專利名稱：分布式電源抗諧波同步控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種新型分布式電源中抗諧波的同步控制系統(tǒng)，主要應(yīng)用于并網(wǎng)和并聯(lián)分布式電源系統(tǒng)，屬于電力電子和自動控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
分布式電源是集中式電網(wǎng)的有效補(bǔ)充，在電網(wǎng)故障時可以獨立為本地負(fù)載供電，提高了供電可靠性，是各國電力系統(tǒng)改造的重點內(nèi)容之一。同時，分布式電源是太陽能、風(fēng)能等新能源發(fā)電的主要方式，性能良好的分布式電源是可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用的必要條件。在分布式電源并聯(lián)運行時要求各個分布式電源輸出電壓幅度、頻率、相位都相同，而分布式電源并網(wǎng)發(fā)電時要求輸出電流與電網(wǎng)電壓同頻同相，因此需要對分布式電源的輸出進(jìn)行頻率和相位的同步控制。目前分布式電源同步控制系統(tǒng)研究較多的是利用硬件過零信號作為反饋，利用DSP進(jìn)行同步控制。單純利用硬件過零信號的方法由于硬件電路的局限性不能減小分布式電源產(chǎn)生的諧波對同步控制的干擾，影響了并網(wǎng)和并聯(lián)運行的穩(wěn)定性；同時DSP進(jìn)行同步控制對控制系統(tǒng)資源占用較大，不利于系統(tǒng)的功能擴(kuò)展。

實用新型內(nèi)容本實用新型目的是針對目前分布式電源控制系統(tǒng)抗諧波干擾能力差的問題，提出了一種分布式電源抗諧波同步控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用FPGA控制，同時利用硬件過零信號和AD采樣數(shù)字信號作為反饋，并通過軟件計算減小諧波對過零信號準(zhǔn)確度的影響，從而提高分布式電源同步控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定度。本實用新型提供的分布式電源抗諧波同步控制系統(tǒng)包括由直流發(fā)電裝置(11)和DC/AC轉(zhuǎn)換器(12)組成的分布式電源(1)，由電流傳感器01)、電壓傳感器02)、以及電流傳感器和電壓傳感器各自對應(yīng)的硬件過零檢測電路(23、2幻和AD采樣電路(M、26)組成的采樣和信號調(diào)理電路O)，及FPGA控制(3)；所述的直流發(fā)電裝置與DC/AC轉(zhuǎn)換器連接，DC/AC轉(zhuǎn)換器的輸出分別連接采樣和信號調(diào)理電路中的電流傳感器和電壓傳感器02)，電流傳感器和電壓傳感器(22)的輸出分別與各自對應(yīng)的硬件過零檢測電路(23、25)和AD采樣電路(M、26)連接，兩個硬件過零檢測電路(23、25)和兩個AD采樣電路(M、26)的四路輸出同時接入FPGA控制，F(xiàn)PGA控制生成的四路SVPWM調(diào)制波輸出連接分布式電源中的DC/AC轉(zhuǎn)換器的四個開關(guān)器件。分布式電源中的DC/AC轉(zhuǎn)換器連接四個IGBT作為開關(guān)器件，四個IGBT的柵極分別與FPGA控制系統(tǒng)的控制端連接。所述的直流發(fā)電裝置通過DC/AC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為交流電實現(xiàn)分布式電源并網(wǎng)和并聯(lián)運行；信號調(diào)理電路將DC/AC轉(zhuǎn)換器輸出的電流和網(wǎng)側(cè)電壓分別轉(zhuǎn)換為硬件過零信號和AD采樣數(shù)字信號接入FPGA控制；FPGA控制對輸出電流和網(wǎng)側(cè)電壓各自對應(yīng)的硬件過零信
3號和AD采樣數(shù)字信號進(jìn)行處理，經(jīng)內(nèi)部鑒頻鑒相和DPLL模塊計算，最終由SVPWM生成模塊生成四路SVPWM調(diào)制波控制DC/AC轉(zhuǎn)換器的四個開關(guān)器件。所述的硬件過零檢測電路將傳感器輸入的波形信號轉(zhuǎn)換為過零方波信號接入FPGA控制，AD采樣電路將傳感器輸入的模擬信號經(jīng)由AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號接入FPGA控制；所述的FPGA輸入信號包括輸出電流硬件過零信號、AD采樣數(shù)字信號和網(wǎng)側(cè)電壓硬件過零信號、AD采樣數(shù)字信號4個，在FPGA內(nèi)部由AD采樣數(shù)字信號計算生成并通過硬件過零信號校正相位分別生成輸出電流和網(wǎng)側(cè)電壓的反饋信號，F(xiàn)PGA內(nèi)部的鑒頻鑒相和DPLL模塊根據(jù)輸出電流和網(wǎng)側(cè)電壓的反饋信號計算DC/AC轉(zhuǎn)換器輸出交流電的頻率和相位，通過FPGA內(nèi)部的SVPWM生成模塊產(chǎn)生相應(yīng)的SVPWM調(diào)制信號控制DC/AC轉(zhuǎn)換器輸出的相位和頻率。本實用新型設(shè)計的分布式電源抗諧波同步控制系統(tǒng)對同一傳感器輸出信號采用硬件過零信號和AD采樣數(shù)字信號兩種輸入的方式，經(jīng)FPGA計算相對應(yīng)的反饋信號，此種方法可使該反饋信號同時具備精確度高、抗諧波干擾能力好的優(yōu)點，有助于提高分布式電源同步控制的準(zhǔn)確度，從而提高分布式電源并聯(lián)和并網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。本實用新型的優(yōu)點和積極效果1、分布式電源通過DC/AC轉(zhuǎn)換器將電能轉(zhuǎn)化為交流電，通過同步控制器控制該交流電的頻率和相位，實現(xiàn)穩(wěn)定的并網(wǎng)或并聯(lián)運行。2、同步控制采用了硬件過零信號和AD采樣信號兩種反饋信號，硬件過零信號相位差小，AD采樣信號穩(wěn)定性好、波形信息豐富，通過FPGA內(nèi)部對二者的處理可以生成精度高、抗諧波干擾能力強(qiáng)的反饋信號，增強(qiáng)了同步控制的準(zhǔn)確性。3、本系統(tǒng)根據(jù)實時檢測DC/AC轉(zhuǎn)換器輸出電流和網(wǎng)側(cè)電壓，經(jīng)同步控制后通過FPGA內(nèi)部模塊生成SVPWM調(diào)制波形控制DC/AC轉(zhuǎn)換器的四個開關(guān)器件，使輸出電流與網(wǎng)側(cè)電壓頻率和相位相同，系統(tǒng)始終以單位功率因數(shù)運行。4、該同步控制系統(tǒng)使用FPGA控制，并行處理能力強(qiáng)，自動化程度高，有助于功能擴(kuò)展，同時為設(shè)計專用集成電路打下基礎(chǔ)。

圖1是總體結(jié)構(gòu)圖；圖2是原理框圖；圖3是電路原理圖；圖4是FPGA控制原理圖；圖5是FPGA控制結(jié)構(gòu)圖。下面結(jié)合說明書附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明。
具體實施方式
實施例1如圖1所示，本實用新型提供的分布式電源抗諧波同步控制系統(tǒng)，包括分布式電源1、采樣和信號調(diào)理電路2、FPGA控制3。如圖2所示，分布式電源包括直流發(fā)電裝置11和DC/AC轉(zhuǎn)換器12 ；采樣和信號調(diào)理電路包括電流傳感器21、電壓傳感器22、過零檢測電路23和25、AD采樣電路對和26，所述的電流傳感器用于檢測DC/AC轉(zhuǎn)換器輸出電流，所述的電壓傳感器用于檢測DC/AC轉(zhuǎn)換器網(wǎng)側(cè)的電壓，所述的兩個過零檢測電路分別將電流傳感器和電壓傳感器輸出轉(zhuǎn)化為過零信號，輸出接FPGA控制，所述的兩個AD采樣電流分別將電流傳感器和電壓傳感器輸出轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，輸出接FPGA控制；FPGA控制的輸出信號連接到DC/AC轉(zhuǎn)換器。如圖3所示，直流發(fā)電裝置連接DC/AC轉(zhuǎn)換器，F(xiàn)PGA輸出四路SVPWM信號控制DC/AC轉(zhuǎn)換器的四個開關(guān)器件將直流電轉(zhuǎn)換為制定頻率和相位的交流電并入交流母線。本實用新型的原理及控制過程圖2為原理框圖、圖3是電路原理圖、圖4是FPGA控制原理圖、圖5是FPGA控制結(jié)構(gòu)圖。其中主電路為分布式電源中的DC/AC轉(zhuǎn)換器，生成制定頻率和相位的交流電；控制系統(tǒng)FPGA利用采樣和信號調(diào)理電路的反饋信號產(chǎn)生控制主電路中四個開關(guān)器件的SVPWM調(diào)制波。本實用新型中采樣和信號調(diào)理電路設(shè)計了過零檢測電路(23、25)和AD采樣電路(24,26)如圖2、圖3所示。同步控制原理如下系統(tǒng)運行時由兩個傳感器21和22分別測量DC/AC轉(zhuǎn)換器的輸出電流Ia和網(wǎng)側(cè)電壓Ua，分別經(jīng)由過零檢測電路轉(zhuǎn)化為硬件過零信號Iz、Uz和AD采樣電路轉(zhuǎn)化為數(shù)字量IcUUd后，將信號送入FPGA控制系統(tǒng)3。FPGA對數(shù)字信號IcUUd進(jìn)行低通濾波后通過軟件過零程序計算，該軟件過零程序?qū)?shù)字信號進(jìn)行諧波分析，減小諧波對頻率、相位信息的干擾，生成高穩(wěn)定性的軟件過零信號，該軟件過零信號與經(jīng)過方波消抖的硬件過零信號Iz、Uz輸入同步處理模塊，消除軟件計算過程中引入的相位差約和外，實現(xiàn)了反饋信號的處理。電壓反饋信號經(jīng)過鑒頻模塊獲取網(wǎng)側(cè)的頻率f，電壓和電流反饋模塊經(jīng)過鑒相模塊獲取當(dāng)前輸出電流與網(wǎng)側(cè)電壓的相位差Δ識，將 \Δ識輸入數(shù)字鎖相DPLL控制模塊計算輸出所需的頻率、相位值，經(jīng)由SVPWM生成模塊產(chǎn)生四路SVPWM調(diào)制波控制DC/AC輸出正弦波，實現(xiàn)輸出電流與網(wǎng)側(cè)電壓同頻同相以單位功率因數(shù)運行。
權(quán)利要求1.一種分布式電源抗諧波同步控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括由直流發(fā)電裝置 (11)和DC/AC轉(zhuǎn)換器(12)組成的分布式電源(1)，由電流傳感器01)、電壓傳感器02)、 以及電流傳感器和電壓傳感器各自對應(yīng)的硬件過零檢測電路(23、25)和AD采樣電路04、 26)組成的采樣和信號調(diào)理電路0)，及FPGA控制(3)；所述的直流發(fā)電裝置與DC/AC轉(zhuǎn)換器連接，DC/AC轉(zhuǎn)換器的輸出分別連接采樣和信號調(diào)理電路中的電流傳感器和電壓傳感器0 ，電流傳感器和電壓傳感器02)的輸出分別與各自對應(yīng)的硬件過零檢測電路(23、25)和AD采樣電路(M、26)連接，兩個硬件過零檢測電路03、25)和兩個AD采樣電路04 J6)的四路輸出同時接入FPGA控制，F(xiàn)PGA 控制生成的四路SVPWM調(diào)制波輸出連接分布式電源中的DC/AC轉(zhuǎn)換器的四個開關(guān)器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步控制系統(tǒng)，其特征在于分布式電源中的DC/AC轉(zhuǎn)換器連接四個IGBT作為開關(guān)器件，四個IGBT的柵極分別與FPGA控制系統(tǒng)的控制端連接。
專利摘要分布式電源抗諧波同步控制系統(tǒng)，包含由直流發(fā)電裝置和DC/AC轉(zhuǎn)換器組成的分布式電源、由傳感器、硬件過零檢測電路和AD采樣電路組成的采樣和信號調(diào)理電路、FPGA控制。其中兩個傳感器分別測量DC/AC轉(zhuǎn)換器輸出電流和網(wǎng)側(cè)電壓，二者分別通過硬件過零檢測電路和AD采樣電路轉(zhuǎn)換為硬件過零信號和AD采樣數(shù)字信號，四路信號接入FPGA控制。FPGA控制輸出連接至分布式電源，控制其中的DC/AC轉(zhuǎn)換器。本實用新型提出一種利用FPGA控制，同時利用硬件過零信號和AD采樣數(shù)字信號作為反饋的抗諧波同步控制系統(tǒng)，該同步控制系統(tǒng)有助于提高分布式電源并網(wǎng)和并聯(lián)運行的穩(wěn)定性。
文檔編號H02J3/38GK202333839SQ20112049850
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者殷杰, 程如歧, 趙庚申, 趙耀, 郭天勇 申請人:南開大學(xué)