一種多路mppt光伏逆變主回路系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多路MPPT光伏逆變主回路系統(tǒng)，其技術(shù)特點是：包括多個獨立的光伏逆變單元，多個光伏組件分別通過直流接觸器、EMI濾波電路連接到多個光伏逆變單元上，多個光伏逆變單元分別經(jīng)LCL濾波電路連接到三相電網(wǎng)上；每個光伏逆變單元采集各自的交流進線電流作為系統(tǒng)保護和死時補償用，每個光伏逆變單元采集各自的直流電壓、直流電流作為MPPT跟蹤使用，電網(wǎng)電壓被逆變器控制回路采集使用。本發(fā)明設(shè)計合理，其采用多個獨立的逆變器單元，降低了各組逆變器之間的共模電壓，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性；同時直流側(cè)中點通過短接線鉗位進一步降低了流過PV陣列的共模電流，有利于提高電池板壽命，并且簡單易行；同時提高系統(tǒng)發(fā)電量。
【專利說明】—種多路MPPT光伏逆變主回路系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光伏逆變【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種多路MPPT光伏逆變主回路系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]光伏發(fā)電系統(tǒng)通常由電池板陣列和功率變換(逆變器)部分組成，通常要求在逆變器與電網(wǎng)之間放置低頻變壓器用于電網(wǎng)與PV陣列電氣隔離。非隔離式逆變器由于效率高、成本低、體積小等優(yōu)勢越來越受到廠家的重視，但是，如果去掉變壓器將使PV陣列與電網(wǎng)有了電氣連接，共模電流會大幅增加，帶來安全隱患，并對電池板也會產(chǎn)生不良的影響。目前，運用多MPPT (Maximum Power Point Tracking,最大功率點跟蹤)用于提高逆變器發(fā)電量是各個廠家研究的熱點，因此，多MPPT結(jié)構(gòu)下消除流過PV陣列的共模電流也成了光伏并網(wǎng)的石開究熱點。文獻“Transformerless single-phase multilevel-based photovoltaicinverter”針對單相橋式三電平并網(wǎng)逆變器建立共模等效模型，得出共模電壓恒定結(jié)論，從而減小共模電流，但是，該結(jié)論在三相系統(tǒng)中并不成立。文獻“NPC三電平并網(wǎng)逆變器共模電流抑制技術(shù)研究”分析了三電平光伏逆變器共模特性，提出了增強三電平光伏逆變器共模抑制性能的補償措施，但是，該方法實用性差，難以用于工程實踐中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種穩(wěn)定性強、維護方便且能提高系統(tǒng)發(fā)電量的一種多路MPPT光伏逆變主回路系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明解決現(xiàn)有的技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0005]一種多路MPPT光伏逆變主回路系統(tǒng)，包括多個獨立的光伏逆變單元，多個光伏組件分別通過直流接觸器、EMI濾波電路連接到多個光伏逆變單元上，多個光伏逆變單元分別經(jīng)LCL濾波電路連接到三相電網(wǎng)上；每個光伏逆變單元采集各自的交流進線電流作為系統(tǒng)保護和死時補償用，每個光伏逆變單元采集各自的直流電壓、直流電流作為MPPT跟蹤使用，電網(wǎng)電壓被逆變器控制回路采集使用。
[0006]而且，所述的光伏逆變單元為二個、三個、四個、六個或八個，所述的光伏組件為二個、三個、四個、六個或八個。
[0007]而且，在每兩個光伏逆變單元之間連接有一個接觸器。
[0008]而且，所述LCL濾波電路的交流濾波電路電容中點引回至光伏逆變單元直流電容中點，并且各個光伏逆變單元的直流電容中點短接，使各組光伏逆變單元直流側(cè)中點電位保持一致。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:
[0010]1、本系統(tǒng)采用多個獨立的逆變器單元，降低了各組逆變器之間的共模電壓，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性；同時直流側(cè)中點通過短接線鉗位進一步降低了流過PV陣列的共模電流，有利于提高電池板壽命，并且簡單易行。
[0011]2、本系統(tǒng)在光伏板能量不足時自動并聯(lián)光伏組件，增加發(fā)電時間和提高發(fā)電效率，最終提高系統(tǒng)發(fā)電量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的一種實施例電路圖(包括四個光伏逆變單元)；
[0013]圖2是本發(fā)明的另一種實施例電路圖(包括三個光伏逆變單元)；
[0014]圖3是本發(fā)明采用的共模原理等效圖；
[0015]圖4是本發(fā)明與逆變器控制回路關(guān)系示意圖；
[0016]圖5是逆變器控制回路的電路方框圖；
[0017]圖6是主站控制系統(tǒng)的電路方框圖；
[0018]圖7是從站控制系統(tǒng)的電路方框圖。

【具體實施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳述。
[0020]一種多路MPPT光伏逆變主回路系統(tǒng)，包括多個獨立的光伏逆變單元，光伏逆變單元可以為二個、三個、四個、六個、八個等。圖1給出了包括四個光伏逆變單元的電路圖，光伏逆變主回路系統(tǒng)包括四個獨立的光伏逆變單元，四個光伏組件PV1、PV2、PV3、PV4分別通過光伏逆變單元直流接觸器、EMI濾波電路連接到四個光伏逆變單元上，四個光伏逆變單元分別經(jīng)LCL濾波電路連接到三相電網(wǎng)上。在第I光伏逆變單元和第2光伏逆變單元之間連接有第一接觸器Kl，在第3光伏逆變單元和第4光伏逆變單元之間連接有第二接觸器K2。每個光伏逆變單元采集各自的交流進線電流ilAB。?i4AB。作為系統(tǒng)保護和死時補償用，采集各自的直流電壓ud。、直流電流id。作為MPPT跟蹤使用，電網(wǎng)電壓uABC由逆變器控制回路采集并使用。
[0021]圖2給出了包括三個光伏逆變單元的電路圖，三路MPPT逆變系統(tǒng)與四路MPPT逆變系統(tǒng)工作原理相同。該光伏逆變主回路系統(tǒng)包括三個獨立的光伏逆變單元，三個光伏組件PVl、PV2和PV3分別通過光伏逆變單元光伏逆變單元直流接觸器、EMI濾波電路連接到三個光伏逆變單元上，三個光伏逆變單元分別經(jīng)LCL濾波電路連接到三相電網(wǎng)上。在第I光伏逆變單元和第2光伏逆變單元之間連接有第一接觸器K1，在第2光伏逆變單元和第3光伏逆變單元之間連接有第二接觸器K2。在逆變器控制回路中，當(dāng)直流電壓Ud。滿足啟動條件后，首先閉合光伏逆變單元光伏逆變單元直流接觸器，且每次系統(tǒng)啟動的時候接觸器K1、K2都是閉合狀態(tài)，通過接觸器K1、K2使光伏組件PVl、PV2和PV3并聯(lián)，然后使能第I光伏逆變單元并網(wǎng)發(fā)電，使光伏組件PV1、PV2和PV3合并為一組供第I光伏逆變單元工作；當(dāng)檢測到接觸器K1、K2上流過的功率大于一定值后，啟動第2逆變單元并網(wǎng)發(fā)電；當(dāng)檢測到接觸器Kl、Κ2上流過的功率大于更大設(shè)定值后，啟動第3逆變單元并網(wǎng)發(fā)電。
[0022]在使用LCL濾波電路的基礎(chǔ)上，將交流濾波電路電容中點引回直流電容中點，并將各個逆變器的直流電容中點短接，使各組逆變器直流側(cè)中點電位保持一致。其中直流電容中點短接可以用圖3所示的等效原理進行說明:
[0023]在圖3所示，由4組光伏逆變單元IGBT模塊產(chǎn)生的共模電壓可以等效為Ucml?Ucm4。以Ucml為例，它產(chǎn)生的共模電流路徑有2條，I條是經(jīng)過L1_>C1，I條是L1->L2_>PCC公共點_>大地_>Cpvl。首先，將4組光伏逆變單元的三角載波利用高速通訊同步，由于4組光伏逆變單元的鎖相電壓源自同一個電網(wǎng)電壓，所以他們的輸出電壓給定也比較接近，因此與經(jīng)過同步的三角載波比較產(chǎn)生PWM脈沖，他們的開關(guān)時刻也會相對接近，進而產(chǎn)生的共模電壓也更接近，這樣Ucml?Ucm4之間大部分共模電壓可以相互抵消；相較三角載波異步調(diào)制方法，大幅度降低了各個光伏逆變單元之間的共模電壓。然后，各個直流電容中點用導(dǎo)線R短接，那么兩組逆變器直流電容中點電壓通過導(dǎo)線鉗位，使PV陣列之間的共模電壓幾乎為零，從而進一步減少了 PV陣列上的共模電流。
[0024]本一種多路MPPT光伏逆變主回路系統(tǒng)與逆變器控制回路連接在一起可以構(gòu)成多路MPPT光伏逆變系統(tǒng)，該系統(tǒng)的構(gòu)成如圖4所示，逆變器主回路產(chǎn)生的電流(idc，IIabc?14^)信號、電壓(udc，uAB。)信號被采樣到逆變器控制回路中，在逆變器控制回路中經(jīng)過運算處理，產(chǎn)生PWM脈沖給定信號以及接觸器K1、K2的開關(guān)信號，再去控制逆變器主回路。
[0025]如圖5、圖6、圖7所示，逆變器控制回路包括一個主站控制系統(tǒng)和四個從站控制系統(tǒng)(設(shè)光伏逆變單元的數(shù)量為四個，因此，從站控制系統(tǒng)的數(shù)量也為四個)，主站控制系統(tǒng)由主站高壓采集板、高速通訊板、主站控制板、主站母板依次連接構(gòu)成，從站控制系統(tǒng)包括從站高壓采集板、從站PWM板、從站母板、電源板和驅(qū)動板組成,從站高壓采集板、從站PWM板、從站母板依次相連接，電源板和驅(qū)動板與從站母板相連接，主站和從站之間的高速通訊采用100M光纖連接，以滿足系統(tǒng)通訊的實時性。四個從站控制系統(tǒng)的板卡完全一樣，可以相互替代且相互獨立，有利于降低維護成本。
[0026]下面對主站控制系統(tǒng)和從站控制系統(tǒng)分別進行說明:
[0027]如圖6所示，主站高壓采集板:主要用來采樣交流電壓、接觸器電流等信號，其中Xl端口輸入三相網(wǎng)側(cè)電壓Uabc, X5端子輸入接觸器Kl電流i12和接觸器K2電流i34，X3端子將主站高壓采集板采集的電壓電流信號發(fā)送給高速通訊板。
[0028]主站母板:X3端子輸入經(jīng)霍爾電流傳感器采樣的電網(wǎng)側(cè)交流電流I.，并在主站母板上進行信號處理，通過X9端子發(fā)送給主站控制板。
[0029]高速通訊板:與從站控制系統(tǒng)的從站PWM板通過100M光纖連接，實現(xiàn)主站與從站之間的高速數(shù)據(jù)通訊；X3端子的1，2端口用來向從站PWM板發(fā)送數(shù)據(jù)，采用串行通訊方式，發(fā)送數(shù)據(jù)包括交流電壓，載波同步信號，啟停邏輯信號等；X3端子的3，4端口用來接收從站PWM板的數(shù)據(jù)，包括故障信號，邏輯控制信號等。
[0030]主站控制板:主控芯片由CPLD和ARM組成，CPLD負(fù)責(zé)啟停邏輯、高速通訊等方面內(nèi)容，同時對從站的PWM載波信號進行高速同步，使每組從站的PWM生成載波相位保持一致；ARM主要負(fù)責(zé)人機界面、上位機通訊和相關(guān)計算。X5端子的端口 5外接急停按鈕，用以緊急關(guān)機。X5端子的端口 6接絕緣故障檢測，以檢查系統(tǒng)絕緣情況。
[0031]如圖7所不，從站控制系統(tǒng)從站聞壓米集板、從站母板、電源板、驅(qū)動板和從站PWM板組成。
[0032]從站高壓采集板主要用來采樣直流電流，判斷接地故障。X5端子輸入直流電流idc ；X2端口將直流側(cè)正負(fù)極相對于大地PE的電勢進行比較，以判斷是否有接地故障；X3端子將從站高壓采集板采集的直流電流信號和接地故障信號發(fā)送給PWM板。
[0033]從站母板:X3端子輸入經(jīng)霍爾電流傳感器采樣的電網(wǎng)側(cè)交流電流I.，并在從站母板上進行信號處理；X4端子輸入散熱器溫度信號；X9端子與從站PWM板相連，向從站PWM板發(fā)送電流信號和散熱器溫度信號，并接收從站PWM發(fā)送的PWM脈沖信號；X5端子與驅(qū)動板的Xl端子相連，用以將PWM脈沖信號發(fā)送給驅(qū)動板。
[0034]驅(qū)動板:驅(qū)動板用來驅(qū)動功率開關(guān)器件動作，選用CONCEPT公司生產(chǎn)的2SP0115T2Ax系列驅(qū)動模塊。
[0035]電源板:電源板主要用來采集直流電壓和負(fù)責(zé)給母板供電。
[0036]從站PWM板:主控芯片由DSP和FPGA組成，其中DSP負(fù)責(zé)光伏逆變器相關(guān)算法，F(xiàn)PGA負(fù)責(zé)采集交流電壓、交流電流、直流電壓和直流電流用于系統(tǒng)控制和保護，同時通過光纖高速通訊模塊和主站進行數(shù)據(jù)傳輸，并控制PWM脈沖給定。
[0037]在逆變器控制回路中，當(dāng)直流電壓ud。滿足啟動條件后，首先閉合光伏逆變單元光伏逆變單元直流接觸器，且每次系統(tǒng)啟動的時候接觸器K1、K2都是閉合狀態(tài)，通過接觸器K1、K2使光伏組件PV1、PV2和光伏組件PV3、PV4分別并聯(lián)，然后使能第I光伏逆變單元和第3光伏逆變單元并網(wǎng)發(fā)電，使光伏組件PV1、PV2合并為一組供第I光伏逆變單元工作；光伏組件PV3、PV4合并為一組供第3光伏逆變單元工作；這種工作模式相當(dāng)于增加了電池板容量，可以使早晨并網(wǎng)時間提前，使晚上離網(wǎng)時間滯后，增加了光伏組件使用時間，使系統(tǒng)總發(fā)電量增加，并且在陰天多云天氣下采用這種工作模式，只有第I光伏逆變單元和第3光伏逆變單元工作，由于第2光伏逆變單元和第4光伏逆變單元沒有工作，因此省掉了第2光伏逆變單元和第4光伏逆變單元里面LCL濾波器的損耗，提高了系統(tǒng)發(fā)電效率。
[0038]當(dāng)檢測到接觸器K1、K2上流過的功率大于一定值后，啟動第2、第4光伏逆變單元并網(wǎng)發(fā)電，因為接觸器Kl和第2光伏逆變單元輸出功率之和等于第2光伏組件輸出功率，接觸器Κ2和第4光伏逆變單元輸出功率之和等于第4光伏組件輸出功率，因此隨著第2、第4光伏逆變單元并網(wǎng)后逐漸增加輸出功率，Κ1、Κ2上流過的電流會逐漸下降，直至Κ1、Κ2接觸器上電流降為零后斷開Κ1、Κ2接觸器，此時由于斷開時電流幾乎為零，因此不會產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象，Κ1、Κ2斷開后每組光伏逆變單元按各自的MPPT獨立運行。
[0039]由于接觸器Κ1、Κ2閉合工作時光伏板能量相對不高，流過接觸器Κ1、Κ2的最大電流小于額定值，所以此處選用的接觸器容量可小于額定功率。
[0040]需要強調(diào)的是，本發(fā)明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包括并不限于【具體實施方式】中所述的實施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種多路MPPT光伏逆變主回路系統(tǒng)，其特征在于:包括多個獨立的光伏逆變單元，多個光伏組件分別通過直流接觸器、EMI濾波電路連接到多個光伏逆變單元上，多個光伏逆變單元分別經(jīng)LCL濾波電路連接到三相電網(wǎng)上；每個光伏逆變單元采集各自的交流進線電流作為系統(tǒng)保護和死時補償用，每個光伏逆變單元采集各自的直流電壓、直流電流作為MPPT跟蹤使用，電網(wǎng)電壓被逆變器控制回路采集使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多路MPPT光伏逆變主回路系統(tǒng)，其特征在于:所述的光伏逆變單元為二個、三個、四個、六個或八個，所述的光伏組件為二個、三個、四個、六個或八個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多路MPPT光伏逆變主回路系統(tǒng)，其特征在于:在每兩個光伏逆變單元之間連接有一個接觸器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的一種多路MPPT光伏逆變主回路系統(tǒng)，其特征在于:所述LCL濾波電路的交流濾波電路電容中點引回至光伏逆變單元直流電容中點，并且各個光伏逆變單元的直流電容中點短接，使各組光伏逆變單元直流側(cè)中點電位保持一致。
【文檔編號】H02J3/38GK104467654SQ201410740921
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】宋鵬, 金雪峰, 田凱, 李釗, 張策, 劉洋 申請人:天津電氣科學(xué)研究院有限公司