本實(shí)用新型涉及一種無需交直流電流傳感器的多電平光伏逆變裝置，屬于發(fā)電、變電或配電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

能源是人類社會存在和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。目前能源緊缺、環(huán)境惡化的日趨嚴(yán)重是關(guān)乎人類生存及發(fā)展的全球性問題?？稍偕茉磳儆诳裳h(huán)使用的清潔能源，由于其資源十分豐富，且不受地域限制，可就地利用，具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景，是未來能源系統(tǒng)的希望。

太陽能是一種巨量的可再生能源，太陽直接輻射到地球的能量十分豐富，分布廣泛，不會污染環(huán)境，清潔干凈。中國也擁有豐富的太陽能資源，目前可開發(fā)的太陽能是21039億千瓦，若將1％的中國沙漠裝上光伏，總?cè)萘繉⑦_(dá)到13億千瓦，超過我國目前所有能源發(fā)電的裝機(jī)容量。

當(dāng)今世界各國特別是發(fā)達(dá)國家對光伏發(fā)電技術(shù)十分重視，其開發(fā)和利用已經(jīng)歷了幾十年，逐漸成為綠色能源領(lǐng)域的前沿技術(shù)。國際上，光伏發(fā)電無論從技術(shù)上還是從規(guī)模上已經(jīng)比較成熟，已進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)作階段，并且已主要用于城市的并網(wǎng)發(fā)電。我國太陽能光伏發(fā)電起步較晚，80年代中后期初具規(guī)模，90年代以來技術(shù)在不斷成熟，無論是產(chǎn)業(yè)化方面還是應(yīng)用方面都發(fā)展很快，目前多應(yīng)用在邊遠(yuǎn)無電地區(qū)獨(dú)立式發(fā)電，例如在甘肅、西藏、新疆等地建立了以光伏發(fā)電為基礎(chǔ)的電力設(shè)施。而并網(wǎng)發(fā)電及城市應(yīng)用起步較晚，隨著國家對新能源的日益重視及一系列優(yōu)惠政策的頒布，我國太陽能發(fā)電增長迅速，2013年全年新增容量超過1000萬，是2012年的近3倍，至2013年底，我國光伏發(fā)電裝機(jī)容量已超過1700萬千瓦。

并網(wǎng)光伏發(fā)電是由光伏逆變器將光伏電池板輸出的直流電逆變成交流接入電網(wǎng)，逆變器含有一定的高頻開關(guān)引起的高頻諧波，大規(guī)模光伏發(fā)電并網(wǎng)也帶來諧波問題，高頻諧波的危害嚴(yán)重。以往采取并聯(lián)LC或LCL濾波的方法，還是有一定的高頻諧波注入電網(wǎng)，雖然三電平逆變器的波形要好于兩電平逆變器，但是還不能完全濾除高頻成分。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種應(yīng)用陷波器濾除并網(wǎng)電流中的高頻分量的逆變器。

本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題提出的技術(shù)方案是：一種無需交直流電流傳感器的多電平光伏逆變裝置，其特征在于包括：逆變控制器、MPPT控制器、直流升壓單元、多電平逆變單元和陷波器；所述直流升壓單元、多電平逆變單元和陷波器依次串聯(lián),所述陷波器的輸出端連接有電壓互感器；所述逆變控制器的控制端與所述多電平逆變單元受控端相連，所述MPPT控制器的控制端與所述直流升壓單元的受控端相連；所述逆變控制器的通訊端與所述MPPT控制器的通訊端相連，所述逆變控制器的電壓信號輸入端與所述電壓互感器的輸出端相連。

所述逆變控制器接收所述電壓互感器上的電壓后，進(jìn)行前饋控制計(jì)算，再將計(jì)算結(jié)果反饋給所述MPPT控制器，所述MPPT控制器根據(jù)收到的反饋結(jié)果控制所述直流升壓單元的轉(zhuǎn)換系數(shù)，以保證所述直流升壓單元傳輸給所述多電平逆變單元的電平恒定。

所述前饋控制計(jì)算是無需交直流電流的基于所述陷波器的電網(wǎng)側(cè)電壓的前饋控制計(jì)算，該電流前饋控制計(jì)算包括第一加法器輸出f₁計(jì)算、第二加法器輸出f₂計(jì)算、第三加法器輸出f₃計(jì)算、第四加法器輸出f₄計(jì)算及第五加法器輸出f₅計(jì)算，算式如下，

f₁＝i*-i×H(s)

f₂＝f₁×G_i(s)

f₃＝(f₂-e*)/Z_L

f₄＝i-f₃

f₅＝e*-V_ac

e*＝f₄×Z_C

i＝f₅/Z_LC

上式中，

e*為所述多電平逆變單元的輸出電壓計(jì)算值；

V_ac為所述陷波器的網(wǎng)側(cè)電壓測量值；

i為所述陷波器電流的估算值；

i^*為所述陷波器的網(wǎng)側(cè)電流參考值；

H(s)為所述陷波器電流的反饋系數(shù)，0<||H(s)||<1；

G_i(s)為系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，0<||G_i(s)||<1；

Z_L(s)為所述陷波器的電感阻抗，Z_C(s)為所述陷波器的電容阻抗，Z_LC為所述陷波器回路中電容與電感的綜合阻抗；

此外，所述直流升壓單元輸出端的直流母線上功率的計(jì)算值為η為所述多電平逆變單元的轉(zhuǎn)換效率。

上述技術(shù)方案的改進(jìn)是：所述陷波器為一個(gè)并聯(lián)諧振回路，且組成所述并聯(lián)諧振回路的電感值L和電容值C與所述多電平逆變單元的開關(guān)頻率f_s滿足

上述技術(shù)方案的改進(jìn)是：當(dāng)該變流裝置在工作狀態(tài)下，所述直流升壓單元用于為所述多電平逆變單元提供恒定電平信號，所述多電平逆變單元用于將收到的電平信號進(jìn)行逆變輸出交變信號；所述多電平逆變單元為三電平電逆變電路。

本實(shí)用新型提供的于陷波器的多電平光伏逆變裝置通過陷波器消除在逆變電路上產(chǎn)生的高頻諧波分量,使得發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)供電時(shí)不會有高頻諧波分量影響到電網(wǎng)運(yùn)行的整體穩(wěn)定。同時(shí)通過限波器兩端電壓，計(jì)算出電流，取代了交流電流傳感器；通過轉(zhuǎn)換效率計(jì)算儲能單元輸出功率，取消了直流傳感器，解決了交直流傳感器帶來的測量精度和穩(wěn)定性問題。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明：

圖1是本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中的多電平逆變單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖1中逆變控制器的電路圖。

圖4是圖1中MPPT控制器的電路圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例前饋控制計(jì)算的邏輯框圖。

圖中標(biāo)號示意如下：1-逆變控制器，2-MPPT控制器,3-直流升壓單元，4-多電平逆變單元，5-陷波器。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例

本實(shí)施例的無需交直流電流傳感器的多電平光伏逆變裝置,如圖1所示，包括：逆變控制器1、MPPT控制器2、直流升壓單元3、多電平逆變單元4和陷波器5。直流升壓單元3、多電平逆變單元4和陷波器5依次串聯(lián)，所述陷波器5的輸出端連接有電壓互感器；逆變控制器1的控制端與多電平逆變單元4受控端相連，MPPT控制器2的控制端與的直流升壓單元3的受控端相連；逆變控制器1的通訊端與MPPT控制器2的通訊端相連，逆變控制器1的電壓信號輸入端與電壓互感器6的輸出端相連。

多電平逆變單元4如圖2所示，采用三電平逆變電路，這樣逆變之后的波形更接近正弦波。

如圖4所示，MPPT控制器2是現(xiàn)有的最大功率點(diǎn)跟蹤控制器(maximum power point tracking)。由MPPT控制器2結(jié)合直流升壓單元3，充分發(fā)揮太陽能電池板的效率。

如圖3所示，逆變控制器1用于匯總電壓互感器6上的電壓，并進(jìn)行無需交直流電流的基于所述陷波器5的電網(wǎng)側(cè)電壓的前饋控制計(jì)算，該電流前饋控制計(jì)算包括第一加法器輸出f₁計(jì)算、第二加法器輸出f₂計(jì)算、第三加法器輸出f₃計(jì)算、第四加法器輸出f₄計(jì)算及第五加法器輸出f₅計(jì)算，算式如下，

f₁＝i*-i×H(s)

f₂＝f₁×G_i(s)

f₃＝(f₂-e*)/Z_L

f₄＝i-f₃

f₅＝e*-V_ac

e*＝f₄×Z_C

i＝f₅/Z_LC

上式中，

e*為多電平逆變單元4的輸出電壓計(jì)算值；

V_ac為陷波器5的網(wǎng)側(cè)電壓測量值；

i為陷波器5電流的估算值；

i^*為陷波器5的網(wǎng)側(cè)電流參考值；

H(s)為陷波器5電流的反饋系數(shù)，0<||H(s)||<1；

G_i(s)為系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，0<||G_i(s)||<1；

Z_L(s)為陷波器5的電感阻抗，Z_C(s)為陷波器5的電容阻抗，Z_LC為陷波器5回路中電容與電感的綜合阻抗；

此外，直流升壓單元3輸出端的直流母線上功率的計(jì)算值為η為多電平逆變單元4的轉(zhuǎn)換效率，η＝0.98。

通過上述前饋控制計(jì)算，各反饋控制其對應(yīng)的電路，根據(jù)實(shí)測情況中的陷波器5的電網(wǎng)側(cè)電壓V_ac、直流升壓單元3輸出端的直流母線電壓V_dc及光伏發(fā)電裝置PV的輸出電壓V_b等參數(shù)的值確定整個(gè)裝置應(yīng)該如何調(diào)整。其中，直流升壓單元3輸出端的直流母線上功率的實(shí)測值為P_dc，該功率的實(shí)測值P_dc與直流升壓單元3輸出端的直流母線電壓值V_dc成正比；直流升壓單元3輸出端電壓值V_dc與光伏發(fā)電裝置PV的輸出電壓V_b成正比，比例系數(shù)為直流升壓單元3的升壓系數(shù)，根據(jù)實(shí)測的直流升壓單元3輸出端的直流母線上功率值與計(jì)算的直流升壓單元3輸出端的直流母線上功率值比較來調(diào)整流升壓單元3的升壓系數(shù)以保證輸送到三電平逆變電路的電壓恒定。

并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送至MPPT控制器2，MPPT控制器2根據(jù)收到的反饋結(jié)果控制直流升壓單元3保證傳輸給多電平逆變單元4的電平恒定。

本實(shí)施例的陷波器5為一個(gè)并聯(lián)諧振電路。選用合適的電感L和電容C，濾除由上一級多電平逆變單元4產(chǎn)生高頻諧波分量，電感L與電容C值與多電平逆變單元4的開關(guān)頻率f_s滿足式子：

本實(shí)施例的逆變控制器采用的是DSP28335高性能多核DSP芯片。該DSP芯片是TI公司S320系列產(chǎn)品中的新一代高性能DSP芯片，具有強(qiáng)大的運(yùn)算能力和抗干擾能力，可以保證本實(shí)施例運(yùn)行的高效和穩(wěn)定。

本實(shí)用新型不局限于上述實(shí)施例。凡采用等同替換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍。