光伏逆变电路并网用控制系统

本技术属于光伏并网控制，尤其涉及一种光伏逆变电路并网用控制系统。

背景技术：

1、光伏发电作为一种清洁、可再生、分布式的能源形式，未来，光伏发电将成为全球能源供应的重要组成部分。光伏板作为光伏发电的一部分，通常分硅晶体板和薄膜板两种。常见的硅晶体板最大光照功率密度通常为1000w/㎡。例如某型额定电压600v的硅晶半导体pv板，伏安特性和功率特性如图1～3所示，当光照强度在200w/㎡～1000w/㎡之间变化时，其最大功率点电压将在440v～720v之间变化。

2、为对光伏发出的电能进行使用，需使用到逆变环节，目前常用的光伏并网逆变电路，它的可靠性和成熟度决定光伏发电的推广程度。光伏并网逆变电路通常由最大功率跟踪(mppt)部件、母线和并网逆变电路三个部分构成。

3、大功率跟踪(mppt)部件分为双极mppt方式和单级mppt方式。

4、双极mppt方式：mppt通常由boost升压电路构成，用于根据光照强度提取当前光伏板组串(pv)最大功率，将电能输送至母线；母线用于暂时存储电能，为mppt部件和逆变电路之间的能量传递起到缓冲作用。

5、并网逆变电路用于将母线的直流电电能转换为某种规格的三相交流电送入电网，这种光伏逆变电路为双级mppt方式，即先通过boost升压导入pv电能，使母线处于较高电压，再通过逆变电路进行略微降压和并网调节，转为交流电导入电网。

6、当boost电路输入能量与逆变电路的输出能量达到平衡，且boost电路吸收的能量能够与pv当前功率匹配时，系统即达到稳定工作状态。

7、这一方式适用于：pv在不同光照条件下，尤其是日出日落即光伏逆变电路启动和停机时，最大功率点对应的电压值有较大的浮动范围，而并网逆变需要相对固定的电压规格，例如380v的并网逆变电路，需要的母线电压略高于峰峰值的620v。故需要先将pv输入的电能升压到某一固定电压值(例如640v)输入母线，方便后续进行并网逆变。升压过程中通过吸收适当的电流使pv电压处于最大功率点附近，即可实现最大功率跟踪。

8、单级mppt方式：单级mppt方式通过逆变电路输出的正弦脉宽调制波(spwm)的降压调压功能进行功率跟踪，该方式适用于pv最大功率点电压较高时，将pv电压直接输入母线，逆变电路进行逆变时从母线吸收适当的电流，使母线电压处于pv最大功率点电压附近，即可实现最大功率跟踪。

9、这种mppt方式母线电压根据最大功率点的变化一直处于变动状态，需要将最大功率跟踪调节与并网逆变功率反馈调节相结合，算法较复杂，且这种方式仅适用于光照较强、pv电压较高时，不适用于日出日落时光照较弱的状态，不能单独使用。

10、现有技术中，使用光伏板进行并网逆变时，当最大功率点电压高于适合逆变的电压时，将失去最大功率跟踪能力。为解决该问题，目前常用的方式是：1、光伏并网逆变电路采用三相380v和800v两种输出规格，其最佳母线电压为分别640v和1250v左右，并分别选取参数合适的pv板与这两逆变电路适配，使最大功率点电压始终处于相应的母线设置电压以内，这一方式光照强度有显著变化时，将失去对最大功率点的跟踪；2、采用单级mppt方式，即通过逆变电路的降压调节功能进行功率跟踪，但是这一方式下，将失去对强光强的最大功率跟踪。

11、综上分析，目前光伏并网逆变电路与pv板需要进行功率、电压适配才能处于最佳工作状态，由于pv板制造误差造成的个体差异，功率、电压适配有一定的困难。目前常采用的双级mppt方式，当最大功率点电压高于适合逆变的电压时，将失去最大功率跟踪能力，不适用于强光照状态。虽然可以通过单级mppt方式，即通过逆变电路的降压调节功能进行功率跟踪来解决，但算法复杂，且不适用于日出日落时光照较弱的状态。

技术实现思路

1、本实用新型旨在提供一种结构简单、使用效果好的光伏逆变电路并网用控制系统。

2、为解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：光伏逆变电路并网用控制系统，包括光伏板组串、升压电路、母线、逆变电路、采样电路、第一控制器和第二控制器；光伏板组串连接升压电路；升压电路通过母线连接逆变电路，逆变电路将电流送入并网端；采样电路采集光伏板组串输出功率、光伏板组串电压和电流、母线电压和母线电流、并网端电流和电压；采样电路将采集到的功率信息、电流信息和电压信息传输到第一控制器，第一控制器将接收到的信号传输到第二控制器，第二控制器向升压电路输出不同占空比的pwm。

3、升压电路包括4个pv输入通道，pv输入通道包括升压电感、二极管和升压igbt管，光伏板组串的正极通过电感连接二极管的正极，二极管的负极连接母线正极；同时，二极管的正极连接升压igbt管的集电极，升压igbt管的发射极接地，第二控制器的信号输出端连接升压igbt管的门极。

4、母线上连接有第一电容、第二电容、第三电容和第四电容；其中，第一电容和第二电容的第一端连接二极管的负极；第一电容和第二电容的第二端连接母线中性点；第三电容和第四电容的第一端连接光伏板组串的负极，第三电容和第四电容的第二端连接母线中性点。

5、逆变电路包括三个并联的桥臂，三个桥臂的组成相同，均包括第一igbt管、第二igbt管、第三igbt管和第四igbt管；第一igbt管的集电极连接母线正极，第一igbt管的发射极连接第二igbt管的集电极，第二igbt管的发射极连接母线中性点；同时，第一igbt管的发射极还连接第三igbt管的集电极和第四igbt管的集电极；第三igbt管的发射极连接母线中性点，第四igbt管的发射极连接母线负极。

6、第一igbt管的发射极上还串联有逆变电感，逆变电感的第一端连接第一igbt管的发射极，逆变电感的第二端连接电网。

7、逆变电感的第二端还通过逆变电容接地。

8、第一控制器和第二控制器分别为cortex-m7型mcu和pfga。

9、采样电路包括母线电压采样电路、母线电流采样电路和光伏板组串电能采样电路；母线电压采样电路、母线电流采样电路和光伏板组串电能采样电路的信号输出端分别连接第一控制器的信号输入端。

10、通过以上技术方案，本实用新型的技术效果如下：1、本实用新型所述的光伏逆变电路并网用控制系统可以实现光伏板组串输出的并网，根据光伏板组串输出功率调整逆变和升压环节，实时响应好，降低光伏发电系统组装成本，提高电能转换效率，最大限度实现最大功率跟踪；2、本系统电路结构简单，易于控制，设置的升压电路、母线和逆变电路相互作用，有效保证了光伏板组串最大输出功率；3、设置的采样电流可以首先电流、电压和功率的采样同时工作过程稳定，有效降低了对第一控制器和第二控制器的冲击。

技术特征：

1.光伏逆变电路并网用控制系统，其特征在于：包括光伏板组串、升压电路、母线、逆变电路、采样电路、第一控制器和第二控制器；光伏板组串连接升压电路；升压电路通过母线连接逆变电路，逆变电路将电流送入并网端；采样电路采集光伏板组串输出功率、光伏板组串电压和电流、母线电压和母线电流、并网端电流和电压；采样电路将采集到的功率信息、电流信息和电压信息传输到第一控制器，第一控制器将接收到的信号传输到第二控制器，第二控制器向升压电路输出不同占空比的pwm。

2.如权利要求1所述的光伏逆变电路并网用控制系统，其特征在于：升压电路包括4个pv输入通道，pv输入通道包括升压电感、二极管和升压igbt管，光伏板组串的正极通过电感连接二极管的正极，二极管的负极连接母线正极；同时，二极管的正极连接升压igbt管的集电极，升压igbt管的发射极接地，第二控制器的信号输出端连接升压igbt管的门极。

3.如权利要求2所述的光伏逆变电路并网用控制系统，其特征在于：母线上连接有第一电容、第二电容、第三电容和第四电容；其中，第一电容和第二电容的第一端连接二极管的负极；第一电容和第二电容的第二端连接母线中性点；第三电容和第四电容的第一端连接光伏板组串的负极，第三电容和第四电容的第二端连接母线中性点。

4.如权利要求3所述的光伏逆变电路并网用控制系统，其特征在于：逆变电路包括三个并联的桥臂，三个桥臂的组成相同，均包括第一igbt管、第二igbt管、第三igbt管和第四igbt管；第一igbt管的集电极连接母线正极，第一igbt管的发射极连接第二igbt管的集电极，第二igbt管的发射极连接母线中性点；同时，第一igbt管的发射极还连接第三igbt管的集电极和第四igbt管的集电极；第三igbt管的发射极连接母线中性点，第四igbt管的发射极连接母线负极。

5.如权利要求4所述的光伏逆变电路并网用控制系统，其特征在于：第一igbt管的发射极上还串联有逆变电感，逆变电感的第一端连接第一igbt管的发射极，逆变电感的第二端连接电网。

6.如权利要求5所述的光伏逆变电路并网用控制系统，其特征在于：逆变电感的第二端还通过逆变电容接地。

7.如权利要求6所述的光伏逆变电路并网用控制系统，其特征在于：第一控制器和第二控制器分别为cortex-m7型mcu和pfga。

8.如权利要求7所述的光伏逆变电路并网用控制系统，其特征在于：采样电路包括母线电压采样电路、母线电流采样电路和光伏板组串电能采样电路；母线电压采样电路、母线电流采样电路和光伏板组串电能采样电路的信号输出端分别连接第一控制器的信号输入端。

技术总结光伏逆变电路并网用控制系统，包括光伏板组串、升压电路、母线、逆变电路、采样电路、第一控制器和第二控制器；光伏板组串连接升压电路；升压电路通过母线连接逆变电路；采样电路采集光伏板组串输出功率、母线电压和母线电流；采样电路将采集到的功率信息、电流信息和电压信息传输到第一控制器，第一控制器将接收到的信号传输到第二控制器，第二控制器向升压电路和逆变电路输出不同占空比的PWM。本技术所述的光伏逆变电路并网用单、双极MPPT控制系统可以实现光伏板组串输出的并网，根据光伏板组串输出功率调整逆变和升压环节，实时响应好，降低光伏发电系统组装成本，提高电能转换效率，最大限度实现最大功率跟踪。技术研发人员：张莉,郑喜贵,蒋玲玲,吕刚磊,朱永刚受保护的技术使用者：郑州科技学院技术研发日：20240119技术公布日：2024/9/17