分布式電源抗諧波同步控制系統的製作方法
2024-02-09 19:53:15 1
專利名稱：分布式電源抗諧波同步控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種新型分布式電源中抗諧波的同步控制系統，主要應用於併網和並聯分布式電源系統，屬於電力電子和自動控制技術領域。
背景技術：
分布式電源是集中式電網的有效補充，在電網故障時可以獨立為本地負載供電，提高了供電可靠性，是各國電力系統改造的重點內容之一。同時，分布式電源是太陽能、風能等新能源發電的主要方式，性能良好的分布式電源是可再生能源的大規模應用的必要條件。在分布式電源並聯運行時要求各個分布式電源輸出電壓幅度、頻率、相位都相同，而分布式電源併網發電時要求輸出電流與電網電壓同頻同相，因此需要對分布式電源的輸出進行頻率和相位的同步控制。目前分布式電源同步控制系統研究較多的是利用硬體過零信號作為反饋，利用DSP進行同步控制。單純利用硬體過零信號的方法由於硬體電路的局限性不能減小分布式電源產生的諧波對同步控制的幹擾，影響了併網和並聯運行的穩定性；同時DSP進行同步控制對控制系統資源佔用較大，不利於系統的功能擴展。
實用新型內容本實用新型目的是針對目前分布式電源控制系統抗諧波幹擾能力差的問題，提出了一種分布式電源抗諧波同步控制系統，該系統採用FPGA控制，同時利用硬體過零信號和AD採樣數位訊號作為反饋，並通過軟體計算減小諧波對過零信號準確度的影響，從而提高分布式電源同步控制系統的精度和穩定度。本實用新型提供的分布式電源抗諧波同步控制系統包括由直流發電裝置(11)和DC/AC轉換器(12)組成的分布式電源(1)，由電流傳感器01)、電壓傳感器02)、以及電流傳感器和電壓傳感器各自對應的硬體過零檢測電路(23、2幻和AD採樣電路(M、26)組成的採樣和信號調理電路O)，及FPGA控制(3)；所述的直流發電裝置與DC/AC轉換器連接，DC/AC轉換器的輸出分別連接採樣和信號調理電路中的電流傳感器和電壓傳感器02)，電流傳感器和電壓傳感器(22)的輸出分別與各自對應的硬體過零檢測電路(23、25)和AD採樣電路(M、26)連接，兩個硬體過零檢測電路(23、25)和兩個AD採樣電路(M、26)的四路輸出同時接入FPGA控制，FPGA控制生成的四路SVPWM調製波輸出連接分布式電源中的DC/AC轉換器的四個開關器件。分布式電源中的DC/AC轉換器連接四個IGBT作為開關器件，四個IGBT的柵極分別與FPGA控制系統的控制端連接。所述的直流發電裝置通過DC/AC轉換器轉換為交流電實現分布式電源併網和並聯運行；信號調理電路將DC/AC轉換器輸出的電流和網側電壓分別轉換為硬體過零信號和AD採樣數位訊號接入FPGA控制；FPGA控制對輸出電流和網側電壓各自對應的硬體過零信
3號和AD採樣數位訊號進行處理，經內部鑑頻鑑相和DPLL模塊計算，最終由SVPWM生成模塊生成四路SVPWM調製波控制DC/AC轉換器的四個開關器件。所述的硬體過零檢測電路將傳感器輸入的波形信號轉換為過零方波信號接入FPGA控制，AD採樣電路將傳感器輸入的模擬信號經由AD轉換器轉換為數位訊號接入FPGA控制；所述的FPGA輸入信號包括輸出電流硬體過零信號、AD採樣數位訊號和網側電壓硬體過零信號、AD採樣數位訊號4個，在FPGA內部由AD採樣數位訊號計算生成並通過硬體過零信號校正相位分別生成輸出電流和網側電壓的反饋信號，FPGA內部的鑑頻鑑相和DPLL模塊根據輸出電流和網側電壓的反饋信號計算DC/AC轉換器輸出交流電的頻率和相位，通過FPGA內部的SVPWM生成模塊產生相應的SVPWM調製信號控制DC/AC轉換器輸出的相位和頻率。本實用新型設計的分布式電源抗諧波同步控制系統對同一傳感器輸出信號採用硬體過零信號和AD採樣數位訊號兩種輸入的方式，經FPGA計算相對應的反饋信號，此種方法可使該反饋信號同時具備精確度高、抗諧波幹擾能力好的優點，有助於提高分布式電源同步控制的準確度，從而提高分布式電源並聯和併網運行的穩定性。本實用新型的優點和積極效果1、分布式電源通過DC/AC轉換器將電能轉化為交流電，通過同步控制器控制該交流電的頻率和相位，實現穩定的併網或並聯運行。2、同步控制採用了硬體過零信號和AD採樣信號兩種反饋信號，硬體過零信號相位差小，AD採樣信號穩定性好、波形信息豐富，通過FPGA內部對二者的處理可以生成精度高、抗諧波幹擾能力強的反饋信號，增強了同步控制的準確性。3、本系統根據實時檢測DC/AC轉換器輸出電流和網側電壓，經同步控制後通過FPGA內部模塊生成SVPWM調製波形控制DC/AC轉換器的四個開關器件，使輸出電流與網側電壓頻率和相位相同，系統始終以單位功率因數運行。4、該同步控制系統使用FPGA控制，並行處理能力強，自動化程度高，有助於功能擴展，同時為設計專用集成電路打下基礎。
圖1是總體結構圖；圖2是原理框圖；圖3是電路原理圖；圖4是FPGA控制原理圖；圖5是FPGA控制結構圖。下面結合說明書附圖對本實用新型作進一步說明。
具體實施方式
實施例1如圖1所示，本實用新型提供的分布式電源抗諧波同步控制系統，包括分布式電源1、採樣和信號調理電路2、FPGA控制3。如圖2所示，分布式電源包括直流發電裝置11和DC/AC轉換器12 ；採樣和信號調理電路包括電流傳感器21、電壓傳感器22、過零檢測電路23和25、AD採樣電路對和26，所述的電流傳感器用於檢測DC/AC轉換器輸出電流，所述的電壓傳感器用於檢測DC/AC轉換器網側的電壓，所述的兩個過零檢測電路分別將電流傳感器和電壓傳感器輸出轉化為過零信號，輸出接FPGA控制，所述的兩個AD採樣電流分別將電流傳感器和電壓傳感器輸出轉化為數位訊號，輸出接FPGA控制；FPGA控制的輸出信號連接到DC/AC轉換器。如圖3所示，直流發電裝置連接DC/AC轉換器，FPGA輸出四路SVPWM信號控制DC/AC轉換器的四個開關器件將直流電轉換為制定頻率和相位的交流電併入交流母線。本實用新型的原理及控制過程圖2為原理框圖、圖3是電路原理圖、圖4是FPGA控制原理圖、圖5是FPGA控制結構圖。其中主電路為分布式電源中的DC/AC轉換器，生成制定頻率和相位的交流電；控制系統FPGA利用採樣和信號調理電路的反饋信號產生控制主電路中四個開關器件的SVPWM調製波。本實用新型中採樣和信號調理電路設計了過零檢測電路(23、25)和AD採樣電路(24,26)如圖2、圖3所示。同步控制原理如下系統運行時由兩個傳感器21和22分別測量DC/AC轉換器的輸出電流Ia和網側電壓Ua，分別經由過零檢測電路轉化為硬體過零信號Iz、Uz和AD採樣電路轉化為數字量IcUUd後，將信號送入FPGA控制系統3。FPGA對數位訊號IcUUd進行低通濾波後通過軟體過零程序計算，該軟體過零程序對數位訊號進行諧波分析，減小諧波對頻率、相位信息的幹擾，生成高穩定性的軟體過零信號，該軟體過零信號與經過方波消抖的硬體過零信號Iz、Uz輸入同步處理模塊，消除軟體計算過程中引入的相位差約和外，實現了反饋信號的處理。電壓反饋信號經過鑑頻模塊獲取網側的頻率f，電壓和電流反饋模塊經過鑑相模塊獲取當前輸出電流與網側電壓的相位差Δ識，將 \Δ識輸入數字鎖相DPLL控制模塊計算輸出所需的頻率、相位值，經由SVPWM生成模塊產生四路SVPWM調製波控制DC/AC輸出正弦波，實現輸出電流與網側電壓同頻同相以單位功率因數運行。
權利要求1.一種分布式電源抗諧波同步控制系統，其特徵在於該系統包括由直流發電裝置 (11)和DC/AC轉換器(12)組成的分布式電源(1)，由電流傳感器01)、電壓傳感器02)、 以及電流傳感器和電壓傳感器各自對應的硬體過零檢測電路(23、25)和AD採樣電路04、 26)組成的採樣和信號調理電路0)，及FPGA控制(3)；所述的直流發電裝置與DC/AC轉換器連接，DC/AC轉換器的輸出分別連接採樣和信號調理電路中的電流傳感器和電壓傳感器0 ，電流傳感器和電壓傳感器02)的輸出分別與各自對應的硬體過零檢測電路(23、25)和AD採樣電路(M、26)連接，兩個硬體過零檢測電路03、25)和兩個AD採樣電路04 J6)的四路輸出同時接入FPGA控制，FPGA 控制生成的四路SVPWM調製波輸出連接分布式電源中的DC/AC轉換器的四個開關器件。
2.根據權利要求1所述的同步控制系統，其特徵在於分布式電源中的DC/AC轉換器連接四個IGBT作為開關器件，四個IGBT的柵極分別與FPGA控制系統的控制端連接。
專利摘要分布式電源抗諧波同步控制系統，包含由直流發電裝置和DC/AC轉換器組成的分布式電源、由傳感器、硬體過零檢測電路和AD採樣電路組成的採樣和信號調理電路、FPGA控制。其中兩個傳感器分別測量DC/AC轉換器輸出電流和網側電壓，二者分別通過硬體過零檢測電路和AD採樣電路轉換為硬體過零信號和AD採樣數位訊號，四路信號接入FPGA控制。FPGA控制輸出連接至分布式電源，控制其中的DC/AC轉換器。本實用新型提出一種利用FPGA控制，同時利用硬體過零信號和AD採樣數位訊號作為反饋的抗諧波同步控制系統，該同步控制系統有助於提高分布式電源併網和並聯運行的穩定性。
文檔編號H02J3/38GK202333839SQ20112049850
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月5日 優先權日2011年12月5日
發明者殷傑, 程如歧, 趙庚申, 趙耀, 郭天勇 申請人:南開大學