[發明專利]一種基于幅相控制的光伏發電裝置及方法

無效

• 申請號: 200910248834.3
• 申請日: 2009-12-28
• 公開（公告）號: CN101728838A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 閆士杰;王旭;杜蘅;付皓
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/537
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

本發明屬于電力電子技術領域，特別涉及一種基于幅值和相角來控制三相電壓輸出的逆變裝置及方法。?

背景技術

太陽能作為一種新興的綠色能源，以其清潔、靈活、永不枯竭等優點，正得到迅速的推廣應用，隨著太陽能光伏發電應用的發展，太陽能光伏發電已經不再只是作為偏遠無電地區的能源供應，而是向逐漸取代常規能源的方向發展。在國外，并網發電逐漸成為太陽能光伏發電的主要應用領域，太陽能光伏產業已經逐漸形成，并持續高速發展。?

目前國外并網逆變器技術發展十分迅速。研究主要集中在空間矢量PWM技術、數字鎖相控制技術、數字DSP控制技術、最大功率點跟蹤和孤島檢出技術，以及綜合考慮以上方面的系統總體設計等。國外的有些并網逆變器還設計同時具有獨立運行和并網運行功能。?

國內太陽能光伏應用仍以獨立供電系統為主，并網系統則剛剛起步。與獨立工作的逆變器相比，并網逆變器不僅要保證低的輸出電壓諧波畸變率和高效率，而且要求輸出電壓與電網電壓大小、相位一致，更重要的是必須保證有低的進網電流諧波畸變率，以免對電網造成污染。?

目前國內自主研制的并網逆變器存在有系統運行不穩定，可靠性低的弱點；且保護措施不全，容易引起事故，與建筑一體化等問題也沒有得到很好考慮。?

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提供一種可成功降低交流側電壓畸變率，并適用于三相不對稱負載的基于幅相控制的光伏發電裝置及方法。?

本發明裝置包括：主電路單元、主控單元、電壓電流傳感器、可編程控制器、電力參數測量單元，其中，主電路單元包括4組IGBT模塊、IGBT吸收保護電容及驅動和功率放大單元；主控單元，包括數字信號處理器(DSP)和可編程門陣列FPGA；電力參數測量單元由電力參數表組成；?

主電路單元的輸入端與直流側電壓傳感器的輸出端相連，主電路單元的輸出端與交流側電壓電流傳感器的輸入端相連；直流側電壓傳感器的輸出端與驅動和功率放大單元的輸入端相連；驅動和功率放大單元的輸出端與主電路單元的輸入端相連，驅動和功率放大單元的輸入端與主控制單元的輸出端相連；可編程控制器與主控制單元相連，可編程控制器與GTO單元相連，電力參數測量單元的輸出端與可編程控制器的輸入端相連，電力參數測量單元的輸入端與交流側電壓電流傳感器的輸出端相連。?

基于幅相控制的光伏發電控制方法，步驟如下：?

步驟1：交流側電壓電流傳感器檢測到三相交流電壓、三相交流電流，經電壓和電流變換電路處理后，送給主控單元的數字信號處理器DSP進行處理；?

步驟2：主控單元的數字信號處理器DSP根據檢測到的交流側電流、電壓以及直流側電壓的給定值，通過幅值控制、相位控制和內環控制，確定電壓調節的輸出電壓，并將得到輸出電壓傳遞給可編程門陣列FPGA；?

其中，幅值控制、相位控制和內環控制的過程如下：?

將給定電壓U^*(t)的幅值和相位分離，分別對幅值和相位進行控制：幅值控制是指對檢測到的系統給定電壓U^*(t)和逆變器的輸出電壓U(t)的幅值進行比較，經過比例調節控制輸出，輸出的電壓為U^*+ΔU^*；相位控制是將轉換器輸出的正弦函數sinωt與輸出電壓U(t)進行比較，分解出相位偏移角θ，經比例調節控制輸出為sin(ωt+θ)，幅值控制和相位控制得到的結果相乘，得到內環控制目標函數e(t)，e(t)與逆變器輸出電壓U(t)比較，經比例調節控制后，輸出電壓e^*(t)；?

步驟3：可編程門陣列FPGA接收到的輸出電壓與三角波發生器產生的波形合成PWM波形，發送給主電路單元的驅動和功率放大單元；?

步驟4：主電路單元中的開關器件根據放大后的脈沖信號產生導通和關斷。?

有益效果：本裝置工作時，將太陽能發電系統所產生的600V～720V直流電，轉換成幅值和相位都與電網匹配的交流電，供人們的生產和生活使用。基于幅相控制的光伏發電方法具有如下優點：?

1)應用此種方法成功的降低了交流側的電壓畸變率，其中轉換率達到％97以上，小的諧波畸變率小于％3；?

2)在三相不對稱負載情況下得到良好的靜態和動態特性，適用于多種負載類型，如線性和非線性負載，平衡和非平衡負載，單項和三相負載；?