專利名稱：一種適用于分布式發(fā)電的三相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光伏發(fā)電與電氣技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種適用于分布式發(fā)電的三相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，全球能源危機和環(huán)境污染問題日益嚴重。越來越多的國家開始意識到加強可再生能源的開發(fā)利用才是應(yīng)對日益嚴重的環(huán)境問題、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。太陽能是新能源和可再生能源的重要組成部分，而太陽能發(fā)電被認為是當前世界上最有發(fā)展前景的新能源技術(shù)，各發(fā)達國家紛紛投入巨額資金開發(fā)研究，并大力拓展市場應(yīng)用。 光伏并網(wǎng)發(fā)電是太陽能發(fā)電技術(shù)的一種最主要形式，由于小功率并網(wǎng)發(fā)電效率不高、安全性差等問題，大功率光伏并網(wǎng)發(fā)電將是未來光伏發(fā)電的發(fā)展趨勢。在大功率并網(wǎng)電站設(shè)計中，均采用三相并網(wǎng)輸出方式，因此三相并網(wǎng)系統(tǒng)的性能優(yōu)劣決定了整個電站能否穩(wěn)定、安全運行。目前國內(nèi)三相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置多采用直接并網(wǎng)模式，主電路中的輸出濾波器直接與變壓器連接，此種結(jié)構(gòu)對光伏陣列直流側(cè)電壓要求高、并網(wǎng)諧波電流大且并網(wǎng)瞬間會產(chǎn)生極大的并網(wǎng)瞬時電流，容易導(dǎo)致IGBT模塊內(nèi)部二極管沖擊損壞、濾波電容損壞、電流保護跳閘甚至引起DSP或電源模塊不能正常工作，使裝置不能可靠并網(wǎng)。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種構(gòu)適用于分布式發(fā)電的三相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置，降低對光伏陣列直流側(cè)電壓的要求，防止并網(wǎng)瞬間產(chǎn)生極大的并網(wǎng)瞬時電流，保護IGBT模塊內(nèi)部二極管和濾波電容，確保DSP或電源模塊正常工作，使裝置可靠并網(wǎng)。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案是一種適用于分布式發(fā)電的三相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置，包括主電路和控制電路，主電路包括光伏陣列、三相逆變器、輸出濾波器、變壓器，光伏陣列、三相逆變器、輸出濾波器、變壓器依次連接；控制電路包括控制模塊、電壓和電流檢測模塊、IGBT驅(qū)動保護模塊，電壓和電流檢測模塊與三相逆變器、輸出濾波器并聯(lián)，電壓和電流檢測模塊、控制模塊、IGBT驅(qū)動保護模塊依次連接，IGBT驅(qū)動保護模塊接入三相逆變器，電壓和電流檢測模塊、變壓器與三相電網(wǎng)連接；控制模塊包括DSP處理器、A/D轉(zhuǎn)換器、故障檢測電路、保護電路、過零捕獲電路、觸摸液晶顯示屏，A/D轉(zhuǎn)換器、故障檢測電路、保護電路、過零捕獲電路接入DSP處理器，觸摸液晶顯示屏與DSP處理器雙向連接，還包括緩沖電阻、上位機，緩沖電阻接入輸出濾波器和變壓器之間，上位機與控制模塊雙向連接；所述變壓器為升壓隔離變壓器。所述三相逆變器由三組IGBT模塊并聯(lián)組成，所述IGBT模塊的型號為FF450R17ME3。[0008]所述IGBT驅(qū)動保護模塊采用CONCEPT公司的2SP0115T驅(qū)動板。所述DSP處理器型號為TMS320F2812，設(shè)有可與上位機進行通訊的RS485通訊接□。。所述電壓和電流檢測模塊包括電壓檢測電路，電壓檢測電路采用了 220/5V交流變壓器和電壓跟隨器INA106芯片。所述故障檢測電路采用邏輯電路六反相器4069芯片和D觸發(fā)器4013芯片。所述保護電路包括直流側(cè)電壓保護電路，直流側(cè)電壓保護電路采用了 LM393比較器、HCPL 4504光耦芯片和邏輯電路六反相器4069芯片，LM393比較器、HCPL 4504光耦芯 片、邏輯電路六反相器4069芯片依次連接。所述升壓隔離變壓器采用DYO連接，變壓器變比k NI N2 = 300 400。升壓隔離變壓器的初級線圈連接有LC濾波電路。所述過零捕獲電路包括一級LM324電壓跟隨器電路、一級RC濾波電路、反并聯(lián)二極管鉗位電路、LM393比較器集成電路，一級LM324電壓跟隨器電路、一級RC濾波電路、反并聯(lián)二極管鉗位電路、LM393比較器集成電路依次連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具體以下優(yōu)點主電路中連接有緩沖電阻，在并網(wǎng)瞬間能顯著減小并網(wǎng)瞬時電流，保證裝置可靠并網(wǎng)；主電路中連接有升壓隔離變壓器，能夠使光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)進行隔離，防止二者中的任何一方因故障導(dǎo)致整個系統(tǒng)受損，同時該變壓器也能對電壓進行升壓，盡量減小裝置對直流側(cè)電壓幅值的要求；本實用新型的三相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置運行穩(wěn)定、并網(wǎng)電流諧波含量低、并網(wǎng)功率因數(shù)高，能夠可靠地提供有功功率，為電網(wǎng)輸送高質(zhì)量的電能。

圖I為本實用新型一實施例結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實用新型一實施例控制模塊結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本實用新型一實施例電路原理圖；圖4為本實用新型一實施例電壓和電流檢測電路原理圖；圖5為本實用新型一實施例故障檢測電路原理圖；圖6是本實用新型的直流側(cè)電壓保護電路原理圖；圖7為本實用新型一實施例過零捕獲電路原理圖。
具體實施方式
如圖I和圖2所示，本實用新型一實施例包括主電路和控制電路，主電路包括光伏陣列、三相逆變器、輸出濾波器、變壓器，光伏陣列、三相逆變器、輸出濾波器、變壓器依次連接；控制電路包括控制模塊、電壓和電流檢測模塊、IGBT驅(qū)動保護模塊，電壓和電流檢測模塊與三相逆變器、輸出濾波器并聯(lián)，電壓和電流檢測模塊、控制模塊、IGBT驅(qū)動保護模塊依次連接，IGBT驅(qū)動保護模塊接入三相逆變器，電壓和電流檢測模塊、變壓器與三相電網(wǎng)連接；控制模塊包括DSP處理器、A/D轉(zhuǎn)換器、故障檢測與保護電路、過零捕獲電路、觸摸液晶顯示屏，A/D轉(zhuǎn)換器、故障檢測電路、保護電路、過零捕獲電路接入DSP處理器，觸摸液晶顯示屏與DSP處理器雙向連接，還包括緩沖電阻、上位機，緩沖電阻接入輸出濾波器和變壓器之間，上位機與控制模塊雙向連接；所述變壓器為升壓隔離變壓器。光伏陣列輸出的直流電能經(jīng)過三相逆變器逆變?yōu)槿嘟涣鳎?jīng)LC濾波器濾波并通過變壓器升壓隔離后，在斷路器的控制作用下并入三相電網(wǎng)。電壓和電流檢測模塊分別檢測光伏陣列電壓、直流側(cè)電流、三相電網(wǎng)電壓和三相并網(wǎng)電流并將檢測結(jié)果輸送入控制模塊，控制模塊經(jīng)過運算處理后輸出PWM脈沖經(jīng)過IGBT驅(qū)動保護模塊放大后控制IGBT模塊中IGBT的導(dǎo)通、關(guān)斷。為了提高A/D轉(zhuǎn)換精度，本實用新型選用片外A/D芯片AD7656，它具有6獨立的ADC雙通道。過零捕獲電路檢測電網(wǎng)電壓過零點，實現(xiàn)并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓的同步，有效地提高并網(wǎng)功率因數(shù)。所述DSP處理器采用基于高性能浮點的32位型號為TMS320F2812的DSP處理器，負責進行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，實現(xiàn)最大功率跟蹤、并網(wǎng)電流綜合控制、通訊和故障保護以及人機接口。本實用新型采用電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制方式，其中電壓外環(huán)采用PI控制，電流內(nèi)環(huán)采用基于功率前饋的無差拍電流控制。所述DSP處理器設(shè)有RS485通訊接口，可與遠程調(diào)度計算機相連，將本地數(shù)據(jù)在遠程顯示，并可接受遠程控制。觸摸液晶顯示屏與DSP處理器雙向連接，能實時的顯示平臺的動態(tài)運行數(shù)據(jù)，并可通過觸摸液晶顯示·屏對系統(tǒng)進行操作。如圖3所示，是本實用新型所述三相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置電路結(jié)構(gòu)圖。主電路中三相逆變器為三相橋式逆變電路。在本實施例中，三相橋式逆變電路的功率管由3組含2個同橋臂互補導(dǎo)通的IGBT模塊構(gòu)成，IGBT模塊型號為FF450R17ME3，設(shè)有過電壓、過電流和過熱故障檢測電路；輸出濾波電路采用典型的二階低通LC濾波電路；升壓隔離變壓器采用DYO連接，為三相干式隔離變壓器SG-F-100KVA/380V，進行升壓隔離的同時實現(xiàn)濾除諧波的功能。為了抑制并網(wǎng)瞬間并網(wǎng)電流的沖擊，電路中加入了 4歐姆/1500瓦的緩沖電阻，緩沖電阻與交流接觸器JK并聯(lián)。受控制信號的作用，交流接觸器控制緩沖電阻的投入、切除。在并網(wǎng)的初始時刻，交流接觸器JK無控制信號保持常開狀態(tài)，緩沖電阻被串聯(lián)接入電路中，有效地限制并網(wǎng)瞬間并網(wǎng)電流的大小，以避免并網(wǎng)控制初始運行、系統(tǒng)尚未達到穩(wěn)定時，電流保護電路動作。當電路運行達到正常穩(wěn)定狀態(tài)時，受控制信號作用，交流接觸器JK的常開觸點閉合，緩沖電阻被切除，裝置以正常運行狀態(tài)向電網(wǎng)輸送功率。如圖4所示，是電壓和電流檢測電路原理圖。三相并網(wǎng)電壓的檢測通過220V/5V交流變壓器和一級電壓跟隨器實現(xiàn)，電壓跟隨器采用INA106芯片構(gòu)成，三相并網(wǎng)電壓首先經(jīng)過交流變壓器降為與AD芯片匹配的模擬信號，然后經(jīng)過一級電壓跟隨器提高輸入阻抗與輸出進行有效隔離；三相逆變器輸出電流、直流測電壓通過分壓電阻和一級比較運算放大器實現(xiàn)，采用的比較運算放大器型號為LM324。經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換的小電流信號首先由采樣電阻變成電壓信號，然后經(jīng)過一個穩(wěn)定可靠的RC濾波器，對長距離信號傳輸中帶來的干擾信號進行濾波處理，之后加入保護二極管完成對信號的限幅，抑制尖峰干擾，對后續(xù)電路做保護；再經(jīng)過正向放大電路，調(diào)理成適合AD芯片采集的-10 +IOV之間的信號。如圖5所示，是故障檢測電路原理圖。故障檢測電路通過邏輯電路六反相器和D觸發(fā)器實現(xiàn)，對IGBT模塊進行故障檢測。故障脈沖信號經(jīng)過邏輯電路六反相器后，其輸出信號作為D觸發(fā)器的觸發(fā)脈沖信號輸入，在觸發(fā)脈沖的作用下D觸發(fā)器輸出故障信號。其中邏輯電路六反相器采用4069芯片，D觸發(fā)器采用4013芯片。如圖6所示，是直流側(cè)電壓保護電路原理圖，直流電壓檢測電路的輸出Udc采樣值與直流電壓整定值比較后，經(jīng)過高速、高共模比的光耦隔離芯片HCPL4504后通過邏輯電路六反相器4069實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換輸入DSP。如圖7所示，是過零捕獲電路原理圖。檢測到的電網(wǎng)電壓交流信號首先經(jīng)過220V/5V交流變壓器和一級電壓跟隨器提高輸入阻抗，一級RC濾波電路濾除干擾毛 刺，反向并聯(lián)的兩個二極管組成鉗位電路將電壓鉗位在-0. 7V +0. 7V之間，最后經(jīng)過LM393同零電位比較后得到電壓過零方波信號CAP。該信號由DSP的CAP單元捕獲，在下降沿觸發(fā)CAP中斷請求，中斷程序中校正輸出指令電流使之與電網(wǎng)電壓同步。
權(quán)利要求1.一種適用于分布式發(fā)電的三相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置，包括主電路和控制電路，主電路包括光伏陣列、三相逆變器、輸出濾波器、變壓器，光伏陣列、三相逆變器、輸出濾波器、變壓器依次連接；控制電路包括控制模塊、電壓和電流檢測模塊、IGBT驅(qū)動保護模塊，電壓和電流檢測模塊與三相逆變器、輸出濾波器并聯(lián)，電壓和電流檢測模塊、控制模塊、IGBT驅(qū)動保護模塊依次連接，IGBT驅(qū)動保護模塊接入三相逆變器，電壓和電流檢測模塊、變壓器與三相電網(wǎng)連接；控制模塊包括DSP處理器、A/D轉(zhuǎn)換器、故障檢測電路、保護電路、過零捕獲電路、觸摸液晶顯示屏，A/D轉(zhuǎn)換器、故障檢測電路、保護電路、過零捕獲電路接入DSP處理器，觸摸液晶顯示屏與DSP處理器雙向連接，其特征在于，還包括緩沖電阻、上位機，緩沖電阻接入輸出濾波器和變壓器之間，上位機與控制模塊雙向連接；所述變壓器為升壓隔離變壓器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適用于分布式發(fā)電的三相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置，其特征在于，所述三相逆變器由三組IGBT模塊并聯(lián)組成，所述IGBT模塊的型號為FF450R17ME3。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適用于分布式發(fā)電的三相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置，其特征在于，所述IGBT驅(qū)動保護模塊采用CONCEPT公司的2SP0115T驅(qū)動板。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適用于分布式發(fā)電的三相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置，其特征在于，所述DSP處理器型號為TMS320F2812，設(shè)有RS485通訊接口。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適用于分布式發(fā)電的三相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置，其特征在于，所述電壓和電流檢測模塊包括電壓檢測電路，電壓檢測電路采用220/5V交流變壓器和電壓跟隨器INA106芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適用于分布式發(fā)電的三相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置，其特征在于，所述故障檢測電路采用邏輯電路六反相器4069芯片和D觸發(fā)器4013芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適用于分布式發(fā)電的三相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置，其特征在于，所述保護電路包括直流側(cè)電壓保護電路，直流側(cè)電壓保護電路采用LM393比較器、HCPL4504光耦芯片和邏輯電路六反相器4069芯片，LM393比較器、HCPL 4504光耦芯片、邏輯電路六反相器4069芯片依次連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適用于分布式發(fā)電的三相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置，其特征在于，所述升壓隔離變壓器采用DYO連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適用于分布式發(fā)電的三相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置，其特征在于，所述過零捕獲電路包括一級LM324電壓跟隨器電路、一級RC濾波電路、反并聯(lián)二極管鉗位電路、LM393比較器集成電路，一級LM324電壓跟隨器電路、一級RC濾波電路、反并聯(lián)二極管鉗位電路、LM393比較器集成電路依次連接。
專利摘要本實用新型公開了一種適用于分布式發(fā)電的三相光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置，包括主電路和控制電路，主電路包括光伏陣列、三相逆變器、輸出濾波器、變壓器；控制電路包括控制模塊、電壓和電流檢測模塊、IGBT驅(qū)動保護模塊，還包括緩沖電阻、上位機，緩沖電阻接入輸出濾波器和變壓器之間，上位機與控制模塊雙向連接；所述變壓器為升壓隔離變壓器，本實用新型能降低對光伏陣列直流側(cè)電壓的要求，防止并網(wǎng)瞬間產(chǎn)生極大的并網(wǎng)瞬時電流，保護IGBT模塊內(nèi)部二極管和濾波電容，確保DSP或電源模塊正常工作，使裝置可靠并網(wǎng)。
文檔編號H02J3/38GK202444277SQ20122005209
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者周樂明, 周潔, 張慶海, 彭自強, 徐欣慰, 羅安, 謝三軍, 陳燕東 申請人:湖南大學