[發明專利]太陽能光伏發電單相并網逆變器及其控制方法

有效

• 申請號: 201210008086.3
• 申請日: 2012-01-12
• 公開（公告）號: CN102545257A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 詹躍東;蔡力;劉杰
• 申請（專利權）人: 廣東中商國通電子有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/48
• 代理公司: 佛山市科順專利事務所 44250
• 代理人: 梁紅纓

技術領域

本發明屬于新能源發電技術領域，涉及太陽能光伏發電單相并網逆變器及其控制方法。具體地說涉及一種把太陽能電池產生的直流電壓通過一定的控制方法，轉換成與市電電網具有同頻、同相和等幅的交流電，并輸送到市電電網的逆變裝置。

背景技術

隨著全球工業化進程的逐步展開，世界各國對能源的需求急劇膨脹，而煤炭、石油和天然氣三大化石能源日漸枯竭，全球將再一次面臨能源危機，同時，大量使用化石能源對生態環境已經造成了嚴重的破壞。因為能源、環境與發展已成為當今世界亟待解決的問題，所以，許多國家如西歐、美國和日本等開始研究并應用開發利用太陽能、風能和水能等可再生能源，并結合經濟高效的新型電力電子技術——新能源分布式發電技術，既在配電網建立單獨的發電電源對重要負載進行供電，并且通過能量管理系統和外部市電電網進行能量交換。通過對上述技術展開研究得到的系列成果，并結合電力系統用戶對電能質量的要求和電力系統發展趨勢，該技術逐步形成了太陽能光伏發電系統和產業。

在太陽能光伏發電系統中，并網逆變器是實現太陽能光伏電池與市電電網之間能量的傳遞與轉換的關鍵環節。并網逆變器的作用是當太陽能光伏發電系統的輸出在較大范圍內變化時，能始終以盡可能高的效率將太陽能電池輸出的直流電轉化成與市電電網匹配的交流電，并送入市電電網。

并網逆變器的設計開發，需要考慮的技術問題是：第一，由于日照強度、電池溫度等因素會影響太陽能電池的輸出特性，因此，為了提高太陽能光伏發電系統的工作效率，使太陽能電池的輸出電壓趨近于最大功率點電壓，以保證太陽能電池在最大功率點附近運行而獲得最大能量，并網逆變器應具有最大功率跟蹤控制（MPPT）的調節功能。第二，并網逆變器的輸出波形，除滿足市電電網的頻率、相位和幅值等電能質量要求外，還必須滿足市電電網的防止孤島效應和安全隔離接地等要求。目前，國外的并網標準中明確規定并網逆變器輸出波形的總諧波因數應小于5％，各次諧波含量小于3％，并且具有較好的動態特性。根據IEEE2000.929和ULl741標準，所有并網逆變器必須具有防孤島效應的功能，孤島發生時必須快速、準確地切除并網逆變器與市電電網的電性連接。第三，保證太陽能光伏發電系統穩定、高效運行，需要對系統中各并網逆變器進行協調控制。除了逆變器基本的電壓控制外，還需考慮各并網逆變器互聯時的功率分配和控制，即分為功率控制和電壓控制兩個層次，下層的電壓控制根據上層指令完成相應的控制任務。最后，為降低太陽能發電系統的成本，能有效地普及和使用，并網逆變器需要采用比較理想的是無變壓器方案，從而可以進一步提高并網逆變器的效率，使太陽能光伏發電系統的體積、重量和成本大大降低。

因此，設計一種滿足上述技術要求的體積小、成本低，功耗低、效率高、安全可靠性高、使用壽命長的太陽能光伏并網逆變器，并采用先進的控制技術是并網逆變器發展趨勢。

發明內容

本發明的目的在于提供一種太陽能光伏發電單相并網逆變器，它同時具備體積小、成本低，功耗低、效率高、安全可靠性高、使用壽命長等特點。

本發明的另一目的是提供一種最大功率跟蹤控制、無變壓器、防止孤島效應的太陽能光伏發電單相并網逆變器的控制方法，以便使逆變過程具有更高的效率和安全性的太陽能光伏發電單相并網逆變器的控制方法。

本發明的第一發明目的通過以下技術方案予以實現：

一種太陽能光伏發電單相并網逆變器，包括太陽能電池、并網逆變器主回路、市電電網、并網逆變控制器和并機通信接口；其特征在于所述并網逆變器主回路包括輸入保護開關、升壓電路、逆變電路和并網開關，所述輸入保護開關、升壓電路、逆變電路和并網開關依次串聯，所述輸入保護開關的輸入端接太陽能電池的輸出端，所述并網開關的輸出端接市電電網的輸入端；所述并網逆變控制器包括控制電路、邏輯電路、驅動電路、采樣電路、電池電壓檢測電路、電池電流檢測電路、升壓電壓檢測電路、電網電壓檢測電路、并網電流檢測電路和電網相位檢測電路，所述采樣電路、控制電路、邏輯電路及驅動電路依次串聯，所述采樣電路分別接收電池電壓檢測電路、電池電流檢測電路、升壓電壓檢測電路、電網電壓檢測電路及并網電流檢測電路輸出的信號，控制電路的一輸入端接收電網相位檢測電路的輸入信號，所述并機通信接口接在控制電路的一輸入輸出端，所述驅動電路的第一輸出端接輸入保護開關的一輸入端，驅動電路的第二輸出端接升壓電路的一輸入端，驅動電路的第三輸出端接逆變電路的一輸入端，驅動電路的第四輸出端接并網開關的一輸入端。