基于DSP的太阳能光伏并网逆变器制造技术

本实用新型专利技术公开了基于DSP的太阳能光伏并网逆变器，该逆变器包括最大功率点跟踪MPPT模块、电压电流变换模块、DSP控制模块、用户电力管理模块和人机交互模块；能够进行最大功率点的跟踪，保证光能的充分利用，同时具有锁相功能，可以保证逆变器输出的电压电流和电网是一致的。除了具有效率高、可靠性高、对电网谐波污染小等优点外还具有用户电力管理功能。该逆变器最大限度的利用了太阳能电池阵列所产生的电能，从而大大降低了成本。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于太阳能并网发电
，特别是一种用于太阳能并网发电的逆变器，具体地说，涉及一种基于DSP的太阳能光伏并网逆变器。
技术介绍
经济飞速发展使开发利用绿色新能源成为各国政府的当务之急。太阳能是对环境无污染的可再生能源，在此背景下，太阳能光伏发电作为一项新兴能源产业迅速发展起来。将太阳能电池发出的电并入电网，既能缓解高峰用电时期的用电紧张状况，又可省去储电费用。而将太阳能电池发电与电网连接的关键部件是光伏逆变器，其主要功能是将太阳能电池发出的直流电转换成和电网同频同相的交流电，可以说光伏逆变器的性能 (效率、可靠性、安全性、可检测性和环境适应性等)决定了整个并网发电系统的性能。然而，当前太阳能光伏并网逆变器效率偏低、可靠性差、稳定性不强、最大功率点跟踪不足以及缺乏用户用电管理功能，这些都不能满足现有太阳能光伏发电产业发展的需要。
技术实现思路
本技术之目的是针对现有太阳能光伏并网逆变器效率低、可靠性差、输出电压不稳定等问题，提供一种效率高、可靠性强、有较强的适应性，并有对用户用电进行管理功能的基于DSP的太阳能光伏并网逆变器。本技术具有以下优点1、具有较高效率功率因素为1，能最大限度的利用太阳能电池，从而提高太阳能光伏并网整个系统的效率，降低了成本。2、具有较高的可靠性具备各种保护功能，如输入直流极性接反保护，交流输出短路保护，过热、过载保护等，不需要有人值守和维护，特别适用于各种偏远地区。3、直流输入电压有较宽的适应范围由于电池的端电压随负载和日照强度而变化，蓄电池虽然对电池的电压具有重要作用，但由于蓄电池的电压随蓄电池剩余容量和内阻的变化而波动，特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大，这就要求逆变器必须在较宽的直流输入电压范围内保证正常工作，并保证交流输出电压的稳定。4、具有用户电力管理功能能够判断当前光伏电能是否向电网供电，用户是否向电网取电等情况，进而关闭/开启相应开关。本技术实现上述优点的技术方案是基于DSP的太阳能光伏并网逆变器，包括最大功率点跟踪MPPT模块、电压电流变换模块、DSP控制模块、用户电力管理模块和人机交互模块。其中最大功率点跟踪MPPT模块内含前级电压匹配子模块。电压电流变换模块包括DC/DC升压电路、DC/AC逆变电路和驱动电路；太阳能阵列电池的直流电流通过DC/DC升压电路后变成较高的直流电流，再经过DC/AC逆变电路将其转换成220V交流电送入电网。 DC/AC逆变采用无差拍SVPWM算法调制，易数字化，减小装置体积，可改进电源动态性能，提高直流电压利用率。用户电力管理模块包含电网检测电路和采样电路。DSP控制模块是整个逆变器的核心，它根据采样太阳能电池阵列的电压电流通过算法来进行最大功率点的跟踪，同时通过实施检测用户当前用电功率，与当前光伏发电功率相比较，若发电量大于用电量，则将多余电能送入电网；若发电量小于用电量，则缺口部分电力从电网取得，以此来进行电力管理。同时该逆变器还具有同步锁相的功能。所述的基于DSP的太阳能光伏并网逆变器，其特征在于所述的最大功率点跟踪 MPPT模块最大功率的控制的实现方法采用“电压扰动法”并对其的改进。电压扰动法的原理是通过将本次光伏方阵的输出功率与上次的相比较，来确定是增加还是减小太阳能电池阵列工作电压。所述的基于DSP的太阳能光伏并网逆变器，其特征在于电压电流变换模块中的 DC/DC升压电路，采用BOOST方式；DC/AC电路采用三相桥式逆变电路，功率器件使用集成了驱动和保护电路的IPM模块，开关频率为10 kHz。为了防止电能从电网流入太阳能光伏阵列，在直流侧加了防反二极管；逆变器的输出端使用了 LC滤波电路滤除高频分量，在逆变器的输入端和输出端都安装了接触器，实现逆变器的可靠隔离和保护。逆变器采用大电容解耦，在解耦电容的两端加装了功率电阻，来实现放电，以保证维护人员的人身安全。 逆变电路采用电压型单相桥式逆变电路。所述的基于DSP的太阳能光伏并网逆变器，其特征在于所述的DSP控制模块可以有效的防孤岛效应。所述的基于DSP的太阳能光伏并网逆变器，其特征在于所述的用户电力管理模块是通过测量当前用户总电流确定用户当前用电量，与光伏系统发电量进行比较，来决定电力管理模块工作方式。所述的基于DSP的太阳能光伏并网逆变器，其特征在于所述的锁相功能是基于 DSP的数字锁相，使逆变器输出的电流与电网电压相位及频率保持同步。附图说明图1是本技术提供的模块框图；图2是本技术提供的详细点的整体框架图；图3是本技术提供的MPPT控制流程；图4是本技术提供的逆变电路原理图；图5是本技术提供的电网电压频率和相位的检测框图。具体实施方式以下结合附图和具体实施方式对本技术基于DSP的太阳能光伏并网逆变器进行详细的说明。DSP (digital signal processor)是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。MPPT控制器的全称“最大功率点跟踪”(Maximum Power Point Tracking，简称 MPPT)所谓最大功率点跟踪，即是指控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使系统以最高的效率对蓄电池充电。MPPT控制系统是一种通节电气模块的工作状态，使光伏板能够输出更多电能的电气系统。最大功率点主要受环境温度和太阳光强的影响。在太阳光强不变的情况下，随着温度的升高，光伏电池的开路电压降低，最大输出功率随之降低。当温度不变，太阳光强增加时，光伏电池的开路电压基本不变。短路电流大幅增加，最大输出功率大幅增加。由于光伏电池系统受到光强、温度、太阳光入射角等多种因素的影响，其输出电压Wk输出电流Λ和内阻R也处于不停变化之中。只有使用 DC / DC变换器实现负载的动态变化，才能保证光伏电池始终输出最大功率。太阳能逆变器最基础的模块就是电压电流变换模块。对太阳电池阵列的端电压和端电流进行采样，然后传送给DC/DC升压电路，以得到更高更稳定的直流电压UA，同时经 DC/DC转换后的电压UA再经过DC/AC逆变电路得到所需的交流电并入到电网。本技术中DC/DC升压电路采取的是BOOST升压方式，DC/AC逆变电路采用的是单相桥式逆变电路。DC/AC逆变采用无差拍SVPWM算法调制，SVPWM与无差拍控制技术应用于逆变电源跟踪控制中，既易于数字化，减小装置体积，又可改进电源的动态性能，优化开关次数，降低开关损耗，提高直流电压利用率。在调制过程中要考虑到死区问题，采取相应机制加以解决，增强逆变器的可靠性。光伏电池是一个非线性电源，其输出电压和电流不仅受光强及温度的影响，而且也由负载的性质和状况决定，在光伏电池的伏安曲线中，光伏电池的输出特性与负载特性曲线的交点即为光伏电池的工作点。如果工作点处于最大功率点处，系统就处于匹配状态本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．基于ＤＳＰ的太阳能光伏并网逆变器，包括逆变器，其特征是：该逆变器包括最大功率点跟踪ＭＰＰＴ模块、电压电流变换模块、ＤＳＰ控制模块、用户电力管理模块和人机交互模块；最大功率点跟踪ＭＰＰＴ模块在电压电流变换模块之前，电压电流变换模块之后是用户电力管理模块，这三个模块同时和ＤＳＰ控制模块之间通信，人机交互模块只和ＤＳＰ控制模块连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋浩，张卫强，蒋金涛，胡建平，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：实用新型
国别省市：97