一種單相無工頻變壓器光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種逆變器，特別涉及一種光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器。
【背景技術(shù)】
[0002] 光伏發(fā)電可以說是未來世界的能源支柱，在1839年，法國物理學(xué)家A.E.貝克勒爾 發(fā)現(xiàn)光生伏打效應(yīng)，這為光伏發(fā)電技術(shù)提供了理論上的前提。1954年，世界上第一個實用的 晶體硅太陽能電池問世，是由美國貝爾實驗室研制出來的，并在1958年首先將硅太陽能電 池用于人造衛(wèi)星上。這段時間之中，太陽能光伏電池的研究取得了很大的進(jìn)步，至此太陽能 利用技術(shù)才日新月異，快速發(fā)展。其中以德國、美國、日本等國家研究進(jìn)展最快。
[0003] 從1987年以來，工業(yè)化國家利用太陽能獲得的電能相當(dāng)于900萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤產(chǎn)生 的能量，德國在光伏發(fā)電應(yīng)用方面已取得較大的成績，但德國政府仍然要求其能源機(jī)構(gòu)繼 續(xù)加大研究力度。1999年，德國開始執(zhí)行"10萬屋頂光伏計劃"，并于同年出臺了新的可再 生能源法，更加促進(jìn)了德國光伏發(fā)電的發(fā)展。2004年德國太陽能新增設(shè)備的容量居世界首 位。法國的光伏市場近年來也取得了比較明顯的加速發(fā)展，2009年光伏設(shè)備安裝量達(dá)到 200MW。與其他歐洲國家光伏市場增長原因不同，法國不是基于大型太陽能電站的安裝，而 是基于法國政府政策的鼓勵與支持。2012年，法國能源、生態(tài)、及可再生能源發(fā)展部已發(fā)布 了年度風(fēng)能光伏報告。報告指出：法國2012年新增光伏裝機(jī)容量為1.08GW，新增光伏電站 34500座。雖然和2011年相比，安裝量出現(xiàn)了 39%的下降，但是法國的光伏裝機(jī)容量還是增 加了 37%，超過4GW，同比增長37%。安裝電站中主要為裝機(jī)容量超過250KW的光伏電站，剩 下249座光伏電站裝機(jī)容量為632MW。日本是一個能源極度匱乏的國家，早在上世紀(jì)70年 代就把開發(fā)、利用太陽能定為國策，投入大量資金研究和發(fā)展光伏發(fā)電應(yīng)用，世界上大部分 光伏發(fā)電的專利都由日本掌握。憑借在半導(dǎo)體方面的優(yōu)勢和比較強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)實力，輔以一 系列政策、措施和法律法規(guī)，加上民眾和企業(yè)的參與，日本有力的促進(jìn)了太陽能光伏技術(shù)的 發(fā)展，光伏產(chǎn)業(yè)不斷擴(kuò)大，光伏發(fā)電成本不斷降低，有效的提高了光伏產(chǎn)品的競爭力，促進(jìn) 了光伏產(chǎn)品市場應(yīng)用和推廣。到2006年底，日本光伏發(fā)電累計裝機(jī)容量達(dá)到1760MW，位居 世界各國之首，成為光伏產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)頭羊。美國早年就對光伏發(fā)電較為重視，但是由于缺乏專 門預(yù)算支持，所以美國對光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動作用并沒有日本顯著，從而失去了其保持多 年的光伏市場領(lǐng)先地位。
[0004] 我國于1958年研制出首塊硅單晶，這拉開了我國光伏發(fā)電的序幕，1971年，首次 將其應(yīng)用于我國發(fā)射的東方紅二號衛(wèi)星上。從1973年開始將太陽電池用于地面。從80年 代以后，國家對光伏工業(yè)和光伏市場的發(fā)展開始給予支持，這使得我國十分弱小的太陽電 池工業(yè)得到鞏固和發(fā)展。90年代中期進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展時期。太陽電池及組件產(chǎn)量逐年穩(wěn)步 增加。2000年以后，我國的光伏技術(shù)已步入大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電階段，開始著手建造幾十千瓦、 百千瓦級、兆瓦級的光伏并網(wǎng)示范系統(tǒng)。從2002年以來，國家發(fā)改委啟動了 "西部省區(qū)無 電鄉(xiāng)光明工程"，從2003年起我國太陽能電池產(chǎn)業(yè)增長加快，正步入一個快速發(fā)展的階段。 2006年國家提出建設(shè)社會主義新農(nóng)村，農(nóng)村電氣化便成為光伏發(fā)電應(yīng)用的主要市場入口， 截止到2006年底，我國太陽能電池的累計裝機(jī)已經(jīng)達(dá)到80麗。近年來，國家又在"973"和 "863"等重大項目中將太陽能電池的發(fā)展也放到了重要的位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、體積小、低噪聲的光伏并網(wǎng)逆變 器。
[0006] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：
[0007] -種單相無工頻變壓器光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器，其組成高頻隔離型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)和采用全橋逆變電路，其中并網(wǎng)系統(tǒng)采用電流控制。
[0008] 所述的一種單相無工頻變壓器光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器，其特征是：單相全橋逆變電 路的設(shè)計中，開關(guān)器件選擇智能功率模塊IPM。
[0009] 所述的一種單相無工頻變壓器光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器，其特征是：光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的 控制規(guī)律作為整個系統(tǒng)的核心算法部分，通過控制規(guī)律可以實現(xiàn)系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行。
[0010] 本發(fā)明采用高頻隔離型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作為我的主電路結(jié)構(gòu)，把主電路分成典 型的兩級式結(jié)構(gòu)，分別為前級的DC/DC變換電路和后級的并網(wǎng)逆變器電路，前級的DC/DC變 換電路采用移相控制實現(xiàn)最大功率的跟蹤，后級的并網(wǎng)逆變部分則采用全橋逆變電路。并 網(wǎng)系統(tǒng)采用電流控制，即以電流源形式并網(wǎng)，控制方法簡單、容易實現(xiàn)。
[0011] 單相全橋逆變電路的設(shè)計中，開關(guān)器件選擇智能功率模塊（IPM)?？紤]到前級DC/ DC變換的輸出額定電壓為450V，考慮一定的安全裕量，開關(guān)器件的耐壓至少因該為前級額 定電壓的2倍，即耐壓值，本次實驗選擇的IPM模塊的型號為PM75RLA120,是日本三菱公司 生產(chǎn)的，其耐壓值是1200V，可以承受的最大輸入電流為75A。
[0012] 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制規(guī)律是整個系統(tǒng)的核心算法部分，通過控制規(guī)律可以實現(xiàn)系 統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行，本課題需要設(shè)計的控制規(guī)律主要分為兩個部分：第一個是前級DC/DC變換 時的最大功率跟蹤控制，該控制算法的主要目的是使光伏電池板發(fā)出的能量盡可能的流入 到后級的電路中，這樣能提高光伏電池板的效率，有效的利用光伏電池板發(fā)出的能量；另 一個則是在后級并網(wǎng)逆變控制時，為了整個系統(tǒng)能順利并網(wǎng)，把直流母線上的電壓逆變成 與電網(wǎng)電壓同頻同相的信號，進(jìn)而實現(xiàn)并網(wǎng)。
[0013] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明采用高頻隔離型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，直流側(cè)與電網(wǎng)側(cè)相 互隔離，不會對電網(wǎng)產(chǎn)生較大的沖擊，而且高頻變壓器體積很小，這樣能節(jié)省很大的空間， 重量相對來說也很輕，適合中、小功率的場合。
【附圖說明】
[0014] 圖1為半橋逆變電路結(jié)構(gòu)；
[0015] 圖2為全橋逆變電路結(jié)構(gòu)；
[0016] 圖3為系統(tǒng)并網(wǎng)控制框圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述：
[0018] 一種單相無工頻變壓器光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器，其組成高頻隔離型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)和采用全橋逆變電路，其中并網(wǎng)系統(tǒng)采用電流控制。
[0019] 其特征是：單相全橋逆變電路的設(shè)計中，開關(guān)器件選擇智能功率模塊IPM。
[0020] 其特征是：光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制規(guī)律作為整個系統(tǒng)的核心算法部分，通過控制規(guī) 律可以實現(xiàn)系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行。
[0021] 對于單相光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)來說，逆變電路可以分為單相全橋和單相半橋拓補(bǔ)結(jié) 構(gòu)。對比這兩個電路，我們?nèi)菀装l(fā)現(xiàn)，單相半橋逆變電路的結(jié)構(gòu)簡單使用的元器件和開關(guān) 器件較少，但是其輸出電壓只能是輸入電壓的一半，這樣在輸出電壓相同的情況下，就必須 把輸入電壓提高2倍，這樣就必須提高開關(guān)管的耐壓。另外，半橋電路需要用到兩個分壓 電容，這就必須保證兩個分壓電容上的電壓平衡，這在實現(xiàn)上是非常復(fù)雜的，會把控制復(fù)雜 化。而單相全橋逆變電路雖然多了兩個開關(guān)器件，但是不用考慮電容分壓等問題，與半橋電 路相比，顯然更適合用在單相光伏并網(wǎng)逆變電路中。
[0022] 下面就全橋電路，簡單介紹其工作原理，如圖2中的全橋逆變電路，流母線電壓為 Udc,當(dāng)開關(guān)管Q1和Q4導(dǎo)通，Q2和Q3關(guān)斷，且電流方向如圖中所示時，輸出電壓為上正、下 負(fù)，這時輸出電壓為+Udc，開關(guān)管控制信號相同，當(dāng)電流方向與圖中相反時，開關(guān)管不導(dǎo)通， 通過與Q1和Q4反并聯(lián)的二極管續(xù)流，這時的電壓仍然是上正、下負(fù)，輸出電壓為+Udc ;當(dāng) 開關(guān)管Q2和Q3導(dǎo)通，Q1和Q4關(guān)斷，電流方向與圖中所標(biāo)方向相反時，輸出電壓為下正、上 負(fù)，這時輸出電壓為-Udc，電流方向與圖中相同時，電流通過與Q2和Q3反并聯(lián)的二極管續(xù) 流，輸出電壓仍然是-Udc。這樣輸出電壓就是介于正負(fù)Udc的方波信號，由于后面與電網(wǎng)相 連，因此在控制開關(guān)管的控制脈沖信號時，就要讓開關(guān)管以一定的規(guī)律輸出，保證輸出為與 電網(wǎng)同頻、同相的正弦信號，這就需要一定的控制規(guī)律，一般采用PWM等調(diào)制方法，另外需 要注意的就是在同一個橋臂上的兩個開關(guān)管不能同時導(dǎo)通，否則會出現(xiàn)直通的危險，燒毀 電路中的元器件，上下橋臂交替導(dǎo)通時需要設(shè)置一定的死區(qū)時間，這樣就可以避免上下橋 臂直通了。
[0023] 結(jié)合圖3,圖3為系統(tǒng)并網(wǎng)控制框圖。逆變部分采用雙閉環(huán)控制策略，即外環(huán)電壓 環(huán)和內(nèi)環(huán)電流環(huán)，再加上電網(wǎng)電壓前饋控制，通過這三種控制，可以使系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行達(dá)到 比較理想的效果。其中U;是逆變器輸入即直流母線電壓給定值，％是直流母線電壓的檢測 值，< 是電流給定信號，i。是逆變器輸出電流的實時檢測值，UN表示電網(wǎng)電壓，us是逆變 器經(jīng)調(diào)節(jié)后的輸出電壓值，Gi(s)是一階濾波環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，G 2(s)是逆變器本身的傳遞 函數(shù)，G3(s)是內(nèi)環(huán)電流環(huán)的PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)，G d(s)是外環(huán)電壓環(huán)的PI調(diào)節(jié)器的傳 遞函數(shù)。
[0024] 圖2中，逆變器的傳遞函數(shù)可以等效成一個一階慣性環(huán)節(jié)，它的傳遞函數(shù)可以表 示為：
【主權(quán)項】
1. 一種單相無工頻變壓器光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器，其組成高頻隔離型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 和采用全橋逆變電路，其中并網(wǎng)系統(tǒng)采用電流控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相無工頻變壓器光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器，其特征是；單 相全橋逆變電路的設(shè)計中，開關(guān)器件選擇智能功率模塊IPM。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單相無工頻變壓器光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器，其特征是；光 伏并網(wǎng)系統(tǒng)的控制規(guī)律作為整個系統(tǒng)的核也算法部分，通過控制規(guī)律可W實現(xiàn)系統(tǒng)的并網(wǎng) 運(yùn)行。
【專利摘要】一種單相無工頻變壓器光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器，其組成高頻隔離型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和采用全橋逆變電路，其中并網(wǎng)系統(tǒng)采用電流控制，結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、體積小、低噪聲的光伏并網(wǎng)逆變器。本發(fā)明采用高頻隔離型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作為我的主電路結(jié)構(gòu)，把主電路分成典型的兩級式結(jié)構(gòu)，分別為前級的DC/DC變換電路和后級的并網(wǎng)逆變器電路，前級的DC/DC變換電路采用移相控制實現(xiàn)最大功率的跟蹤，后級的并網(wǎng)逆變部分則采用全橋逆變電路。并網(wǎng)系統(tǒng)采用電流控制，即以電流源形式并網(wǎng)，控制方法簡單、容易實現(xiàn)。
【IPC分類】H02J3-38, H02M7-5387
【公開號】CN104682758
【申請?zhí)枴緾N201310611268
【發(fā)明人】程美新
【申請人】哈爾濱功成科技創(chuàng)業(yè)投資有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2013年11月26日