kāi)發(fā)利用造成的，人類(lèi)要解決這些能源問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進(jìn)步，大規(guī)模地開(kāi)發(fā)利用可再生潔凈能源。理論上講，光伏發(fā)電技術(shù)可以用于任何需要電源的場(chǎng)合，上至航天器，下至家用電源，大到兆瓦級(jí)電站，小到玩具，光伏電源無(wú)處不在。據(jù)預(yù)測(cè)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電在21世紀(jì)會(huì)占據(jù)世界能源消費(fèi)的重要席位，不但要替代部分常規(guī)能源，而且將成為世界能源供應(yīng)的主體。預(yù)計(jì)到2030年，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中將占到30%以上，而太陽(yáng)能光伏發(fā)電在世界總電カ供應(yīng)中的占比也將達(dá)到10%以上；到2040年，可再生能源將占總能耗的50%以上，太陽(yáng)能光伏發(fā)電將占總電カ的20%以上；到21世紀(jì)末，可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中將占到80%以上，太陽(yáng)能發(fā)電將占到60%以上。這些數(shù)字足以顯示出太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景及其在能源領(lǐng)域重要的戰(zhàn)略地位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供了ー種光伏逆變器，能夠?qū)⑻?yáng)能吸收轉(zhuǎn)化成電能，由直流電轉(zhuǎn)換為交流電，以供家庭電器或者并網(wǎng)使用。一種戶(hù)用光伏并網(wǎng)逆變器，實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是包括控制板，底板，底座，其特征在于所述底板安裝在底座上，控制板安裝在底板上；所述控制板以DSP芯片為核心，通過(guò)采集的電壓電流信號(hào)與芯片內(nèi)部的比較單元處理，計(jì)算后輸出控制信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)傳到底板，經(jīng)過(guò)光耦隔離后，產(chǎn)生控制IGBT開(kāi)通或關(guān)斷的PWM控制信號(hào)，底座為ー個(gè)散熱器，在逆變器工作時(shí)起到保護(hù)作用。整個(gè)逆變器的電路包括升壓電路、逆變電路、濾波電路和控制電路，升壓電路與逆變電路連接，逆變電路和濾波電路連接，控制電路對(duì)整個(gè)系統(tǒng)電路進(jìn)行控制。升壓電路采用BOOST升壓電路結(jié)構(gòu)，所述逆變電路采用全橋電壓型逆變結(jié)構(gòu)?？刂齐娐穼?shí)現(xiàn)對(duì)BOOST升壓電路和逆變電路的控制。升壓電路和逆變電路在控制電路的控制下協(xié)調(diào)運(yùn)作。本發(fā)明采用了高性能的DSP數(shù)字信號(hào)處理芯片TMS320LF2406進(jìn)行監(jiān)控，能夠快速、準(zhǔn)確的對(duì)整機(jī)運(yùn)行實(shí)施控制和監(jiān)測(cè)，RS485通訊和人機(jī)交互界面也提高了整機(jī)的拓展性和實(shí)用性。所述升壓電路采用了 BOOST電路結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制功率開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通關(guān)斷占空比即可將光伏陣列輸出電壓提升至150疒550V左右。此外，經(jīng)過(guò)對(duì)光伏陣列輸出電壓、電流的檢測(cè)和DSP的最大功率跟蹤控制可實(shí)現(xiàn)在不同的外界溫度和日照條件下，最大可能的捕獲光伏陣列的輸出功率。所述逆變電路為電壓源輸入型的全橋逆變電路，該結(jié)構(gòu)具有逆變算法靈活，輸出電能質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)。四個(gè)開(kāi)關(guān)器件分別反并聯(lián)ー個(gè)續(xù)流ニ極管，形成雙橋臂的逆變系統(tǒng)。所述濾波電路包括電感和濾波電容，它們的輸出端與電網(wǎng)連接，輸入端和逆變器連接。濾波電路的作用是減少逆變器輸出電流，提高逆變器的輸出電能質(zhì)量。所述控制電路采用了高性能的DSP數(shù)字信號(hào)處理芯片TMS320LF2406進(jìn)行系統(tǒng)控制和監(jiān)測(cè)。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，逆變器整機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)光伏陣列的最大功率跟蹤，為電網(wǎng)提供諧波少，聞質(zhì)量的電能。整機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定、可Φ，整體效率尚。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步
I)、IGBT短路保護(hù)與欠驅(qū)動(dòng)反饋補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)大功率的IGBT異常狀態(tài)保護(hù)，IGBT驅(qū)動(dòng)
與保護(hù)的光纖編解碼技術(shù)提高系統(tǒng)在大電流下的抗干擾能力；利用無(wú)感母線(xiàn)排和高壽命薄膜電容的集成結(jié)構(gòu)減少di/dt和du/dt的沖擊,實(shí)現(xiàn)大功率逆變器的高可靠、低損耗與長(zhǎng)壽命。2)、低壓輸入(Vdc〈40V)、大升壓比(1:8)、高效變換(>98. 5%)、低紋波的DC/DC電路設(shè)計(jì)技術(shù)突破光伏發(fā)電系統(tǒng)在BIPV場(chǎng)合應(yīng)用的世界性難題，提高系統(tǒng)的安全性。3)、利用DSP嵌入式系統(tǒng)+FPGA協(xié)處理技術(shù)構(gòu)建開(kāi)發(fā)出32位高精度三重化SVPWM空間矢量計(jì)算、并網(wǎng)低諧波控制與重復(fù)控制、高精度快速M(fèi)PPT跟蹤等核心算法的硬件化協(xié)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、高可靠性的重大突破，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。4)、M序列無(wú)功擾動(dòng)主動(dòng)檢測(cè)+被動(dòng)檢出算法，結(jié)合IGBT關(guān)斷與開(kāi)關(guān)分?jǐn)嗟磨思?jí)系統(tǒng)保護(hù)制策略，使系統(tǒng)在900ms內(nèi)完成孤島檢測(cè)和保護(hù)響應(yīng)，切斷電網(wǎng)與光伏發(fā)電系統(tǒng)的連接，有效解決反孤島控制在工程應(yīng)用中盲區(qū)大、響應(yīng)速度慢等瓶頸技術(shù)難題，性能高于UL1741、DIN0126等技術(shù)要求，達(dá)到反孤島控制的世界先進(jìn)水平。5)、分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的鎮(zhèn)定控制技術(shù)與分散自律調(diào)節(jié)技術(shù),解決共直流母線(xiàn)電壓波動(dòng)或振蕩，以及逆變輸出電流諧波含量増大等技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)直流母線(xiàn)分布式接入系統(tǒng)高穩(wěn)定性的運(yùn)行控制。


圖I為本發(fā)明的光伏逆變器的外形結(jié)構(gòu)圖 圖2為本發(fā)明的光伏逆變器的電路系統(tǒng)框圖
圖3為本發(fā)明的光伏逆變器的系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖 圖4為本發(fā)明的光伏逆變器的升壓電路原理圖 圖5為本發(fā)明的光伏逆變器的電路圖 圖6為光伏逆變器的控制電路結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合

如下
實(shí)施例一結(jié)構(gòu)如圖I所示；光伏并網(wǎng)逆變器由控制板(1)，底板(2)，底座(3)三大部分組成，底座(I)安裝在底座(3)上，控制板(I)安裝在底板(2)上，在底板(2)上有直流輸入接頭(4)和交流輸出接頭(5)，并有光耦隔離(6)。逆變器的電路如圖2、3所示，包括升壓電路(Γ)、逆變電路(2’)、濾波電路(3’)和控制電路(4’)，升壓電路(I’)與逆變電路(2’)連接，逆變電路(2 ’)和濾波電路(3 ’)連接，控制電路(4 ’)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)電路進(jìn)行控制。實(shí)施例ニ
本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特征指出如下
所述控制板(I)以DSP芯片為核心，通過(guò)采集的電壓電流信號(hào)與芯片內(nèi)部的比較單元處理，計(jì)算后輸出控制信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)傳輸?shù)降装?2)，經(jīng)過(guò)光耦隔離后，產(chǎn)生控制IGBT開(kāi)通或關(guān)斷的PWM控制信號(hào)。能夠快速、準(zhǔn)確的對(duì)整機(jī)運(yùn)行實(shí)施控制和監(jiān)測(cè)，將輸入的直流信號(hào)逆變成交流信號(hào)，RS485通訊和人機(jī)交互界面也提高了整機(jī)的拓展性和實(shí)用性。底座為ー個(gè)散熱器(4)，在逆變器工作時(shí)起到保護(hù)作用。
所述升壓電路(Γ)采用了 BOOST升壓電路，升壓部分的原理圖如圖3所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)器件V處于通態(tài)時(shí)，開(kāi)通時(shí)間為tm。電源E向電感L充電，充電電流基本恒定(ii)，同時(shí)電容C上的電壓向負(fù)載R供電，電容C很大，可基本保持輸出電壓U。為恒定值。當(dāng)V處于斷態(tài)時(shí)，關(guān)斷時(shí)間Wf。電源E和電感L共同向電容C充電，井向負(fù)載提供能量。根據(jù)在ー個(gè)周期T里電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即E^Ntm=(Utj-E)* ，化簡(jiǎn)后可得U0= (T/ t0ff)*Eo由此可知，我們可以通過(guò)控制功率開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通關(guān)斷占空比即可將光伏陣列輸出電壓提升至可逆變的150V飛50V電壓左右。此外，經(jīng)過(guò)對(duì)光伏陣列輸出電壓、電流的檢測(cè)和DSP的最大功率跟蹤控制可實(shí)現(xiàn)在不同的外界溫度和日照條件下，最大可能的捕獲光伏陣列的輸出功率。所述逆變電路(2’)為電壓源輸入型的全橋逆變電路，該結(jié)構(gòu)具有逆變算法靈活，輸出電能質(zhì)量高的優(yōu)點(diǎn)。如圖4中所示，Tl與Dl反并聯(lián)，T2與D2反并聯(lián)，T3與D3反并聯(lián)，T4與D4反并聯(lián)，構(gòu)成雙橋臂逆變系統(tǒng)。由控制電路提供PWM信號(hào)，控制Tf T4的開(kāi)通或關(guān)斷，T4保持開(kāi)通，T2與T3均關(guān)斷，此時(shí)控制Tl開(kāi)關(guān)進(jìn)而控制電壓脈沖寬度，根據(jù)沖量相等而形狀不同的窄脈沖施加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同，可以等效成正向的正弦信號(hào)；反之，保持T2導(dǎo)通，Tl和T4關(guān)斷，控制T3開(kāi)關(guān)進(jìn)而控制電壓脈沖寬度，可以等效反向的正弦信號(hào)。如此交替導(dǎo)通兩組IGBT，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)直流信號(hào)的逆變。所述濾波電路(3’)由電感和濾波電容組成，濾波電路(3’)的輸出與電網(wǎng)相連，輸入與之前的逆變電路(2’)相連，加入濾波電路是為了減少逆變器的輸出電流，提高逆變器輸出電能的質(zhì)量?？刂齐娐?4’)實(shí)現(xiàn)對(duì)升壓電路(Γ)以及逆變電路(2’)進(jìn)行控制?？刂菩酒捎肨I公司的高性能數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP，它可以對(duì)電路中的各參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而提供控制信號(hào)，對(duì)電路進(jìn)行控制，主要包括控制升壓電路中開(kāi)關(guān)器件TO開(kāi)通與關(guān)斷的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和控制逆變電路中Tf T4的PWM信號(hào)。圖5為控制電路(4，)的電路結(jié)構(gòu)圖，以DSP芯片TMS320LF2406為核心，它具有豐富的存儲(chǔ)空間和外設(shè)接ロ，可以滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的需要。DSP芯片的ADOTADC15用來(lái)接收對(duì)直流側(cè)電壓、直流側(cè)電流、交流側(cè)電壓和交流側(cè)電流的檢測(cè)。DSP芯片的PWMf PWM4輸出控制逆變橋的四路PWM控制信號(hào)。
本發(fā)明的特點(diǎn)在干
I)、IGBT短路保護(hù)與欠驅(qū)動(dòng)反饋補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)大功率的IGBT異常狀態(tài)保護(hù)，IGBT驅(qū)動(dòng)與保護(hù)的光纖編解碼技術(shù)提高系統(tǒng)在大電流下的抗干擾能力；利用無(wú)感母線(xiàn)排和高壽命薄膜電容的集成結(jié)構(gòu)減少di/dt和du/dt的沖擊,實(shí)現(xiàn)大功率逆變器的高可靠、低損耗與長(zhǎng)壽命。2)、低壓輸入(Vde〈40V)、大升壓比(1:8)、高效變換(>98. 5%)、低紋波的DC/DC電路設(shè)計(jì)技術(shù)突破光伏發(fā)電系統(tǒng)在BIPV場(chǎng)合應(yīng)用的世界性難題，提高系統(tǒng)的安全性。3)、利用DSP嵌入式系統(tǒng)+FPGA協(xié)處理技術(shù)構(gòu)建開(kāi)發(fā)出32位高精度三重化SVPWM空間矢量計(jì)算、并網(wǎng)低諧波控制與重復(fù)控制、高精度快速M(fèi)PPT跟蹤等核心算法的硬件化協(xié)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、高可靠性的重大突破，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。 4)、M序列無(wú)功擾動(dòng)主動(dòng)檢測(cè)+被動(dòng)檢出算法，結(jié)合IGBT關(guān)斷與開(kāi)關(guān)分?jǐn)嗟磨思?jí)系統(tǒng)保護(hù)制策略，使系統(tǒng)在900ms內(nèi)完成孤島檢測(cè)和保護(hù)響應(yīng)，切斷電網(wǎng)與光伏發(fā)電系統(tǒng)的連接，有效解決反孤島控制在工程應(yīng)用中盲區(qū)大、響應(yīng)速度慢等瓶頸技術(shù)難題，性能高于UL1741、DIN0126等技術(shù)要求，達(dá)到反孤島控制的世界先進(jìn)水平。5)、分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的鎮(zhèn)定控制技術(shù)與分散自律調(diào)節(jié)技術(shù)，解決共直流母線(xiàn)電壓波動(dòng)或振蕩，以及逆變輸出電流諧波含量増大等技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)直流母線(xiàn)分布式接入系統(tǒng)高穩(wěn)定性的運(yùn)行控制。
權(quán)利要求
1.ー種光伏逆變器，包括控制板(1)，底板(2)和底座(3)，其特征在于所述底板(2)安裝在底座(3)上，控制板(I)安裝在底板(2)上；所述控制板(I)以DSP芯片為核心，通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與底板(2)相連，經(jīng)過(guò)光耦隔離后，產(chǎn)生PWM控制信號(hào)，底座(3)為ー個(gè)散熱器，在逆變器工作時(shí)起到保護(hù)作用，逆變器的電路包括升壓電路(1’)，逆變電路(2’)，濾波電路(3’ )和控制電路(4’)，其中升壓電路(I’)與逆變電路(2’)連接，逆變電路(2’)與濾波電路(3’ )連接，控制電路(4’)連接逆變電路(2’)而通過(guò)控制開(kāi)關(guān)器件的通斷，對(duì)逆變的過(guò)程進(jìn)行控制；輸出的交流電供并網(wǎng)或者是家庭電器使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的光伏逆變器，其特征在于控制板(I)以TMS320LF2406為核心芯片，包括串行通信接ロ模塊，串行外設(shè)接ロ模塊，CAN控制器模塊，AD模塊；控制板(I)通過(guò)對(duì)采樣得到的輸入電流、電壓，輸出電流、電壓，在芯片內(nèi)部的事件管理器中的比較環(huán)節(jié)處理后，向底板(2)提供控制信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的光伏逆變器，其特征在于底板(2)包括輔助電源、光耦隔離(6)和強(qiáng)電部分，通過(guò)光耦隔離(6)實(shí)現(xiàn)用弱電控制強(qiáng)電，產(chǎn)生四路IGBT的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的光伏逆變器，其特征在于升壓電路(Γ)采用常用的BOOST升壓電路，通過(guò)控制功率器件的開(kāi)通和斷開(kāi)改變占空比，將電壓升壓至150V-550V;此外，通過(guò)對(duì)光伏組件的輸出電壓和電流的檢測(cè)，DSP的最大功率跟蹤技術(shù)，在不同溫度和日照條件下，最大可能捕捉光伏組件的輸出功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的光伏逆變器，其特征在于逆變電路(2’)為電壓型全橋逆變電路，使用的開(kāi)關(guān)器件是IGBT。
6.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的光伏逆變器，所述的濾波電路(3’)由電感和濾波電容組成，濾波電路(3’ )的輸出與電網(wǎng)相連，輸入與之前的逆變電路(2’ )相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)I所述的光伏逆變器，所述的控制電路(4’)以TI公司生產(chǎn)的DSP芯片TMS320LF2406為核心。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光伏逆變器，它的電路主要包括升壓電路，逆變電路，濾波電路和控制電路四部分。其中升壓電路與逆變電路連接，逆變電路和濾波電路連接，控制電路對(duì)整個(gè)逆變過(guò)程進(jìn)行控制。升壓電路采用常用的BOOST升壓電路。逆變電路采用IGBT全控器件，全橋電壓型逆變結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制IGBT的通斷，可準(zhǔn)確的將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。濾波電路采用LC低通濾波器電路。升壓電路和逆變電路在控制電路的控制下協(xié)調(diào)運(yùn)作。采用高性能的DSP芯片TMS320LF2406作為控制電路的核心，可以快速準(zhǔn)確的對(duì)逆變過(guò)程實(shí)施控制和監(jiān)測(cè)。本設(shè)計(jì)工作效率高、可靠性強(qiáng)、穩(wěn)定性好。同時(shí)具有最大功率點(diǎn)跟蹤和反孤島效應(yīng)等功能。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102710164SQ201210173998
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者唐頔, 姜恩宇, 朱曉錦, 趙方平, 邵勇 申請(qǐng)人:上海大學(xué)