基於lcl濾波的太陽能光伏併網逆變器控制系統的製作方法
2023-10-07 01:33:54
專利名稱：基於lcl濾波的太陽能光伏併網逆變器控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及清潔能源併網發電領域，特別是一種用於太陽能併網發電的 逆變器，具體地說是一種基於LCL濾波的太陽能光伏併網逆變器控制系統。
背景技術：
隨著溫室氣體的大量排放，溫室效應的不斷加劇，我們懶以生存的地球 環境不斷惡化，加上能源危機，採用清潔能源來替代傳統能源是迫在眉睫的。 近年來，光伏電池技術的進步，使太陽能光伏發電的效率不斷提高，成本不 斷降低，因此採用太陽能光伏發電替代傳統能源發電成為許多國家的首選， 我國太陽能資源豐富，全國三分之二的國土面積年日照小時數在2200小時以 上，沙漠面積大，具有發展太陽能的巨大潛力。太陽能利用過程清潔，能夠 有效減少溫室氣體的排放，是最具發展潛力的可再生能源。
光伏逆變器分為"離網型"和"併網型"兩種，"離網型"光伏逆變器主要用 於偏遠山區等用電困難的地區，主要解決生活之需；"併網型"的光伏逆變器 又稱變流器將電能直接送入公共電網，具有巨大潛力。然而，當前光伏併網 逆變器的可靠性差、穩定性弱、效率低，最大能量追蹤、電流諧波和功率因 數等方面均存在不足，整個太陽能光伏併網逆變器控制系統的穩定性和可靠 性不高，不能滿足現有發展的需要。
發明內容
本發明的目的是針對現有的光伏發電系統的穩定性差、性能不好、效率 低，可靠性不高的問題，提出一種採用LCL濾波器的穩定性好、性能強、效 率高，可靠性大的基於LCL濾波的太陽能光伏併網逆變器控制系統。
本發明的技術方案是一種基於LCL濾波的太陽能光伏併網逆變器控制系統，它包括光伏陣 列、電磁幹擾濾波器即EMI濾波器，功率模塊、LCL濾波器、隔離變壓器 TB1、採樣電路、濾波電路和控制器，光伏陣列吸收太陽光能，並將光信號 轉換為電信號，光伏陣列的輸出接EMI濾波器的對應的輸入端，EMI濾波器 的輸出端接功率模塊的對應的輸入端，功率模塊的信號輸出端接LCL濾波器 的輸入端，LCL濾波器的輸出端接隔離變壓器TBI的輸入端，隔離變壓器 TB1的輸出端接電網，光伏陣列的輸出端與採樣電路的信號輸入端相連，採 樣電路的信號輸出端接濾波電路的信號輸入端，濾波電路的信號輸出端接控 制器的對應信號輸入端，控制器的另一個信號輸入端接EMI濾波器的信號輸 出端，控制器的信號輸出端作為基於LCL濾波的太陽能光伏併網逆變器控制 系統的輸出接功率模塊的對應被控端。
本發明的功率模塊包括電容Cl和絕緣柵極雙極電晶體Tl-T6，電容Cl 的兩端作為功率模塊的輸入並接在EMI濾波器的兩端，串聯絕緣柵極雙極晶 體管T1、 T2，串聯絕緣柵極雙極電晶體T3、 T4和串聯絕緣柵極雙極電晶體 T5、 T6均並接在電容C1的兩端。
本發明的LCL濾波器包括電感U-L6、電阻RL1-RL3和電容C2-C4，串 聯電感L1、 L2，串聯電感L3、 L4和串聯電感L5、 L6的一端分別與絕緣柵 極雙極電晶體T1、 T2的連接點，絕緣柵極雙極電晶體T3、 T4的連接點和絕 緣柵極雙極電晶體T5、 T6的連接點相連，串聯電感L1、 L2，串聯電感L3、 L4和串聯電感L5、L6的另一端分別接隔離變壓器TB1的各對應信號輸入端， 電感L1、 L2的連接點，電感L3、 L4的連接點和電感L5、 L6的連接點分別 接串聯電阻RL1、電容C2，串聯電阻RL2、電容C3和串聯電阻RL1、電容 C2，電容C2-C4的非接電阻端相連。
本發明的有益效果
本發明是採用LCL濾波器"併網型"的光伏逆變器，它的科技含量更高， 產品的附加值大，替代傳統能源發電能有效減少溫室氣體的排放。
本發明的LCL濾波器在電容支路中串連了電阻，在交流側通過電壓與電 流傳感器取出電流電壓信號，參與同步信號控制，並對三相abc電流進行dq坐標變換，採用空間矢量脈寬調製SVPWM的調製方式，能有效的利用直流 電壓和降低電流諧波。解決LCL濾波器在實際運行中產生諧振，導致系統的 不穩定的問題
圖1是本發明的原理框圖。 圖2是本發明的電原理圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。
如圖1所示， 一種基於LCL濾波的太陽能光伏併網逆變器控制系統，它 包括光伏陣列P1、電磁幹擾濾波器即EMI濾波器，功率模塊、LCL濾波器、 隔離變壓器TB1、採樣電路、濾波電路和控制器(可採用TI公司的高速DSP 控制器，型號可為TMS320LF2407)，光伏陣列吸收太陽光能，並將光能轉換 為電能，光伏陣列的輸出接EMI濾波器的對應的輸入端，EMI濾波器的輸出 端接功率模塊的對應的輸入端，功率模塊的輸出端接LCL濾波器的信號輸入 端，LCL濾波器的輸出端接隔離變壓器TBI的輸入端，隔離變壓器TB1的 輸出端通過幵關模塊接電網，光伏陣列的輸出端與採樣電路的信號輸入端相 連，採樣電路的信號輸出端接濾波電路的信號輸入端，濾波電路的信號輸出 端接控制器的對應信號輸入端，控制器的另一個信號輸入端接EMI濾波器的 信號輸出端，控制器的信號輸出端作為基於LCL濾波的太陽能光伏併網逆變 器控制系統的輸出接功率模塊的對應被控端。
本發明的開關模塊包括充電電阻R1-R3、充電接觸器KM1、接觸器KM2、
斷路器QA2和交流EMI濾波器，隔離變壓器TBI的輸出通過開關模塊送入 電網。
本發明的功率模塊包括電容Cl和絕緣柵極雙極電晶體Tl-T6即IGBT Tl-T6，電容Cl的兩端作為功率模塊的輸入並接在EMI濾波器的兩端，串 聯絕緣柵極雙極電晶體T1、 T2，串聯絕緣柵極雙極電晶體T3、 T4和串聯絕
5緣柵極雙極電晶體T5、 T6均並接在電容C1的兩端。
本發明的LCL濾波器包括電感L1-L6、電阻RL1-RL3和電容C2-C4，串 聯電感L1、 L2，串聯電感L3、 L4和串聯電感L5、 L6的一端分別與絕緣柵 極雙極電晶體T1、 T2的連接點，絕緣柵極雙極電晶體T3、 T4的連接點和絕 緣柵極雙極電晶體T5、 T6的連接點相連，串聯電感L1、 L2，串聯電感L3、 L4和串聯電感L5、L6的另一端分別接隔離變壓器TB1的各對應信號輸入端， 電感L1、 L2的連接點，電感L3、 L4的連接點和電感L5、 L6的連接點分別 接串聯電阻RL1、電容C2，串聯電阻RL2、電容C3和串聯電阻RL1、電容 C2，電容C2-C4的非接電阻端相連。
本發明的控制器包括最大能量追蹤MPPT單元、第一比例和積分調節器、 第二比例和積分調節器、第一加法器、第二加法器、將兩相同步旋轉坐標系
下的電流idq轉換成三相靜止坐標系下的三相電流iabe的單元即idq/i^坐標變
換單元和將三相靜止坐標系下的三相電流iabe轉換成兩相同步旋轉坐標系下
的電流idq的單元即W/idq坐標變換單元，控制器的控制過程包括以下步驟
(a) .控制器的最大能量追蹤MPPT單元根據所採集的光伏陣列輸出的電壓 信號Ude和電磁幹擾濾波器即EMI濾波器輸出的電流信號進行計算得到優化 的電壓信號Ud/;
(b) .光伏陣列輸出的電壓信號Ude和優化的電壓信號U^通過第一加法器的 電壓輸出信號經第一比例和積分調節器即第一 PI調節器得到電流信號iq'並
傳送至第二加法器；
(c) .在隔離變壓器TBl的輸出端採集三相電流信號，將三相靜止坐標系下
的三相電流iabe轉化成兩相同步旋轉坐標系下的電流idq，並將得到的電流有 功分量iq傳送至第二加法器與電流指令信號的有功分量ic/進行計算，並將得
到的電流信號傳輸至將兩相同步旋轉坐標系下的電流idq轉換成三相靜止坐
標系下的三相電流iabe的單元中即idq/iabe坐標變換單元；
(d) .在iabe/idq坐標變換單元輸出的電流的無功分量id與控制器的功率因數 外環單元的無功分量i/相加減通過第二比例和積分調節器即第二 PI調節器 送至idq/iabe坐標變換單元；(e).idq/iabe坐標變換單元的輸出通過空間矢量脈寬調製單元後作為控制輸出 控制功率模塊的絕緣柵極雙極電晶體T i -T6 。 具體實施時
如圖2所示，由太陽能電池光伏陣列轉化來直流電經由直流斷路器QA1 ， 由直流EMI濾波器濾波後進入功率模塊，功率模塊由電容Cl與絕緣柵極雙 極電晶體T1一T6組成，三相脈衝寬度調製PWM調製波經過LCL濾波器濾 波成正弦波後經由隔離變壓器TB1、接觸器KM2、斷路器QA2、交流EMI 濾波器送入電網，其中LCL濾波器由電感L1一L6、電阻RL1—RL2、電容 C2—C4組成，電阻R1—R3是充電電阻，接觸器KM1為充電接觸器。光伏 陣列Pl是一種非線性的直流源，其電源特性可以視為一個恆壓源和恆流源 的組合。隨工作狀態變化，光伏陣列的功率端電壓/電流曲線存在一個最大功 率輸出點。影響功率點的兩個主要因素為光照強度和陣列表面溫度。在實施 時，需要控制光伏陣列運行於其最大功率點附近，充分利用輸出功率。通過傳 感器檢測出光伏陣列的電壓與電流，經過計算得出功率。
採用LCL濾波可以有效地減小電流中的高次諧波成份。在低於諧振頻率 時，LCL濾波器可以看成電感值為2個電感之和的L濾波器,且比L濾波的 電感值小，LCL濾波可以採用相對較小的濾波元件，減小了濾波器的體積。針 對LCL濾波器在實際運行中會產生諧振，導致系統的不穩定的問題，本發明 專利在電容支路中串連了電阻，在交流側通過電壓與電流傳感器取出電流電 壓信號，參與同步信號控制，並對三相abc電流進行dq坐標變換，採用空間 矢量脈寬調製SVPWM調製方式，能有效的利用直流電壓和降低電流諧波。
本發明未涉及部分均與現有技術相同或可採用現有技術加以實現。
權利要求
1、一種基於LCL濾波的太陽能光伏併網逆變器控制系統，其特徵是它包括光伏陣列、電磁幹擾濾波器即EMI濾波器，功率模塊、LCL濾波器、隔離變壓器TB1、採樣電路、濾波電路和控制器，光伏陣列吸收太陽光能，並將光信號轉換為電信號，光伏陣列的輸出接EMI濾波器的對應的輸入端，EMI濾波器的輸出端接功率模塊的對應的輸入端，功率模塊輸出端接LCL濾波器的輸入端，LCL濾波器的輸出端接隔離變壓器TB1的輸入端，隔離變壓器TB1的輸出端接電網，光伏陣列的輸出端與採樣電路的信號輸入端相連，採樣電路的信號輸出端接濾波電路的信號輸入端，濾波電路的信號輸出端接控制器的對應信號輸入端，控制器的另一個信號輸入端接EMI濾波器的信號輸出端，控制器的信號輸出端作為基於LCL濾波的太陽能光伏併網逆變器控制系統的輸出接功率模塊的對應被控端。
2、 根據權利要求1的基於LCL濾波的太陽能光伏併網逆變器控制系統，其特徵是所述的功率模塊包括電容Cl和絕緣柵極雙極電晶體Tl-T6，電容CI的兩端作為功率模塊的輸入並接在EMI濾波器的兩端，串聯絕緣柵極雙極電晶體T1、 T2,串聯絕緣柵極雙極電晶體T3、 T4和串聯絕緣柵極雙極電晶體T5、 T6均並接在電容C1的兩端。
3、 根據權利要求1的基於LCL濾波的太陽能光伏併網逆變器控制系統，其特徵是所述的LCL濾波器包括電感L1-L6、電阻RL1-RL3和電容C2-C4，串聯電感U、 L2，串聯電感L3、 L4和串聯電感L5、 L6的一端分別與絕緣柵極雙極電晶體T1、 T2的連接點，絕緣柵極雙極電晶體T3、 T4的連接點和絕緣柵極雙極電晶體T5、 T6的連接點相連，串聯電感L1、 L2，串聯電感L3、L4和串聯電感L5、L6的另一端分別接隔離變壓器TB1的各對應信號輸入端，電感L1、 L2的連接點，電感L3、 L4的連接點和電感L5、 L6的連接點分別接串聯電阻RL1、電容C2，串聯電阻RL2、電容C3和串聯電阻RL1、電容C2，電容C2-C4的非接電阻端相連。
全文摘要
一種基於LCL濾波的太陽能光伏併網逆變器控制系統，它包括光伏陣列、電磁幹擾濾波器即EMI濾波器，功率模塊、LCL濾波器、隔離變壓器TB1、採樣電路、濾波電路和控制器，本發明的控制器包括最大能量追蹤MPPT單元，MPPT採用基於模擬退火法和遺傳算法的混合算法的智能算法，混合優化算法是以遺傳算法運算流程作為主體流程，把模擬退火機制融入其中，用以進一步調整優化指令數據，本發明具有穩定性好、性能強、效率和可靠性高的優點。
文檔編號H02J3/38GK101494385SQ200910025089
公開日2009年7月29日 申請日期2009年2月18日 優先權日2009年2月18日
發明者成 徐, 蒲延洲 申請人:常州瑞閃新能源有限公司