專利名稱：基于新型z源逆變器的三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型專利涉及太陽能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于新型Z源逆變控制器的智能發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，在我國現(xiàn)有的太陽能發(fā)電裝置中，以傳統(tǒng)的電壓源型逆變器和電流源型逆變器使用較為普遍，但是它們都存在自身原理上的缺陷如需要額外增加DC變換電路，使成本增加；以及在傳統(tǒng)逆變器中加入死區(qū)，會造成系統(tǒng)輸出電壓/電流的諧波畸變率較大
坐寸ο 因為Z源網(wǎng)絡(luò)具有很大的靈活性，近幾年得到了很大的發(fā)展，特別是針對光伏并網(wǎng)發(fā)電應(yīng)用，基于Z源網(wǎng)絡(luò)衍生出了許多新型變流器，但是這類逆變器存在對Z源網(wǎng)絡(luò)中電容的耐壓值要求較高、啟動時系統(tǒng)的沖擊電流較大等缺點，這些缺點在一定程度上束縛了太陽能發(fā)電裝置的發(fā)展與應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型旨在解決現(xiàn)有太陽能發(fā)電裝置存在成本高、輸出電壓/電流的諧波畸變率較大等技術(shù)問題，以提供一種成本低、輸入電壓范圍寬、無死區(qū)、系統(tǒng)輸出電能質(zhì)量高的基于新型Z源逆變器的三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)。本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。本實用新型的基于新型Z源逆變器的三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，太陽能電池板I分別連接Z源逆變器2的第一輸入端和MPPT控制單元5，Z源逆變器2的輸出端連接LC濾波電路3的輸入端，后者的輸出端分別連接電網(wǎng)4、霍爾電壓傳感器10的第一輸入端和霍爾電流傳感器9的第一輸入端；電網(wǎng)4的第一輸出端連接霍爾電流傳感器9的第二輸入端,其第二輸出端連接霍爾電壓傳感器10的第二輸入端；霍爾電流傳感器9、霍爾電壓傳感器10和溫度、濕度數(shù)據(jù)采集模塊11的輸出端連接數(shù)據(jù)處理單元8 ;DSP控制模塊6的一對輸入輸出端連接MPPT控制單元5，另一對輸入輸出端連接數(shù)據(jù)處理單元8，DSP控制模塊6的另一路輸出端串接PWM信號驅(qū)動電路7和Z源逆變器2的第二輸入端。本實用新型的基于新型Z源逆變器的三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，其中所述的Z源逆變器2由三相逆變橋15和Z源網(wǎng)絡(luò)16構(gòu)成，其中三相逆變橋15的正端連接太陽能電池板I的正端，三相逆變橋15的負端連接Z源網(wǎng)絡(luò)16的電容一 Cl的負端，Z源網(wǎng)絡(luò)16的電容二 C2的正端連接太陽能電池板I的負端，電容一 Cl的正端和電容二 C2的負端之間并聯(lián)功率二極管D。本實用新型基于新型Z源逆變器的三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的有益效果本實用新型采用新型的Z源逆變器拓撲結(jié)構(gòu)作為電能變換單元，不僅克服了傳統(tǒng)控制器的不足，降低了成本，還有效地減小了 Z源儲能網(wǎng)絡(luò)中電容的體積和重量，并使得系統(tǒng)具有一些傳統(tǒng)逆變器所沒有的特性，如輸入電壓范圍寬、無死區(qū)，系統(tǒng)輸出電能質(zhì)量高等，由這種逆變器構(gòu)成的光伏發(fā)電裝置，在光伏并網(wǎng)發(fā)電應(yīng)用上更具有優(yōu)勢。同時，本實用新型集新型Z源逆變器和三點最小二乘法(最小二乘法是一種數(shù)學優(yōu)化技術(shù)。它通過最小化誤差的平方和尋找數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配。三點最小二乘法即在最大功率點附近取出三組數(shù)據(jù)，對他們進行最小二乘法擬合運算，得到最優(yōu)值。)于一體，在有效地減小裝置成本與重量的同時，完成太陽能電池的最大功率跟蹤與電網(wǎng)的反孤島效應(yīng)，實現(xiàn)電能的聞速、聞性能的逆變，提聞并網(wǎng)的質(zhì)量與安全。

圖I本實用新型之系統(tǒng)架構(gòu)示意圖圖2本實用新型之Z源逆變器拓撲結(jié)構(gòu)示意圖圖中標號說明·I太陽能電池板、2 Z源逆變器、3 LC濾波電路、4電網(wǎng)、5 MPPT控制單元、6、DSP控制模塊、7 PWM信號驅(qū)動電路、8數(shù)據(jù)處理單元、9霍爾電流傳感器、10霍爾電壓傳感器、11溫度、濕度數(shù)據(jù)采集模塊、12 6路PWM控制信號、15三相逆變橋、16 Z源網(wǎng)絡(luò)、17逆變器輸出、Cl電容一、C2電容二、D功率二極管、LI L2電感一 電感二、La Lc電感a 電感C、Ca Ce電容a 電容C、Ql Q6橋臂一 橋臂六
具體實施方式
本實用新型詳細結(jié)構(gòu)、應(yīng)用原理、作用與功效，參照附圖1-2，通過如下實施方式予以說明。本實用新型的基于新型Z源逆變器的三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，太陽能電池板I分別連接Z源逆變器2的第一輸入端和MPPT控制單元5，Z源逆變器2的輸出端連接LC濾波電路3的輸入端，后者的輸出端分別連接電網(wǎng)4、霍爾電壓傳感器10的第一輸入端和霍爾電流傳感器9的第一輸入端；電網(wǎng)4的第一輸出端連接霍爾電流傳感器9的第二輸入端,其第二輸出端連接霍爾電壓傳感器10的第二輸入端；霍爾電流傳感器9、霍爾電壓傳感器10和溫度、濕度數(shù)據(jù)采集模塊11的輸出端連接數(shù)據(jù)處理單元8 ;DSP控制模塊6的一對輸入輸出端連接MPPT控制單元5，另一對輸入輸出端連接數(shù)據(jù)處理單元8，DSP控制模塊6的另一路輸出端串接PWM信號驅(qū)動電路7和Z源逆變器2的第二輸入端。Z源逆變器2由三相逆變橋15和Z源網(wǎng)絡(luò)16構(gòu)成，其中三相逆變橋15的正端連接太陽能電池板I的正端，三相逆變橋15的負端連接Z源網(wǎng)絡(luò)16的電容一 Cl的負端，Z源網(wǎng)絡(luò)16的電容二 C2的正端連接太陽能電池板I的負端，電容一 Cl的正端和電容二 C2的
負端之間并聯(lián)功率二極管D。本實用新型集新型Z源控制器和最大功率點跟蹤控制(MPPT)于一體，包括功率變換單元、采樣單元、控制單元和驅(qū)動單元四個部分。整個系統(tǒng)具有電壓環(huán)和電流環(huán)雙閉環(huán)控制，采用高性能DSP控制模塊6作為主控制芯片，具有良好的反孤島效應(yīng)機制。其中MPPT控制單元5利用高性能DSP控制模塊6結(jié)合“三點最小二乘法”算法實現(xiàn)最大功率跟蹤。其中電壓、電流雙閉環(huán)控制電路，利用霍爾電流傳感器9和霍爾電壓傳感器10采樣電流、電壓信號，經(jīng)過處理后送入DSP控制模塊6中進行高速運算后，作為反饋信號，控制并網(wǎng)電能的相位、頻率等參數(shù)。參見附圖2，相比于常規(guī)逆變器，Z源逆變器通過逆變橋瞬間直通和關(guān)斷來實現(xiàn)升降壓功能，避免了普通逆變器因上下IGBT同時導通損壞器件的缺點，可以適應(yīng)輸入電壓大范圍變化的需要，采用的單級變換電路相比于通常的Boost電路加逆變器的二級變換電路能量轉(zhuǎn)換效率較高。通過比較，該種拓撲結(jié)構(gòu)電路，使得Z源網(wǎng)絡(luò)中的電容電壓值降低到幾十伏，降低了裝置的體積與重量，并且有效的抑制了常規(guī)Z源型逆變器啟動時的內(nèi)在電流沖擊，對太陽能發(fā)電技術(shù)尤其是在高壓、大功率裝置中優(yōu)勢明顯。參見附圖1，太陽能電池板 I輸出直流電經(jīng)過由Z源網(wǎng)絡(luò)和三相“H”橋構(gòu)成的新型Z源逆變電路2完成逆變，再經(jīng)過LC濾波電路3濾除高頻諧波后并入電網(wǎng)4，實現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電。高性能DSP控制模塊6作為整個系統(tǒng)的控制核心，主要完成以下四部分工作I.協(xié)調(diào)控制MPPT控制單元5檢測太陽能電池板輸出的電壓、電流信號，采用“三點最小二乘法”快速實現(xiàn)最大功率點跟蹤；2.控制數(shù)據(jù)處理單元8精確采樣和處理霍爾電流傳感器9、霍爾電壓傳感器10變換得到的數(shù)據(jù)，結(jié)合處理后的數(shù)據(jù)實現(xiàn)系統(tǒng)電流、電壓雙閉環(huán)控制；3.結(jié)合采樣得到數(shù)據(jù)生成六路PWM控制信號12，經(jīng)過驅(qū)動電路7驅(qū)動后直接控制六個IGBT模塊通斷，實現(xiàn)DC-AC和DC-DC變換功能；4.快速采樣電網(wǎng)電壓、電流的相位、頻率，完成孤島效應(yīng)檢測。整個系統(tǒng)以DSP作為主控制器，利用新型Z源逆變電路構(gòu)成電能變換單元，不需額外增加DC變換電路，實現(xiàn)集DC-DC和DC-AC變換于一體的光伏發(fā)電裝置，實現(xiàn)電能的高效率變換與安全并網(wǎng)。綜上所述，本實用新型基于新型Z源逆變器的三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，集新型Z源逆變器和三點最小二乘法于一體，在有效地減小裝置成本與重量的同時，完成太陽能電池的最大功率跟蹤與電網(wǎng)的反孤島效應(yīng)，實現(xiàn)電能的聞速、聞性能的逆變，提聞并網(wǎng)的質(zhì)量與安全。
權(quán)利要求1.基于新型Z源逆變器的三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于太陽能電池板(I)分別連接Z源逆變器(2)的第一輸入端和MPPT控制單元(5)，Z源逆變器(2)的輸出端連接LC濾波電路(3)的輸入端，后者的輸出端分別連接電網(wǎng)(4)、霍爾電壓傳感器(10)的第一輸入端和霍爾電流傳感器(9 )的第一輸入端；電網(wǎng)(4 )的第一輸出端連接霍爾電流傳感器(9 )的第二輸入端，其第二輸出端連接霍爾電壓傳感器(10)的第二輸入端；霍爾電流傳感器(9)、霍爾電壓傳感器(10)和溫度、濕度數(shù)據(jù)采集模塊(11)的輸出端連接數(shù)據(jù)處理單元(8);DSP控制模塊(6)的一對輸入輸出端連接MPPT控制單元(5)，另一對輸入輸出端連接數(shù)據(jù)處理單元(8)，DSP控制模塊(6)的另一路輸出端串接PWM信號驅(qū)動電路(7)和Z源逆變器(2)的第二輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于新型Z源逆變器的三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述的Z源逆變器(2)由三相逆變橋(15)和Z源網(wǎng)絡(luò)(16)構(gòu)成，其中三相逆變橋(15)的正端連接太陽能電池板(I)的正端，三相逆變橋(15)的負端連接Z源網(wǎng)絡(luò)(16)的電容一(Cl) 的負端，Z源網(wǎng)絡(luò)(16)的電容二(C2)的正端連接太陽能電池板(I)的負端，電容一(Cl)的正端和電容二(C2)的負端之間并聯(lián)功率二極管(D)。
專利摘要本實用新型的基于新型Z源逆變器的三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，涉及太陽能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，旨在解決現(xiàn)有太陽能發(fā)電裝置存在成本高、輸出電壓/電流的諧波畸變率較大等技術(shù)問題。本實用新型之Z源逆變器(2)連接LC濾波電路(3)，后者分別連接電網(wǎng)(4)、霍爾電壓傳感器(10)和霍爾電流傳感器(9)；電網(wǎng)(4)連接霍爾電流傳感器(9)和霍爾電壓傳感器(10)；霍爾電流傳感器(9)、霍爾電壓傳感器(10)和溫度、濕度數(shù)據(jù)采集模塊(11)的輸出端連接數(shù)據(jù)處理單元(8)；DSP控制模塊(6)連接MPPT控制單元(5)和數(shù)據(jù)處理單元(8)，DSP控制模塊(6)的輸出端串接PWM信號驅(qū)動電路(7)和Z源逆變器(2)。
文檔編號H02J3/38GK202678980SQ20122019957
公開日2013年1月16日 申請日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月7日
發(fā)明者雷霖 申請人:雷霖