CN101976854A - 光伏发电单相并网逆变器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏发电单相并网逆变器，包括逆变电路、滤波电路、DSP主控单元、信号检测单元、保护电路、工频隔离变压器、逆变驱动电路、辅助电源电路、人机交互模块、并机通信接口，所述逆变电路是单相全桥式结构，直流电经逆变、滤波，再送至工频隔离变压器隔离、升压，所述信号检测单元采样直流电压、电流和交流侧并网电流、电网电压信号，通过DSP主控单元处理产生SVPWM信号，SVPWM信号经过逆变驱动电路推动逆变电路工作，所述保护电路可封锁逆变驱动电路对并网逆变器形成保护。本发明输出电压稳定，太阳能电池直流电压效率达到95%以上，发电功率因数高于0.95。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏发电装置，尤其涉及一种光伏发电单相并网逆变器，属于光伏发电设备技术领域。
背景技术
目前，传统的石化能源消费方式与经济发展、环境保护的矛盾越来越突出。人们逐步认识到人类必须走可持续发展道路，大力开发和利用可再生能源。在可再生能源的家族中，资源量最大、分布最普遍的是太阳能。光伏发电技术就是利用太阳能电池有效吸收太阳光能，并使之转化为电能。并网逆变器是光伏发电并网***中的关键环节和重要设备，现有的并网逆变器采用SPWM(Sinusoidal PWM)法进行脉宽调制，以输出波形尽量接近正弦波为目的,从而忽视了直流电压的利用率, 其直流电压利用率仅为85%。因此，设计一种新型的光伏发电并网逆变器，提高直流电压利用率具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏发电单相并网逆变器，与太阳能电池配合使用，输出电压稳定，纯净的电源波，解决现有技术直流电压利用率低的技术问题。
光伏发电单相并网逆变器，包括逆变电路1、滤波电路2、DSP主控单元3、信号检测单元4、保护电路5、工频隔离变压器6、逆变驱动电路7、辅助电源电路8、人机交互模块9、并机通信接口10，所述逆变电路1是单相全桥式的逆变电路结构，太阳能电池输入直流电到逆变电路1进行逆变，然后经滤波电路2滤波，再送至工频隔离变压器6隔离、升压，所述信号检测单元4采样太阳能电池输入的电压、电流和交流侧的并网电流、电网电压信号，通过DSP主控单元3处理，产生SVPWM控制信号，SVPWM控制信号经过逆变驱动电路7推动逆变电路1工作，所述保护电路5由DSP主控单元3控制，封锁逆变驱动电路7对并网逆变器形成保护，所述辅助电源电路8提供工作电源,所述人机交互模块9与DSP主控单元3相连，用于控制键盘、显示器，所述并机通信接口10与DSP主控单元3相连，用于多个并网逆变器之间的并机通讯。
本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：
前述光伏发电单相并网逆变器，其中DSP主控单元3以TMS320LF2407为控制芯片，信号检测单元4采样的电网电压、并网电流、太阳能电池电压、太阳能电池电流分别输入到TMS320LF2407芯片的4路AD采样通道中，电网电压和并网电压的过零点信号输入TMS320LF2407芯片的CAP1、CAP2以捕获电网电压和并网电压相位，实现并网锁相，所述人机交互模块9接于TMS320LF2407芯片的SCI通讯接口，并机通信接口10接于CAN总线通信模块，TMS320LF2407芯片输出4路带死区控制的SVPWM信号至逆变驱动电路7，保护电路5接于TMS320LF2407芯片的PDPINTA引脚。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：基于SVPWM (Space Vector Pulse Width Modulation空间矢量脉宽调制)高效调制技术的数字化光伏发电单相并网逆变器，与太阳能电池配合使用，输出电压稳定，纯净的电源波，太阳能电池直流电压效率达到95%以上，发电功率因数高于0.95，能实现并网和独立运行的自动（或手动）平滑切换。
附图说明
图1是单相光伏并网逆变器的***结构图；
图2是单相并网逆变主电路拓扑结构图；
图3是控制***硬件框图；
图4是主控单元电路工作电源电路图；
图5是交流电压采样以及频率相位捕获图；
图6是太阳能电池电压检测电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，光伏发电单相并网逆变器，包括逆变电路1、滤波电路2、DSP主控单元3、信号检测单元4、保护电路5、工频隔离变压器6、逆变驱动电路7、辅助电源电路8、人机交互模块9、并机通信接口10。所述逆变电路1是单相全桥式的逆变电路结构，太阳能电池输入直流电到逆变电路1进行逆变，然后经滤波电路2滤波，再送至工频隔离变压器6隔离、升压。所述信号检测单元4采样太阳能电池输入的电压、电流和交流侧的并网电流、电网电压信号，通过DSP主控单元3处理，产生SVPWM控制信号，SVPWM控制信号经过逆变驱动电路7推动逆变电路1工作。所述保护电路5由DSP主控单元3控制，封锁逆变驱动电路7对并网逆变器形成保护。所述辅助电源电路8为各部分提供工作电源。所述人机交互模块9与DSP主控单元3相连，通过DSP的串口通信接口与上位单片机键盘显示控制***即人机交换模块进行通信，将并网逆变器的运行参数或故障诊断通过LCD显示出来，同时通过键盘也可将***指令信号或键盘修改后的参数传给DSP，以便DSP修正***运行参数，保证***正常运行。所述并机通信接口10与DSP主控单元3相连，用于多个并网逆变器之间的并机通讯。
如图2所示为单相并网逆变器的逆变电路1的拓扑结构，它的拓扑结构为一个H桥，逆变器件使用IGBT，通过IGBT的换相，直流能量转换成适合于馈入电网的交流能量，由于电网反映电源的特性，因此馈入电网的能量应以电流源的形式出现。通过交流侧电感的滤波作用，逆变桥输出的SVPWM电压波形转换成适合于馈入电网的正弦波电流，太阳能电池直流电压效率达到95%以上。
如图3所示，本实施例的DSP主控单元3以TMS320LF2407为控制芯片，信号检测单元4采样的电网电压、并网电流、太阳能电池电压、太阳能电池电流分别输入到TMS320LF2407芯片的4路AD采样通道中，电网电压和并网电压的过零点信号输入TMS320LF2407芯片的CAP1、CAP2以捕获电网电压和并网电压相位，实现并网锁相，所述人机交互模块9接于TMS320LF2407芯片的SCI通讯接口，并机通信接口10接于CAN总线通信模块，TMS320LF2407有两个事件管理模块（EWA、EWB）共能输出16路PWM信号，各有3个全比较单元，能输出6对带死区控制的（由程序控制）PWM信号。本发明中只需要控制全桥逆变器的4个IGBT，因此只用到其中一个事件管理模块（EWA）的4路PWM信号。TMS320LF2407芯片输出4路带死区控制的SVPWM信号至逆变驱动电路7，保护电路5接于TMS320LF2407芯片的PDPINTA引脚。
图4为主控单元电路工作电源电路图，在主控制单元电路中，有部分电路工作电压为5V，而其它电路工作电压为3.3V，同时，还包括高速数字电路（CPLD）和模拟采样电路的工作电源***，因此，主控单元电路的工作电源***需要精心设计。从POWER_IN端口输入12V电压经过三端稳压器件得到5V工作电源。另外，为了得到3.3V的工作电源，还必须采用输出电压值为3.3V的电源芯片，本实施例选TI的TPS76833，它输出的最大电流为1A，还带有200ms延时的上电复位功能。
图5为交流电压采样以及频率相位捕获图，在光伏并网逆变器中，要求并网电压频率、相位必须保持与电网电压频率、相位一致，因此DSP主控单元需要捕获电网电压的频率和相位信号。由过零检测电路得到电网电压和并网电压的过零点，也就是转换得到的方波，通过DSP的CAP1、CAP2捕获电网电压和逆变电压相位，从而实现并网锁相。具体实现是这样的：AC220V交流电压通过端子J1引入，经过限流电阻R1产生小于2mA的电流，此电流信号经T1（2 mA /2mA）电压互感器隔离，在T1的次级3、4脚产生与原边同样大小的小电流信号，再经过采样电阻R3、精密运放U1（0P27），在U1的6脚产生-1.65V～+1.65V双极***流正弦波电压，其中R4、C1为相位补偿电路。由于DSP只能采集单极电压，需要通过电阻R5、R6是把双极性-1.65V～+1.65V电压在端点AD1转换成单极性0～3.3V正弦波电压提供给DSP的AD采样口采样，其中D1、D2是电压嵌位二极管。同时单极性0～3.3V正弦波电压还引入到比较器U2A（LM393）的2脚，其中通过分压电阻R7、R8得到1.65V的基准电压引入到U2A（LM393）的3脚，单极性0～3.3V正弦波电压与1.65V基准电压比较，在U2A的1脚产生与正弦波相反的方波信号，但必须通过反相器U3A（74HC14）把U2A的1脚的方波信号反相，得到与正弦波同相的方波信号，提供给DSP捕获口CAP1、CAP2捕获，计算得到电网电压和并网电压的相位和频率。
图6为太阳能电池电压检测电路图，在此电路中主要运用到U1(A7840)线性光耦，它的主要功能是强、弱电信号的隔离，它的最大输入电压为320mV，差分信号输出方式。内部输入电路有放大作用，且为高阻抗输入，能不失真的传输毫伏级交、直流信号，输出信号作为后级运算放大器差分输入信号，具有1000倍左右的电压放大倍数。在此电路中，DC+接太阳能电池组正级，DC-接太阳能电池组负极，太阳能电池电压通过分压电阻R1、R2分压，得到200mV～300mV电压，此电压信号经电阻R3引入到U1（A7840）的的2、3输入脚上，经U1实施强、弱电隔离后，形成差分信号输入到U2（OP27）运算放大器的2、3脚，本级电路接成电压跟随器，输出端DCOUT送入TMS320LF2407的AD采样端，通过AD采样计算出实时的太阳能电池板电压。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。
Claims (2)
1.一种光伏发电单相并网逆变器，其特征在于，包括逆变电路（1）、滤波电路（2）、DSP主控单元（3）、信号检测单元（4）、保护电路（5）、工频隔离变压器（6）、逆变驱动电路（7）、辅助电源电路（8）、人机交互模块（9）、并机通信接口（10），所述逆变电路（1）是单相全桥式的逆变电路结构，太阳能电池输入直流电到逆变电路（1）进行逆变，然后经滤波电路（2）滤波，再送至工频隔离变压器（6）隔离、升压，所述信号检测单元（4）采样太阳能电池输入的电压、电流和交流侧的并网电流、电网电压信号，通过DSP主控单元（3）处理，产生SVPWM控制信号，SVPWM控制信号经过逆变驱动电路（7）推动逆变电路（1）工作，所述保护电路（5）由DSP主控单元（3）控制，封锁逆变驱动电路（7）对并网逆变器形成保护，所述辅助电源电路（8）提供工作电源,所述人机交互模块（9）与DSP主控单元（3）相连，用于控制键盘、显示器，所述并机通信接口（10）与DSP主控单元（3）相连，用于多个并网逆变器之间的并机通讯。
2.如权利要求1所述的光伏发电单相并网逆变器，其特征在于，所述DSP主控单元（3）以TMS320LF2407为控制芯片，信号检测单元（4）采样的电网电压、并网电流、太阳能电池电压、太阳能电池电流分别输入到TMS320LF2407芯片的4路AD采样通道中，电网电压和并网电压的过零点信号输入TMS320LF2407芯片的CAP1、CAP2以捕获电网电压和并网电压相位，实现并网锁相，所述人机交互模块（9）接于TMS320LF2407芯片的SCI通讯接口，并机通信接口（10）接于CAN总线通信模块，TMS320LF2407芯片输出4路带死区控制的SVPWM信号至逆变驱动电路（7），保护电路（5）接于TMS320LF2407芯片的I/O接口。
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