本技術(shù)屬于光伏并網(wǎng)控制，尤其涉及一種光伏逆變電路并網(wǎng)用控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、光伏發(fā)電作為一種清潔、可再生、分布式的能源形式，未來，光伏發(fā)電將成為全球能源供應(yīng)的重要組成部分。光伏板作為光伏發(fā)電的一部分，通常分硅晶體板和薄膜板兩種。常見的硅晶體板最大光照功率密度通常為1000w/㎡。例如某型額定電壓600v的硅晶半導(dǎo)體pv板，伏安特性和功率特性如圖1～3所示，當(dāng)光照強度在200w/㎡～1000w/㎡之間變化時，其最大功率點電壓將在440v～720v之間變化。

2、為對光伏發(fā)出的電能進行使用，需使用到逆變環(huán)節(jié)，目前常用的光伏并網(wǎng)逆變電路，它的可靠性和成熟度決定光伏發(fā)電的推廣程度。光伏并網(wǎng)逆變電路通常由最大功率跟蹤(mppt)部件、母線和并網(wǎng)逆變電路三個部分構(gòu)成。

3、大功率跟蹤(mppt)部件分為雙極mppt方式和單級mppt方式。

4、雙極mppt方式：mppt通常由boost升壓電路構(gòu)成，用于根據(jù)光照強度提取當(dāng)前光伏板組串(pv)最大功率，將電能輸送至母線；母線用于暫時存儲電能，為mppt部件和逆變電路之間的能量傳遞起到緩沖作用。

5、并網(wǎng)逆變電路用于將母線的直流電電能轉(zhuǎn)換為某種規(guī)格的三相交流電送入電網(wǎng)，這種光伏逆變電路為雙級mppt方式，即先通過boost升壓導(dǎo)入pv電能，使母線處于較高電壓，再通過逆變電路進行略微降壓和并網(wǎng)調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)為交流電導(dǎo)入電網(wǎng)。

6、當(dāng)boost電路輸入能量與逆變電路的輸出能量達(dá)到平衡，且boost電路吸收的能量能夠與pv當(dāng)前功率匹配時，系統(tǒng)即達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)。

7、這一方式適用于：pv在不同光照條件下，尤其是日出日落即光伏逆變電路啟動和停機時，最大功率點對應(yīng)的電壓值有較大的浮動范圍，而并網(wǎng)逆變需要相對固定的電壓規(guī)格，例如380v的并網(wǎng)逆變電路，需要的母線電壓略高于峰峰值的620v。故需要先將pv輸入的電能升壓到某一固定電壓值(例如640v)輸入母線，方便后續(xù)進行并網(wǎng)逆變。升壓過程中通過吸收適當(dāng)?shù)碾娏魇筽v電壓處于最大功率點附近，即可實現(xiàn)最大功率跟蹤。

8、單級mppt方式：單級mppt方式通過逆變電路輸出的正弦脈寬調(diào)制波(spwm)的降壓調(diào)壓功能進行功率跟蹤，該方式適用于pv最大功率點電壓較高時，將pv電壓直接輸入母線，逆變電路進行逆變時從母線吸收適當(dāng)?shù)碾娏?，使母線電壓處于pv最大功率點電壓附近，即可實現(xiàn)最大功率跟蹤。

9、這種mppt方式母線電壓根據(jù)最大功率點的變化一直處于變動狀態(tài)，需要將最大功率跟蹤調(diào)節(jié)與并網(wǎng)逆變功率反饋調(diào)節(jié)相結(jié)合，算法較復(fù)雜，且這種方式僅適用于光照較強、pv電壓較高時，不適用于日出日落時光照較弱的狀態(tài)，不能單獨使用。

10、現(xiàn)有技術(shù)中，使用光伏板進行并網(wǎng)逆變時，當(dāng)最大功率點電壓高于適合逆變的電壓時，將失去最大功率跟蹤能力。為解決該問題，目前常用的方式是：1、光伏并網(wǎng)逆變電路采用三相380v和800v兩種輸出規(guī)格，其最佳母線電壓為分別640v和1250v左右，并分別選取參數(shù)合適的pv板與這兩逆變電路適配，使最大功率點電壓始終處于相應(yīng)的母線設(shè)置電壓以內(nèi)，這一方式光照強度有顯著變化時，將失去對最大功率點的跟蹤；2、采用單級mppt方式，即通過逆變電路的降壓調(diào)節(jié)功能進行功率跟蹤，但是這一方式下，將失去對強光強的最大功率跟蹤。

11、綜上分析，目前光伏并網(wǎng)逆變電路與pv板需要進行功率、電壓適配才能處于最佳工作狀態(tài)，由于pv板制造誤差造成的個體差異，功率、電壓適配有一定的困難。目前常采用的雙級mppt方式，當(dāng)最大功率點電壓高于適合逆變的電壓時，將失去最大功率跟蹤能力，不適用于強光照狀態(tài)。雖然可以通過單級mppt方式，即通過逆變電路的降壓調(diào)節(jié)功能進行功率跟蹤來解決，但算法復(fù)雜，且不適用于日出日落時光照較弱的狀態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本實用新型旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用效果好的光伏逆變電路并網(wǎng)用控制系統(tǒng)。

2、為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了如下的技術(shù)方案：光伏逆變電路并網(wǎng)用控制系統(tǒng)，包括光伏板組串、升壓電路、母線、逆變電路、采樣電路、第一控制器和第二控制器；光伏板組串連接升壓電路；升壓電路通過母線連接逆變電路，逆變電路將電流送入并網(wǎng)端；采樣電路采集光伏板組串輸出功率、光伏板組串電壓和電流、母線電壓和母線電流、并網(wǎng)端電流和電壓；采樣電路將采集到的功率信息、電流信息和電壓信息傳輸?shù)降谝豢刂破鳎谝豢刂破鲗⒔邮盏降男盘杺鬏數(shù)降诙刂破?，第二控制器向升壓電路輸出不同占空比的pwm。

3、升壓電路包括4個pv輸入通道，pv輸入通道包括升壓電感、二極管和升壓igbt管，光伏板組串的正極通過電感連接二極管的正極，二極管的負(fù)極連接母線正極；同時，二極管的正極連接升壓igbt管的集電極，升壓igbt管的發(fā)射極接地，第二控制器的信號輸出端連接升壓igbt管的門極。

4、母線上連接有第一電容、第二電容、第三電容和第四電容；其中，第一電容和第二電容的第一端連接二極管的負(fù)極；第一電容和第二電容的第二端連接母線中性點；第三電容和第四電容的第一端連接光伏板組串的負(fù)極，第三電容和第四電容的第二端連接母線中性點。

5、逆變電路包括三個并聯(lián)的橋臂，三個橋臂的組成相同，均包括第一igbt管、第二igbt管、第三igbt管和第四igbt管；第一igbt管的集電極連接母線正極，第一igbt管的發(fā)射極連接第二igbt管的集電極，第二igbt管的發(fā)射極連接母線中性點；同時，第一igbt管的發(fā)射極還連接第三igbt管的集電極和第四igbt管的集電極；第三igbt管的發(fā)射極連接母線中性點，第四igbt管的發(fā)射極連接母線負(fù)極。

6、第一igbt管的發(fā)射極上還串聯(lián)有逆變電感，逆變電感的第一端連接第一igbt管的發(fā)射極，逆變電感的第二端連接電網(wǎng)。

7、逆變電感的第二端還通過逆變電容接地。

8、第一控制器和第二控制器分別為cortex-m7型mcu和pfga。

9、采樣電路包括母線電壓采樣電路、母線電流采樣電路和光伏板組串電能采樣電路；母線電壓采樣電路、母線電流采樣電路和光伏板組串電能采樣電路的信號輸出端分別連接第一控制器的信號輸入端。

10、通過以上技術(shù)方案，本實用新型的技術(shù)效果如下：1、本實用新型所述的光伏逆變電路并網(wǎng)用控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)光伏板組串輸出的并網(wǎng)，根據(jù)光伏板組串輸出功率調(diào)整逆變和升壓環(huán)節(jié)，實時響應(yīng)好，降低光伏發(fā)電系統(tǒng)組裝成本，提高電能轉(zhuǎn)換效率，最大限度實現(xiàn)最大功率跟蹤；2、本系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，設(shè)置的升壓電路、母線和逆變電路相互作用，有效保證了光伏板組串最大輸出功率；3、設(shè)置的采樣電流可以首先電流、電壓和功率的采樣同時工作過程穩(wěn)定，有效降低了對第一控制器和第二控制器的沖擊。

技術(shù)特征：

1.光伏逆變電路并網(wǎng)用控制系統(tǒng)，其特征在于：包括光伏板組串、升壓電路、母線、逆變電路、采樣電路、第一控制器和第二控制器；光伏板組串連接升壓電路；升壓電路通過母線連接逆變電路，逆變電路將電流送入并網(wǎng)端；采樣電路采集光伏板組串輸出功率、光伏板組串電壓和電流、母線電壓和母線電流、并網(wǎng)端電流和電壓；采樣電路將采集到的功率信息、電流信息和電壓信息傳輸?shù)降谝豢刂破?，第一控制器將接收到的信號傳輸?shù)降诙刂破?，第二控制器向升壓電路輸出不同占空比的pwm。

2.如權(quán)利要求1所述的光伏逆變電路并網(wǎng)用控制系統(tǒng)，其特征在于：升壓電路包括4個pv輸入通道，pv輸入通道包括升壓電感、二極管和升壓igbt管，光伏板組串的正極通過電感連接二極管的正極，二極管的負(fù)極連接母線正極；同時，二極管的正極連接升壓igbt管的集電極，升壓igbt管的發(fā)射極接地，第二控制器的信號輸出端連接升壓igbt管的門極。

3.如權(quán)利要求2所述的光伏逆變電路并網(wǎng)用控制系統(tǒng)，其特征在于：母線上連接有第一電容、第二電容、第三電容和第四電容；其中，第一電容和第二電容的第一端連接二極管的負(fù)極；第一電容和第二電容的第二端連接母線中性點；第三電容和第四電容的第一端連接光伏板組串的負(fù)極，第三電容和第四電容的第二端連接母線中性點。

4.如權(quán)利要求3所述的光伏逆變電路并網(wǎng)用控制系統(tǒng)，其特征在于：逆變電路包括三個并聯(lián)的橋臂，三個橋臂的組成相同，均包括第一igbt管、第二igbt管、第三igbt管和第四igbt管；第一igbt管的集電極連接母線正極，第一igbt管的發(fā)射極連接第二igbt管的集電極，第二igbt管的發(fā)射極連接母線中性點；同時，第一igbt管的發(fā)射極還連接第三igbt管的集電極和第四igbt管的集電極；第三igbt管的發(fā)射極連接母線中性點，第四igbt管的發(fā)射極連接母線負(fù)極。

5.如權(quán)利要求4所述的光伏逆變電路并網(wǎng)用控制系統(tǒng)，其特征在于：第一igbt管的發(fā)射極上還串聯(lián)有逆變電感，逆變電感的第一端連接第一igbt管的發(fā)射極，逆變電感的第二端連接電網(wǎng)。

6.如權(quán)利要求5所述的光伏逆變電路并網(wǎng)用控制系統(tǒng)，其特征在于：逆變電感的第二端還通過逆變電容接地。

7.如權(quán)利要求6所述的光伏逆變電路并網(wǎng)用控制系統(tǒng)，其特征在于：第一控制器和第二控制器分別為cortex-m7型mcu和pfga。

8.如權(quán)利要求7所述的光伏逆變電路并網(wǎng)用控制系統(tǒng)，其特征在于：采樣電路包括母線電壓采樣電路、母線電流采樣電路和光伏板組串電能采樣電路；母線電壓采樣電路、母線電流采樣電路和光伏板組串電能采樣電路的信號輸出端分別連接第一控制器的信號輸入端。

技術(shù)總結(jié)
光伏逆變電路并網(wǎng)用控制系統(tǒng)，包括光伏板組串、升壓電路、母線、逆變電路、采樣電路、第一控制器和第二控制器；光伏板組串連接升壓電路；升壓電路通過母線連接逆變電路；采樣電路采集光伏板組串輸出功率、母線電壓和母線電流；采樣電路將采集到的功率信息、電流信息和電壓信息傳輸?shù)降谝豢刂破?，第一控制器將接收到的信號傳輸?shù)降诙刂破?，第二控制器向升壓電路和逆變電路輸出不同占空比的PWM。本技術(shù)所述的光伏逆變電路并網(wǎng)用單、雙極MPPT控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)光伏板組串輸出的并網(wǎng)，根據(jù)光伏板組串輸出功率調(diào)整逆變和升壓環(huán)節(jié)，實時響應(yīng)好，降低光伏發(fā)電系統(tǒng)組裝成本，提高電能轉(zhuǎn)換效率，最大限度實現(xiàn)最大功率跟蹤。

技術(shù)研發(fā)人員：張莉,鄭喜貴,蔣玲玲,呂剛磊,朱永剛
受保護的技術(shù)使用者：鄭州科技學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：20240119
技術(shù)公布日：2024/9/17