单相光伏并网系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种单相光伏并网系统及方法，所述系统由主回路和控制回路构成，主回路包括DC-DC升压电路和DC-AC逆变电路，控制回路包括控制单元以及电压、电流、频率、相位、过零检测电路。所述方法如下：其中控制单元发出PWM控制信号控制DC-DC升压电路和DC-AC逆变电路，根据光伏阵列的电压、电流输出值控制DC-DC升压电路完成光伏阵列的最大功率点跟踪，根据电网电压值控制DC-AC逆变器的输出，实现安全并网；频率、相位检测电路检测DC-AC逆变电路的输出频率和相位，控制单元根据过零检测电路检测到的电网的运行状态控制DC-AC逆变电路的输出与电网同频同相。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，所述系统由主回路和控制回路构成，主回路包括DC-DC升压电路和DC-AC逆变电路，控制回路包括控制单元以及电压、电流、频率、相位、过零检测电路。所述方法如下：其中控制单元发出PWM控制信号控制DC-DC升压电路和DC-AC逆变电路，根据光伏阵列的电压、电流输出值控制DC-DC升压电路完成光伏阵列的最大功率点跟踪，根据电网电压值控制DC-AC逆变器的输出，实现安全并网；频率、相位检测电路检测DC-AC逆变电路的输出频率和相位，控制单元根据过零检测电路检测到的电网的运行状态控制DC-AC逆变电路的输出与电网同频同相。【专利说明】
本专利技术涉及一种单相光伏并网发电系统，包括其硬件实现和软件设计，属于电力 电子
。
技术介绍
太阳能光伏发电是一种清洁能源，大力发展光伏发电，其意义不仅可以部分代替 石化燃料发电，还可以减少C0 2和有害气体的排放，防止地球环境恶化。因此，利用太阳能 进行发电越来越受到人们的普遍重视，如何高效的实现光伏发电已成为世界各国目前研究 的重大课题。 光伏并网发电系统大体上可分为两类，一类是大中型光伏并网发电站或是小区的 成套光伏屋顶发电系统。另一类是城市家庭所用的小功率光伏并网系统，也就是单相光伏 并网系统。这种单相光伏并网系统具有功率小，体积小，噪声低，性能可靠，使用安全方便， 价位适中等优点。如果光伏电池的价格下降到居民可以承受的程度，用户光伏系统能像太 阳能热水器一样进入千家万户，必然是家庭节能产品的首选，成为一种广为普及的太阳能 利用方式。 单相光伏并网逆变器按功率级数有单级式、两级式两种结构。其中，单级式结构简 单，无 DC-DC环节，光伏阵列直接经逆变器并网，但电网与光伏发电系统直流母线间无能量 解耦环节，实现MPPT、逆变、并网控制的算法复杂；两级式结构，先通过前级的DC-DC变换实 现MPPT，再经后级的DC-AC变换进行逆变、并网控制，两级控制可以解耦，控制算法较为简 单易行。按逆变器输出与电网之间是否接有隔离变压器分为隔离型和非隔离型，隔离型不 仅提高了安全性，且可通过选择隔离变压器变比调节电压变换范围，增大了直流母线电压 的输入范围，故可根据场地要求进行光伏阵列优化设计。 光伏并网发电目前存在的主要问题是光伏电池成本过高和转换效率过低；逆变输 出波形失真较严重所含谐波分量较多。如何提高光伏电池的转换效率，充分利用光伏电池 所转换的能量，以及如何提高输出波形的质量，是光伏发电系统研究的重要方向。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术的缺陷提供一种单相光伏并网系统 及方法。 本专利技术的单相光伏并网系统，由主回路和控制回路构成，主回路包括DC-DC升压 电路和DC-AC逆变电路，控制回路包括控制单元以及电压、电流、频率、相位、过零检测电 路；其中控制单元发出PWM控制信号控制DC-DC升压电路和DC-AC逆变电路，通过ADC模块 采样光伏阵列的电压、电流输出值以及DC-DC升压电路的电压输出值、电网电压值，根据光 伏阵列的电压、电流输出值控制DC-DC升压电路完成光伏阵列的最大功率点跟踪，根据电 网电压值控制DC-AC逆变器的输出，实现安全并网；电压检测电路检测光伏阵列和电网电 压并反馈至控制单元的ADC模块；电流检测电路检测DC-DC升压电路和DC-AC逆变电路电 流并反馈至控制单元的ADC模块；频率、相位检测电路检测DC-AC逆变电路的输出频率和相 位，控制单元根据过零检测电路检测到的电网的运行状态控制DC-AC逆变电路的输出与电 网同频同相。 所述DC-DC升压电路与DC-AC逆变电路之间设置滤波电路，所述滤波电路采用二 阶巴特沃思滤波电路。 所述DC-AC逆变电路采用电压型全桥逆变电路。 所述电流检测电路包括分别设置于DC-DC升压电路和DC-AC逆变电路上的电流传 感器，其中DC-AC逆变电路上设置线性霍尔电流传感器。 所述电压检测电路包括光伏阵列输出电压检测电路和并网电压检测电路。 单相光伏并网系统的并网方法如下： 电压检测电路检测光伏阵列和电网电压并反馈至控制单元的ADC模块；电流检测 电路检测DC-DC升压电路和DC-AC逆变电路电流并反馈至控制单元的ADC模块；频率、相位 检测电路检测DC-AC逆变电路的输出频率和相位，控制单元根据过零检测电路检测到的电 网的运行状态控制DC-AC逆变电路的输出与电网同频同相；控制单元发出PWM控制信号控 制DC-DC升压电路和DC-AC逆变电路中开关管的通断，根据光伏阵列的电压、电流输出值控 制DC-DC升压电路完成光伏阵列的最大功率点跟踪，根据电网电压值控制DC-AC逆变器的 输出，实现安全并网。 本专利技术专利采用无变压器两级式逆变电路，逆变器选用全桥逆变的电路结构、电 压外环电流内环的控制方式。增加了电流内环控制，提高了系统的响应速度；电流内环控制 采用固定滞环宽度的滞环控制。逆变器的输出电压能够很好地跟随电网变化，且输出波形 的失真度很低，能够实现高效安全并网。同时本专利技术专利能够实现对光伏阵列的最大功率 点跟踪，有效提1? 了光伏电池的利用率。 【专利附图】【附图说明】 图1 :单相光伏并网系统简化框图； 图 2 :Boost 电路图； 图3 :直流控制系统原理图； 图4 :逆变电路原理图； 图5 :DC回路电流采样电路； 图6 :并网电流采样电路； 图7 :并网电压检测电路； 图8 :电压过零检测电路； 图9 :二阶巴特沃思滤波电路； 图10 :系统软件整体框图； 图11 :主函数流程图； 图12 :ADC中断函数流程图； 图13 :PWM中断函数流程图； 图14 :定时器1中断函数流程图； 图15 :捕获4中断函数流程图； 图16 :捕获3中断函数流程图。 【具体实施方式】 单相光伏发电并网系统的电路结构由光伏阵列、Boost DC - DC电路、逆变桥及控 制电路组成。单相光伏并网系统实际上是将光伏阵列产生的直流电能，经过DC-DC变换电 路，进行最大功率点跟踪，然后经过逆变电路将直流电变换为与电网电压同频同相的交流 电。系统简化框图如图1所示。 1、控制单元 本系统中控制单元的主要作用是：（1)发出PWM控制信号，控制DC-D⑶C-DC升压 电路和逆变电路中开关管的通断。（2)通过ADC模块采样光伏阵列的电压、电流输出值； DC-DCDC-DC升压电路的电压输出值，电网电压值。（3)完成光伏阵列的最大功率点跟踪。 (4)依据测量的电网电压值控制逆变器的输出，实现安全并网。 本系统采用的控制器是微芯公司的DsPIC33FJ256MC710,其最大的工作主频可达 40MIPS。此款控制芯片有较高的运算速度，有助于系统实时控制；其次，此款芯片的捕获功 能引脚、PWM控制功能引脚与数字10 口复用，使用更为方便；最后，其PWM具有互补控制功 能，并且带有死区保护功能。 2、前级DC-DC电路方案设计 本专利技术采用Boost电路，其电路结构如图2所示。首先由于并网系统要求直流侧 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单相光伏并网系统，其特征在于由主回路和控制回路构成，主回路包括DC‑DC升压电路和DC‑AC逆变电路，控制回路包括控制单元以及电压、电流、频率、相位、过零检测电路；其中控制单元发出PWM控制信号控制DC‑DC升压电路和DC‑AC逆变电路，通过ADC模块采样光伏阵列的电压、电流输出值以及DC‑DC升压电路的电压输出值、电网电压值，根据光伏阵列的电压、电流输出值控制DC‑DC升压电路完成光伏阵列的最大功率点跟踪，根据电网电压值控制DC‑AC逆变器的输出，实现安全并网；电压检测电路检测光伏阵列和电网电压并反馈至控制单元的ADC模块；电流检测电路检测DC‑DC升压电路和DC‑AC逆变电路电流并反馈至控制单元的ADC模块；频率、相位检测电路检测DC‑AC逆变电路的输出频率和相位，控制单元根据过零检测电路检测到的电网的运行状态控制DC‑AC逆变电路的输出与电网同频同相。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱志宇，原琳，李阳，陈迅，王彪，吴将，薛文涛，黄巧亮，戴晓强，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32