[實用新型]一種基于超級電容器的光伏并網逆變器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020560723.4
• 申請日: 2010-10-14
• 公開（公告）號: CN201910625U
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發(fā)明（設計）人: 許任重;唐侃;茹心芹;曹遠志
• 申請（專利權）人: 國網電力科學研究院
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/28
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本實用新型專利屬于太陽能發(fā)電與電力電子技術領域，具體涉及到一種利用超級電容器進行直流緩沖和支撐的三相光伏并網逆變器。

背景技術

隨著能源危機和環(huán)境污染問題的日益突出，越來越多的國家開始意識到開發(fā)可再生能源的必要性和緊迫性。大面積的開發(fā)使用以風能、太陽能為代表的可再生能源是實現可持續(xù)發(fā)展的必由之路。其中太陽能資源由于具有分布面積廣、綠色、取之不盡，用之不竭等顯著的優(yōu)點而日益受到人們的青睞。

光伏并網逆變器作為太陽能發(fā)電利用的最主要的設備，成為整個技術的核心。目前使用的光伏并網逆變器主要采用大量的電解電容進行串并聯(lián)來做直流支撐和緩沖。由于電解電容容量小，耐壓低，而且溫度條件苛刻，使用壽命有限。而超級電容器作為一種新型的純綠色儲能器件，由于其具有：1、容量大，功率密度高；2、充電速度快；3、循環(huán)使用壽命長等突出優(yōu)點而被廣泛使用。而將超級電容器應用于光伏并網逆變器中是本實用新型的最核心的內容。

發(fā)明內容

本實用新型內容在于設計超級電容器作為直流緩沖和儲能環(huán)節(jié)，當日照強度過大的時候，系統(tǒng)將太陽能電池組件PV產生的較高的電壓存儲到超級電容中，在光照受到遮擋，太陽能電池組件PV電壓瞬時跌落時，超級電容器釋放能量，維持電壓。這樣就解決了光伏電池由于光照的間歇性造成的電壓大幅波動；由于超級電容器內阻較大，逆變器可以采取太陽能電池組件PV直接啟動方式，解決了直流側電容平常需要加額外的預充電電路的問題；由于超級電容器容量很大，解決了逆變器作為靜止無功補償器SVG運行時，無功功率輸出有限的問題。

本實用新型是一種基于超級電容的光伏并網逆變器，其具體構成為：

1、原有光伏并網逆變器（如圖1所示）直流側通常采用電解電容，由于電解電容耐壓和容量均有限，故一般采用串并聯(lián)的連接方式。本實用新型將串并聯(lián)的電解電容用一組超級電容器代替，直接并聯(lián)在光伏電池陣列和逆變橋之間（如圖2所示）。并聯(lián)進電路的超級電容器主要用于抑制太陽能這種間歇性能源本身或者其他原因造成的各種波動；

2、在原有光伏并網逆變器（如圖1所示）的基礎上精簡掉了直流預充電電路或者交流預充電電路（如圖2所示），這樣簡化了結構，節(jié)省了成本，提高了系統(tǒng)的可靠性，更適用于光伏逆變器系統(tǒng)啟停頻繁的場合；

系統(tǒng)主控制器的芯片采用DSP+FPGA，利用14位AD芯片采樣直流電壓，直流充電電流，交流電壓，交流電流，溫度等信號，通過前饋解耦的雙閉環(huán)控制策略，輸出SVPWM驅動信號，實現并網逆變。

附圖說明

圖1是現有光伏并網逆變器的電路圖

圖2是本實用新型的系統(tǒng)主電路和控制框圖。

圖中標號：1為太陽能電池陣列，2為超級電容器，3為絕緣柵雙極型晶體管（IGBT），4為交流低通濾波器，5為系統(tǒng)的控制電路。

圖3為前饋解耦控制框圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型做進一步的詳細描述。

參見附圖，本方案實施的技術路線是：太陽能電池組件PV陣列為單晶、多晶、薄膜等主流電池組件串并聯(lián)而成，通過放反二極管D給超級電容器充電。在啟動初期，由于太陽能電池內阻較大，加上太陽能電池本身的特性，充電電流不是很大，而且超級電容器耐電流能量較強。控制器利用模數采樣芯片采樣到直流電壓，當充電的直流電壓大于設定的閥值，系統(tǒng)就認為超級電容器充滿了電，系統(tǒng)開始啟動。超級電容器開始將能量通過后面的逆變拓撲送往電網。直流電壓隨著發(fā)生瞬時跌落。此時，太陽能電池陣列與超級電容器有電壓差，陣列又開始往超級電容器充電。如此往復，實現了超級電容器緩沖能量和支撐直流電壓的作用。具體并網控制如下所示。

控制器采用電流內環(huán)電壓外環(huán)的雙閉環(huán)控制結構?？刂瓶驁D如圖2所示。電壓外環(huán)實現最大功率跟蹤MPPT跟蹤，電流內環(huán)控制交流側輸入電流跟蹤正弦輸入電壓。外環(huán)輸出作為電流內環(huán)有功分量軸id的給定值，控制著電流大小和方向，從而控制有功功率的大小和方向；當系統(tǒng)工作在并網逆變狀態(tài)時，無功分量軸iq給定為0。當系統(tǒng)工作在靜止無功補償器SVG狀態(tài)時，無功分量軸iq根據系統(tǒng)無功功率需要設定，有功分量軸給定為0。電流給定有功Id*和無功分量Iq*與反饋的有功id?和無功分量iq比較后送入電流PI調節(jié)器，再經過前饋解耦，最后通過空間矢量調制SVPWM，產生6路驅動信號，控制IGBT模塊工作。

IGBT輸出經交流低通濾波器后得到正弦交流，通過隔離變壓器送往電網，實現有功和無功的輸出。

由于超級電容器耐電流能力強，充電速度快等優(yōu)點，因此特別適合經常啟停操作的太陽能電站用逆變器。