專利名稱：一種基于超級(jí)電容器的光伏并網(wǎng)逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利屬于太陽能發(fā)電與電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種利用超級(jí)電容 器進(jìn)行直流緩沖和支撐的三相光伏并網(wǎng)逆變器。
背景技術(shù)：
隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的日益突出，越來越多的國(guó)家開始意識(shí)到開發(fā)可再 生能源的必要性和緊迫性。大面積的開發(fā)使用以風(fēng)能、太陽能為代表的可再生能源是實(shí)現(xiàn) 可持續(xù)發(fā)展的必由之路。其中太陽能資源由于具有分布面積廣、綠色、取之不盡，用之不竭 等顯著的優(yōu)點(diǎn)而日益受到人們的青睞。光伏并網(wǎng)逆變器作為太陽能發(fā)電利用的最主要的設(shè)備，成為整個(gè)技術(shù)的核心。目 前使用的光伏并網(wǎng)逆變器主要采用大量的電解電容進(jìn)行串并聯(lián)來做直流支撐和緩沖。由于 電解電容容量小，耐壓低，而且溫度條件苛刻，使用壽命有限。而超級(jí)電容器作為一種新型 的純綠色儲(chǔ)能器件，由于其具有1、容量大，功率密度高；2、充電速度快；3、循環(huán)使用壽命 長(zhǎng)等突出優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用。而將超級(jí)電容器應(yīng)用于光伏并網(wǎng)逆變器中是本發(fā)明的最核心 的內(nèi)容。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明內(nèi)容在于設(shè)計(jì)超級(jí)電容器作為直流緩沖和儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，當(dāng)日照強(qiáng)度過大的時(shí) 候，系統(tǒng)將太陽能電池組件PV產(chǎn)生的較高的電壓存儲(chǔ)到超級(jí)電容中，在光照受到遮擋，太 陽能電池組件PV電壓瞬時(shí)跌落時(shí)，超級(jí)電容器釋放能量，維持電壓。這樣就解決了光伏電 池由于光照的間歇性造成的電壓大幅波動(dòng)；由于超級(jí)電容器內(nèi)阻較大，逆變器可以采取太 陽能電池組件PV直接啟動(dòng)方式，解決了直流側(cè)電容平常需要加額外的預(yù)充電電路的問題； 由于超級(jí)電容器容量很大，解決了逆變器作為靜止無功補(bǔ)償器SVG運(yùn)行時(shí)，無功功率輸出 有限的問題。本發(fā)明是一種基于超級(jí)電容的光伏并網(wǎng)逆變器，其具體構(gòu)成為1、原有光伏并網(wǎng)逆變器(如圖1所示)直流側(cè)通常采用電解電容，由于電解電容 耐壓和容量均有限，故一般采用串并聯(lián)的連接方式。本發(fā)明將串并聯(lián)的電解電容用一組超 級(jí)電容器代替，直接并聯(lián)在光伏電池陣列和逆變橋之間(如圖2所示)。并聯(lián)進(jìn)電路的超級(jí) 電容器主要用于抑制太陽能這種間歇性能源本身或者其他原因造成的各種波動(dòng)；2、在原有光伏并網(wǎng)逆變器(如圖1所示)的基礎(chǔ)上精簡(jiǎn)掉了直流預(yù)充電電路或者 交流預(yù)充電電路(如圖2所示)，這樣簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，節(jié)省了成本，提高了系統(tǒng)的可靠性，更適 用于光伏逆變器系統(tǒng)啟停頻繁的場(chǎng)合；系統(tǒng)主控制器的芯片采用DSP+FPGA，利用14位AD芯片采樣直流電壓，直流充電電 流，交流電壓，交流電流，溫度等信號(hào)，通過前饋解耦的雙閉環(huán)控制策略，輸出SVPWM驅(qū)動(dòng)信 號(hào)，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)逆變。
圖1是現(xiàn)有光伏并網(wǎng)逆變器的電路2是本發(fā)明的系統(tǒng)主電路和控制框圖。圖中標(biāo)號(hào)1為太陽能電池陣列，2為超級(jí)電容器，3為絕緣柵雙極型晶體管 (IGBT)，4為交流低通濾波器，5為系統(tǒng)的控制電路。圖3為前饋解耦控制框圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。參見附圖，本方案實(shí)施的技術(shù)路線是太陽能電池組件PV陣列為單晶、多晶、薄膜 等主流電池組件串并聯(lián)而成，通過放反二極管D給超級(jí)電容器充電。在啟動(dòng)初期，由于太陽 能電池內(nèi)阻較大，加上太陽能電池本身的特性，充電電流不是很大，而且超級(jí)電容器耐電流 能量較強(qiáng)?？刂破骼媚?shù)采樣芯片采樣到直流電壓，當(dāng)充電的直流電壓大于設(shè)定的閥值， 系統(tǒng)就認(rèn)為超級(jí)電容器充滿了電，系統(tǒng)開始啟動(dòng)。超級(jí)電容器開始將能量通過后面的逆變 拓?fù)渌屯娋W(wǎng)。直流電壓隨著發(fā)生瞬時(shí)跌落。此時(shí)，太陽能電池陣列與超級(jí)電容器有電壓 差，陣列又開始往超級(jí)電容器充電。如此往復(fù)，實(shí)現(xiàn)了超級(jí)電容器緩沖能量和支撐直流電壓 的作用。具體并網(wǎng)控制如下所示?？刂破鞑捎秒娏鲀?nèi)環(huán)電壓外環(huán)的雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)?？刂瓶驁D如圖2所示。電壓外 環(huán)實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤MPPT跟蹤，電流內(nèi)環(huán)控制交流側(cè)輸入電流跟蹤正弦輸入電壓。外環(huán)輸 出作為電流內(nèi)環(huán)有功分量軸id的給定值，控制著電流大小和方向，從而控制有功功率的大 小和方向；當(dāng)系統(tǒng)工作在并網(wǎng)逆變狀態(tài)時(shí)，無功分量軸iq給定為0。當(dāng)系統(tǒng)工作在靜止無功 補(bǔ)償器SVG狀態(tài)時(shí)，無功分量軸iq根據(jù)系統(tǒng)無功功率需要設(shè)定，有功分量軸給定為0。電流 給定有功Id*和無功分量Iq*與反饋的有功id和無功分量iq比較后送入電流PI調(diào)節(jié)器， 再經(jīng)過前饋解耦，最后通過空間矢量調(diào)制SVPWM，產(chǎn)生6路驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制IGBT模塊工作。IGBT輸出經(jīng)交流低通濾波器后得到正弦交流，通過隔離變壓器送往電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)有 功和無功的輸出。由于超級(jí)電容器耐電流能力強(qiáng)，充電速度快等優(yōu)點(diǎn)，因此特別適合經(jīng)常啟停操作 的太陽能電站用逆變器。
權(quán)利要求
一種基于超級(jí)電容器的光伏并網(wǎng)逆變器，包括直流預(yù)充電電路或者交流預(yù)充電電路，太陽能電池陣列，絕緣柵雙極型晶體管IGBT，交流低通濾波器，系統(tǒng)控制電路，其特征在于，還包括，一組超級(jí)電容器，直接并聯(lián)在光伏電池陣列和逆變橋之間；并聯(lián)進(jìn)電路的超級(jí)電容器用于抑制太陽能這種間歇性能源本身或者其他原因造成的各種波動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超級(jí)電容器的光伏并網(wǎng)逆變器，其特征在于，其特 征在于，取消直流預(yù)充電電路或者交流預(yù)充電電路，更適用于光伏逆變器系統(tǒng)啟停頻繁的 場(chǎng)合。
全文摘要
一種基于超級(jí)電容器的光伏并網(wǎng)逆變器，包括直流預(yù)充電電路或者交流預(yù)充電電路，太陽能電池陣列，絕緣柵雙極型晶體管IGBT，交流低通濾波器，系統(tǒng)控制電路，還包括，一組超級(jí)電容器，直接并聯(lián)在光伏電池陣列和逆變橋之間；并聯(lián)進(jìn)電路的超級(jí)電容器用于抑制太陽能這種間歇性能源本身或者其他原因造成的各種波動(dòng)。本發(fā)明的有益效果在于解決了直流側(cè)電容平常需要加額外的預(yù)充電電路的問題；還解決了逆變器作為靜止無功補(bǔ)償器SVC運(yùn)行時(shí)，無功功率輸出有限的問題。
文檔編號(hào)H02J3/38GK101986501SQ201010506510
公開日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月14日
發(fā)明者唐侃, 曹遠(yuǎn)志, 茹心芹, 許任重 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院