專利名稱：太陽能光伏發(fā)電單相并網(wǎng)逆變器及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，涉及太陽能光伏發(fā)電單相并網(wǎng)逆變器及其控制方法。具體地說涉及一種把太陽能電池產(chǎn)生的直流電壓通過一定的控制方法，轉(zhuǎn)換成與市電電網(wǎng)具有同頻、同相和等幅的交流電，并輸送到市電電網(wǎng)的逆變裝置。
背景技術(shù)：
隨著全球工業(yè)化進程的逐步展開，世界各國對能源的需求急劇膨脹，而煤炭、石油和天然氣三大化石能源日漸枯竭，全球?qū)⒃僖淮蚊媾R能源危機，同時，大量使用化石能源對生態(tài)環(huán)境已經(jīng)造成了嚴(yán)重的破壞。因為能源、環(huán)境與發(fā)展已成為當(dāng)今世界亟待解決的問題， 所以，許多國家如西歐、美國和日本等開始研究并應(yīng)用開發(fā)利用太陽能、風(fēng)能和水能等可再生能源，并結(jié)合經(jīng)濟高效的新型電力電子技術(shù)——新能源分布式發(fā)電技術(shù)，既在配電網(wǎng)建立單獨的發(fā)電電源對重要負(fù)載進行供電，并且通過能量管理系統(tǒng)和外部市電電網(wǎng)進行能量交換。通過對上述技術(shù)展開研究得到的系列成果，并結(jié)合電力系統(tǒng)用戶對電能質(zhì)量的要求和電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢，該技術(shù)逐步形成了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器是實現(xiàn)太陽能光伏電池與市電電網(wǎng)之間能量的傳遞與轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。并網(wǎng)逆變器的作用是當(dāng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出在較大范圍內(nèi)變化時，能始終以盡可能高的效率將太陽能電池輸出的直流電轉(zhuǎn)化成與市電電網(wǎng)匹配的交流電，并送入市電電網(wǎng)。并網(wǎng)逆變器的設(shè)計開發(fā)，需要考慮的技術(shù)問題是第一，由于日照強度、電池溫度等因素會影響太陽能電池的輸出特性，因此，為了提高太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作效率，使太陽能電池的輸出電壓趨近于最大功率點電壓，以保證太陽能電池在最大功率點附近運行而獲得最大能量，并網(wǎng)逆變器應(yīng)具有最大功率跟蹤控制(MPPT)的調(diào)節(jié)功能。第二，并網(wǎng)逆變器的輸出波形，除滿足市電電網(wǎng)的頻率、相位和幅值等電能質(zhì)量要求外，還必須滿足市電電網(wǎng)的防止孤島效應(yīng)和安全隔離接地等要求。目前，國外的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定并網(wǎng)逆變器輸出波形的總諧波因數(shù)應(yīng)小于5%，各次諧波含量小于3%，并且具有較好的動態(tài)特性。 根據(jù)IEEE2000. 929和UL1741標(biāo)準(zhǔn)，所有并網(wǎng)逆變器必須具有防孤島效應(yīng)的功能，孤島發(fā)生時必須快速、準(zhǔn)確地切除并網(wǎng)逆變器與市電電網(wǎng)的電性連接。第三，保證太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運行，需要對系統(tǒng)中各并網(wǎng)逆變器進行協(xié)調(diào)控制。除了逆變器基本的電壓控制夕卜，還需考慮各并網(wǎng)逆變器互聯(lián)時的功率分配和控制，即分為功率控制和電壓控制兩個層次，下層的電壓控制根據(jù)上層指令完成相應(yīng)的控制任務(wù)。最后，為降低太陽能發(fā)電系統(tǒng)的成本，能有效地普及和使用，并網(wǎng)逆變器需要采用比較理想的是無變壓器方案，從而可以進一步提高并網(wǎng)逆變器的效率，使太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的體積、重量和成本大大降低。因此，設(shè)計一種滿足上述技術(shù)要求的體積小、成本低，功耗低、效率高、安全可靠性高、使用壽命長的太陽能光伏并網(wǎng)逆變器，并采用先進的控制技術(shù)是并網(wǎng)逆變器發(fā)展趨勢
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種太陽能光伏發(fā)電單相并網(wǎng)逆變器，它同時具備體積小、成本低，功耗低、效率高、安全可靠性高、使用壽命長等特點。本發(fā)明的另一目的是提供一種最大功率跟蹤控制、無變壓器、防止孤島效應(yīng)的太陽能光伏發(fā)電單相并網(wǎng)逆變器的控制方法，以便使逆變過程具有更高的效率和安全性的太陽能光伏發(fā)電單相并網(wǎng)逆變器的控制方法。本發(fā)明的第一發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)
一種太陽能光伏發(fā)電單相并網(wǎng)逆變器，包括太陽能電池、并網(wǎng)逆變器主回路、市電電網(wǎng)、并網(wǎng)逆變控制器和并機通信接口 ；其特征在于所述并網(wǎng)逆變器主回路包括輸入保護開關(guān)、升壓電路、逆變電路和并網(wǎng)開關(guān)，所述輸入保護開關(guān)、升壓電路、逆變電路和并網(wǎng)開關(guān)依次串聯(lián)，所述輸入保護開關(guān)的輸入端接太陽能電池的輸出端，所述并網(wǎng)開關(guān)的輸出端接市電電網(wǎng)的輸入端；所述并網(wǎng)逆變控制器包括控制電路、邏輯電路、驅(qū)動電路、采樣電路、電池電壓檢測電路、電池電流檢測電路、升壓電壓檢測電路、電網(wǎng)電壓檢測電路、并網(wǎng)電流檢測電路和電網(wǎng)相位檢測電路，所述采樣電路、控制電路、邏輯電路及驅(qū)動電路依次串聯(lián)，所述采樣電路分別接收電池電壓檢測電路、電池電流檢測電路、升壓電壓檢測電路、電網(wǎng)電壓檢測電路及并網(wǎng)電流檢測電路輸出的信號，控制電路的一輸入端接收電網(wǎng)相位檢測電路的輸入信號，所述并機通信接口接在控制電路的一輸入輸出端，所述驅(qū)動電路的第一輸出端接輸入保護開關(guān)的一輸入端，驅(qū)動電路的第二輸出端接升壓電路的一輸入端，驅(qū)動電路的第三輸出端接逆變電路的一輸入端，驅(qū)動電路的第四輸出端接并網(wǎng)開關(guān)的一輸入端。所述升壓電路包括第一電感、第二電感、第一二極管第二二極管、第一功率管、第二功率管、第一電解電容和第二電解電容；其中所述第一電感及第二電感的一端分別連接輸入保護開關(guān)的兩個輸出端；所述第一二極管的陽極端連接第一電感的另一端，所述第二二極管的陰極端連接第二電感的另一端；所述第一功率管的集電極連接第一二極管的陽極端，第一功率管的射極連接第二功率管的集電極并組成N零線端，第二功率管的射極連接第二二極管的陰極端，第一功率管和第二功率管的基極連接驅(qū)動電路的第二輸出端；所述第一電解電容的正極端連接第一二極管的陰極端，第一電解電容的負(fù)極端連接第二電解電容的正極端并連接N零線端，第二電解電容的負(fù)極端連接第二二極管的陽極端，第一電解電容的正極端輸出正的直流電壓，第二電解電容的負(fù)極端輸出負(fù)的直流電壓。所述逆變電路包括第三功率管、第四功率管、濾波電感和濾波電容；其中第三功率管的集電極連接第一電解電容的正極端，第三功率管的射極連接第四功率管的集電極并接濾波電感的一端，第四功率管的射極連接第二電解電容的負(fù)極端，第三功率管和第四功率管的基極接驅(qū)動電路的第三輸出端；所述濾波電容的一端連接濾波電感的另一端，另一端連接升壓電路的N零線端。本發(fā)明的第二發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)
一種太陽能光伏發(fā)電單相并網(wǎng)逆變器的控制方法，輸入保護開關(guān)的輸入端連接太陽能電池，根據(jù)一控制信號用于閉合或斷開太陽能電池與并網(wǎng)逆變器主回路的電連接；升壓電路通過輸入保護開關(guān)，用以對太陽能電池的輸出電壓進行升壓后輸出一正負(fù)直流電壓；逆變電路連接升壓電路用以將升壓電路所輸出的正負(fù)直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓；并網(wǎng)開關(guān)連接在逆變電路與市電電網(wǎng)之間，并網(wǎng)開關(guān)根據(jù)一控制信號閉合或斷開逆變電路與市電電網(wǎng)之間的電連接；并網(wǎng)逆變控制器連接輸入保護開關(guān)、升壓電路、逆變電路以及并網(wǎng)開關(guān)，并
6控制輸入保護開關(guān)、升壓電路、逆變電路和并網(wǎng)開關(guān)的運行；其中，該控制方法包括以下步驟
步驟一控制電路通過采樣電路采樣太陽能電池的電壓和電流、升壓電路的正負(fù)輸出電壓士BUS、并網(wǎng)開關(guān)的并網(wǎng)電流和市電電網(wǎng)的電壓和相位等參數(shù)送給控制電路的DSP芯片和邏輯電路的GPLD芯片；
步驟二 控制電路和邏輯電路判斷太陽能電池對地搭碰信號是否正常，升壓電壓是否過壓，并網(wǎng)開關(guān)的并網(wǎng)電流是否過流，升壓電路和逆變電路的驅(qū)動信號是否共態(tài)導(dǎo)通和脈寬異常，以及該市電電網(wǎng)的電壓和相位是否都正常，如果所有參數(shù)正常，則繼續(xù)進入步驟三；若其中有參數(shù)不正常，則輸出控制信號經(jīng)驅(qū)動電路斷開輸入保護開關(guān)和并網(wǎng)開關(guān)，并斷開升壓電路和逆變電路的PWM控制信號，返回到步驟一；
步驟三控制電路輸出控制信號接通輸入保護開關(guān)，太陽能電池的直流電壓接入并網(wǎng)逆變器主回路中，然后，控制電路輸出驅(qū)動信號至升壓電路，促使太陽能電池的直流電壓升壓至正負(fù)直流電壓即士BUS電壓，繼續(xù)進入步驟四；再由驅(qū)動電路增大這些驅(qū)動信號的功率后產(chǎn)生控制升壓電路的第一功率管和第二功率管的驅(qū)動信號，使升壓開始進行，并輸出正負(fù)直流電壓即士 BUS電壓；其中，升壓電路實施最大功率跟蹤控制(MPPT)，然后，則執(zhí)行步驟四；
步驟四控制電路判斷升壓電路的正負(fù)直流電壓即士BUS電壓在正常范圍內(nèi)，則輸出驅(qū)動信號至逆變電路，促使正負(fù)直流電壓至交流電壓開始進行逆變，其中逆變電路的頻率、 相位和幅值與市電電網(wǎng)的交流電同頻、同相和等幅，電壓幅值可以有一定誤差，繼續(xù)進入步驟五，否則返回到步驟一；
步驟五控制電路判斷逆變電路的電壓、相位和并網(wǎng)電流在正常范圍內(nèi)，控制并網(wǎng)開關(guān)閉合逆變電路與市電電網(wǎng)之間的電連接，使逆變電路所產(chǎn)生的交流電耦合至該市電電網(wǎng)， 繼續(xù)進入步驟六，否則返回到步驟一；
步驟六在并網(wǎng)過程中，控制電路通過采樣電路采樣太陽能電池的輸出電壓和電流，實時對太陽能電池所能輸出的最大功率進行監(jiān)測，以實施最大功率點跟蹤控制，以據(jù)此調(diào)整升壓電路的驅(qū)動信號的占空比；控制電路判斷市電電網(wǎng)突然發(fā)生故障甚至突然斷電，則輸出控制信號斷開并網(wǎng)開關(guān)，即及時切斷該并網(wǎng)逆變器與該市電電網(wǎng)之間的電連接，停止逆變電路的逆變，并返回步驟一；
步驟七控制電路輸出控制信號給驅(qū)動電路，再由驅(qū)動電路增大驅(qū)動信號的功率后接通并網(wǎng)開關(guān)，這時逆變電路的輸出VAC就耦合到市電電網(wǎng)，實施并網(wǎng)逆變器與市電電網(wǎng)的電性連接，完成發(fā)電電能并網(wǎng)，然后，返回到步驟一；
步驟八控制電路輸出控制信號斷開并網(wǎng)開關(guān)，實施并網(wǎng)逆變器與市電電網(wǎng)的電氣斷開，然后，返回到步驟一；
步驟九控制電路輸出控制信號斷開輸入保護開關(guān)，實施太陽能電池與并網(wǎng)逆變器主回路的電氣斷開，然后，返回到步驟一。所述控制電路還根據(jù)監(jiān)測太陽能電池的最大輸出功率，并據(jù)此調(diào)整升壓電路的直流電壓；根據(jù)監(jiān)測市電電網(wǎng)的電壓和相位，并據(jù)此調(diào)整逆變電路的輸出電壓和相位。所述邏輯電路還根據(jù)監(jiān)測升壓電壓的過壓、并網(wǎng)開關(guān)的過流、太陽能電池的漏電、 升壓電路和逆變電路的驅(qū)動信號共態(tài)導(dǎo)通和脈寬異常，并據(jù)此封鎖該驅(qū)動信號，斷開輸入保護開關(guān)和并網(wǎng)開關(guān)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果如下
第一，本發(fā)明采用雙Boost升壓電路和半橋逆變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以使并網(wǎng)逆變器的體積變小、重量減輕、成本降低，其產(chǎn)生的純正弦波容易調(diào)整，不會給市電電網(wǎng)造成高頻諧波的危害。第二，本發(fā)明的最大功率點跟蹤方法由控制電路改變升壓電路驅(qū)動信號的占空比，同時監(jiān)控升壓電路的輸出電壓，這種獲得最大功率點的方法只需要跟蹤太陽能電池的電壓，省去了復(fù)雜的計算和比較。第三，本發(fā)明的孤島檢測與控制方法由市電電網(wǎng)電壓信號首先經(jīng)過幅值檢測，確定市電電網(wǎng)工作正常，經(jīng)過頻率檢測，以確定電網(wǎng)頻率滿足精度要求，再經(jīng)過并網(wǎng)電流的檢測，這時并網(wǎng)逆變器被允許并網(wǎng)，所以，只需對采樣的參數(shù)進行判斷，無需附加檢測電路，方法簡便易行。最后，可以使整個系統(tǒng)體積小、成本低，功耗低、效率高、安全可靠性高、使用壽命長。


圖1是本發(fā)明一個實施例的太陽能光伏發(fā)電單相并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是本發(fā)明一個實施例的太陽能光伏發(fā)電單相并網(wǎng)逆變器的電路圖3是圖2所示的逆變電路中功率管Q3和Q4驅(qū)動信號和正弦波輸出波形圖； 圖4是本發(fā)明一個實施例的控制電路的控制流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本專利作進一步說明。本發(fā)明的最佳實施方式參考圖1所示，一種太陽能光伏發(fā)電單相并網(wǎng)逆變器，包括太陽能電池1、并網(wǎng)逆變器主回路2、市電電網(wǎng)3、并網(wǎng)逆變控制器4和并機通信接口 5 ；本發(fā)明的特點是所述并網(wǎng)逆變器主回路2包括輸入保護開關(guān)21、升壓電路22、逆變電路23和并網(wǎng)開關(guān)對，所述輸入保護開關(guān)21、升壓電路22、逆變電路23和并網(wǎng)開關(guān)M依次串聯(lián)，所述輸入保護開關(guān)21的輸入端接太陽能電池1的輸出端，所述并網(wǎng)開關(guān)M的輸出端接市電電網(wǎng)3的輸入端；所述并網(wǎng)逆變控制器4包括控制電路41、邏輯電路42、驅(qū)動電路43、采樣電路44、電池電壓檢測電路45、電池電流檢測電路46、升壓電壓檢測電路47、電網(wǎng)電壓檢測電路48、并網(wǎng)電流檢測電路49和電網(wǎng)相位檢測電路40，所述采樣電路44、控制電路41、邏輯電路42及驅(qū)動電路43依次串聯(lián)，所述采樣電路44分別接收電池電壓檢測電路45、電池電流檢測電路46、升壓電壓檢測電路47、電網(wǎng)電壓檢測電路48及并網(wǎng)電流檢測電路49輸出的信號，控制電路41的一輸入端接收電網(wǎng)相位檢測電路40的輸入信號，所述并機通信接口 5接在控制電路41的一輸入輸出端，所述驅(qū)動電路43的第一輸出端接輸入保護開關(guān)21 的一輸入端，驅(qū)動電路43的第二輸出端接升壓電路22的一輸入端，驅(qū)動電路43的第三輸出端接逆變電路23的一輸入端，驅(qū)動電路43的第四輸出端接并網(wǎng)開關(guān)M的一輸入端。參考圖2所示，輸入保護開關(guān)21是由一繼電器或一接觸器RY構(gòu)成，根據(jù)系統(tǒng)的容量大小選擇繼電器或接觸器。當(dāng)太陽能電池1漏電和并網(wǎng)逆變器各電路出現(xiàn)故障，并網(wǎng)逆變控制器4的驅(qū)動電路43的第一輸出端輸出控制信號斷開該繼電器或該接觸器，實施太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的保護作用。參考圖2所示，升壓電路22是雙Boost無變壓器的電路，它包括第一電感Li、第二電感L2、第一二極管Dl第二二極管D2、第一功率管Q1、第二功率管Q2、第一電解電容El 和第二電解電容E2 ；其中所述第一電感Ll及第二電感L2的一端分別連接輸入保護開關(guān)21 的兩個輸出端；所述第一二極管Dl的陽極端連接第一電感Ll的另一端，所述第二二極管 D2的陰極端連接第二電感L2的另一端；所述第一功率管Ql的集電極連接第一二極管Dl 的陽極端，第一功率管Ql的射極連接第二功率管Q2的集電極并組成N零線端，第二功率管 Q2的射極連接第二二極管D2的陰極端，第一功率管Ql和第二功率管Q2的基極連接驅(qū)動電路43的第二輸出端；所述第一電解電容El的正極端連接第一二極管Dl的陰極端，第一電解電容El的負(fù)極端連接第二電解電容E2的正極端并連接N零線端，第二電解電容E2的負(fù)極端連接第二二極管D2的陽極端，第一電解電容El的正極端輸出正的直流電壓，第二電解電容E2的負(fù)極端輸出負(fù)的直流電壓。并網(wǎng)逆變控制器4施加頻率固定而占空比增大和減小的脈沖開關(guān)信號至第一、二功率管Ql、Q2，通過第一、二功率管Ql、Q2的導(dǎo)通和截止的開關(guān)切換來將耦合到第一電感Ll和第二電感L2 —端的太陽能電池1的輸入電壓VDC轉(zhuǎn)換， 本實施例的輸入電壓VDC為200V-276V，并從第一二極管Dl的陰極端輸出和第二二極管D2 的陽極端輸出的士BUS直流電壓，本實施例的士BUS直流電壓為士360VDC。升壓電路22的工作原理為當(dāng)?shù)谝还β使躋l和第二功率管Q2導(dǎo)通時，第一電感 Ll和第二 L2電感的電流增加，儲蓄能量，此時，第一電解電容Cl和第二電解電容C2通過放電形式向逆變電路23提供能量；當(dāng)?shù)谝还β使躋l和第二功率管Q2關(guān)斷時，第一電感Ll和第二電感L2電流從第一二極管Dl和第二二極管D2向后輸出，電流減小，一方面，向逆變電路23提供能量，另一方面向第一電解電容Cl和第二電解電容C2充電。這樣，通過第一功率管Ql和第二功率管Q2不停的導(dǎo)通和關(guān)斷，就會使此電路產(chǎn)生正負(fù)直流輸出電壓即士 BUS 電壓。這個士BUS輸出電壓由該太陽能電池輸入電壓VDC和第一功率管Ql和第二功率管 Q2開關(guān)時間的占空比。來決定，即
權(quán)利要求
1.一種太陽能光伏發(fā)電單相并網(wǎng)逆變器，包括太陽能電池(1)、并網(wǎng)逆變器主回路 (2)、市電電網(wǎng)(3)、并網(wǎng)逆變控制器(4)和并機通信接口(5)；其特征在于所述并網(wǎng)逆變器主回路(2)包括輸入保護開關(guān)(21)、升壓電路(22)、逆變電路(23)和并網(wǎng)開關(guān)(24)，所述輸入保護開關(guān)(21)、升壓電路(22)、逆變電路(23)和并網(wǎng)開關(guān)(24)依次串聯(lián)，所述輸入保護開關(guān)(21)的輸入端接太陽能電池(1)的輸出端，所述并網(wǎng)開關(guān)(24)的輸出端接市電電網(wǎng) (3 )的輸入端；所述并網(wǎng)逆變控制器(4 )包括控制電路(41)、邏輯電路(42 )、驅(qū)動電路(43 )、 采樣電路(44 )、電池電壓檢測電路(45 )、電池電流檢測電路(46 )、升壓電壓檢測電路(47 )、 電網(wǎng)電壓檢測電路(48 )、并網(wǎng)電流檢測電路(49 )和電網(wǎng)相位檢測電路(40 )，所述采樣電路 (44 )、控制電路(41)、邏輯電路(42 )及驅(qū)動電路(43 )依次串聯(lián)，所述采樣電路(44 )分別接收電池電壓檢測電路(45)、電池電流檢測電路(46)、升壓電壓檢測電路(47)、電網(wǎng)電壓檢測電路(48)及并網(wǎng)電流檢測電路(49)輸出的信號，控制電路(41)的一輸入端接收電網(wǎng)相位檢測電路(40)的輸入信號，所述并機通信接口(5)接在控制電路(41)的一輸入輸出端， 所述驅(qū)動電路(43)的第一輸出端接輸入保護開關(guān)(21)的一輸入端，驅(qū)動電路(43)的第二輸出端接升壓電路(22)的一輸入端，驅(qū)動電路(43)的第三輸出端接逆變電路(23)的一輸入端，驅(qū)動電路(43)的第四輸出端接并網(wǎng)開關(guān)(24)的一輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的一種太陽能光伏發(fā)電單相并網(wǎng)逆變器，其特征在于所述升壓電路(22)包括第一電感(Li)、第二電感(L2)、第一二極管(Dl)第二二極管(D2)、第一功率管 (Q1)、第二功率管(Q2)、第一電解電容(El)和第二電解電容(E2)；其中所述第一電感(Li) 及第二電感(L2)的一端分別連接輸入保護開關(guān)(21)的兩個輸出端；所述第一二極管(Dl) 的陽極端連接第一電感(Li)的另一端，所述第二二極管(D2)的陰極端連接第二電感(L2) 的另一端；所述第一功率管(Ql)的集電極連接第一二極管(Dl)的陽極端，第一功率管(Ql) 的射極連接第二功率管(Q2)的集電極并組成N零線端，第二功率管(Q2)的射極連接第二二極管(D2)的陰極端，第一功率管(Ql)和第二功率管(Q2)的基極連接驅(qū)動電路(43)的第二輸出端；所述第一電解電容(El)的正極端連接第一二極管(Dl)的陰極端，第一電解電容 (El)的負(fù)極端連接第二電解電容(E2)的正極端并連接N零線端，第二電解電容(E2)的負(fù)極端連接第二二極管(D2)的陽極端，第一電解電容(El)的正極端輸出正的直流電壓，第二電解電容(E2)的負(fù)極端輸出負(fù)的直流電壓。
3.根據(jù)權(quán)利1或2所述的一種太陽能光伏發(fā)電單相并網(wǎng)逆變器，其特征在于所述逆變電路(23)包括第三功率管(Q3)、第四功率管(Q4)、濾波電感(L3)和濾波電容(C3)；其中第三功率管(Q3)的集電極連接第一電解電容(El)的正極端，第三功率管(Q3)的射極連接第四功率管(Q4)的集電極并接濾波電感(L3)的一端，第四功率管(Q4)的射極連接第二電解電容(E2)的負(fù)極端，第三功率管(Q3)和第四功率管(Q4)的基極接驅(qū)動電路(43)的第三輸出端；所述濾波電容(C3)的一端連接濾波電感(L3)的另一端，另一端連接升壓電路(22)的 N零線端。
4.一種太陽能光伏發(fā)電單相并網(wǎng)逆變器的控制方法，輸入保護開關(guān)(21)的輸入端連接太陽能電池(1)，根據(jù)一控制信號用于閉合或斷開太陽能電池(1)與并網(wǎng)逆變器主回路 (2)的電連接；升壓電路(22)通過輸入保護開關(guān)(21)，用以對太陽能電池(1)的輸出電壓進行升壓后輸出一正負(fù)直流電壓；逆變電路(23)連接升壓電路(22)用以將升壓電路(22)所輸出的正負(fù)直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓；并網(wǎng)開關(guān)(24)連接在逆變電路(23)與市電電網(wǎng)(3)之間，并網(wǎng)開關(guān)(24)根據(jù)一控制信號閉合或斷開逆變電路(23)與市電電網(wǎng)(3)之間的電連接；并網(wǎng)逆變控制器(4)連接輸入保護開關(guān)(21)、升壓電路(22)、逆變電路(23)以及并網(wǎng)開關(guān)(24)，并控制輸入保護開關(guān)(21)、升壓電路(22)、逆變電路(23)和并網(wǎng)開關(guān)(24)的運行； 其中，該控制方法包括以下步驟步驟一控制電路(41)通過采樣電路(44 )采樣太陽能電池(1)的電壓和電流、升壓電路(22)的正負(fù)輸出電壓士BUS、并網(wǎng)開關(guān)(24)的并網(wǎng)電流和市電電網(wǎng)(3)的電壓和相位等參數(shù)送給控制電路(41)的DSP芯片和邏輯電路(42)的GPLD芯片；步驟二 控制電路(41)和邏輯電路(42)判斷太陽能電池(1)對地搭碰信號是否正常， 升壓電壓(22)是否過壓，并網(wǎng)開關(guān)(24)的并網(wǎng)電流是否過流，升壓電路(22)和逆變電路 (23)的驅(qū)動信號是否共態(tài)導(dǎo)通和脈寬異常，以及該市電電網(wǎng)(3)的電壓和相位是否都正常， 如果所有參數(shù)正常，則繼續(xù)進入步驟三；若其中有參數(shù)不正常，則輸出控制信號經(jīng)驅(qū)動電路 (43)斷開輸入保護開關(guān)(21)和并網(wǎng)開關(guān)(24)，并斷開升壓電路(22)和逆變電路(23)的 PWM控制信號，返回到步驟一；步驟三控制電路(41)輸出控制信號接通輸入保護開關(guān)(21)，太陽能電池(1)的直流電壓接入并網(wǎng)逆變器主回路(2)中，然后，控制電路(41)輸出驅(qū)動信號至升壓電路(22)，促使太陽能電池(1)的直流電壓升壓至正負(fù)直流電壓即士BUS電壓，繼續(xù)進入步驟四；再由驅(qū)動電路(43)增大這些驅(qū)動信號的功率后產(chǎn)生控制升壓電路(22)的第一功率管(Ql)和第二功率管(Q2)的驅(qū)動信號，使升壓開始進行，并輸出正負(fù)直流電壓即士 BUS電壓；其中，升壓電路(22)實施最大功率跟蹤控制(MPPT)，然后，則執(zhí)行步驟四；步驟四控制電路(41)判斷升壓電路(22)的正負(fù)直流電壓即士BUS電壓在正常范圍內(nèi)，則輸出驅(qū)動信號至逆變電路(23)，促使正負(fù)直流電壓至交流電壓開始進行逆變，其中逆變電路(23)的頻率、相位和幅值與市電電網(wǎng)(3)的交流電同頻、同相和等幅，電壓幅值可以有一定誤差，繼續(xù)進入步驟五，否則返回到步驟一；步驟五控制電路(41)判斷逆變電路(23)的電壓、相位和并網(wǎng)電流在正常范圍內(nèi)，控制并網(wǎng)開關(guān)(24)閉合逆變電路(23)與市電電網(wǎng)(3)之間的電連接，使逆變電路(23)所產(chǎn)生的交流電耦合至該市電電網(wǎng)(3)，繼續(xù)進入步驟六，否則返回到步驟一；步驟六在并網(wǎng)過程中，控制電路(41)通過采樣電路(44)采樣太陽能電池(1)的輸出電壓和電流，實時對太陽能電池(1)所能輸出的最大功率進行監(jiān)測，以實施最大功率點跟蹤控制，以據(jù)此調(diào)整升壓電路的驅(qū)動信號的占空比；控制電路(41)判斷市電電網(wǎng)突然發(fā)生故障甚至突然斷電，則輸出控制信號斷開并網(wǎng)開關(guān)(24)，即及時切斷該并網(wǎng)逆變器與該市電電網(wǎng)之間的電連接，停止逆變電路的逆變，并返回步驟一；步驟七控制電路(41)輸出控制信號給驅(qū)動電路(43)，再由驅(qū)動電路(43)增大驅(qū)動信號的功率后接通并網(wǎng)開關(guān)(24)，這時逆變電路(23)的輸出VAC就耦合到市電電網(wǎng)(3)，實施并網(wǎng)逆變器與市電電網(wǎng)(3)的電性連接，完成發(fā)電電能并網(wǎng)，然后，返回到步驟一；步驟八控制電路(41)輸出控制信號斷開并網(wǎng)開關(guān)(24)，實施并網(wǎng)逆變器與市電電網(wǎng) (3)的電氣斷開，然后，返回到步驟一；步驟九控制電路(41)輸出控制信號斷開輸入保護開關(guān)(21)，實施太陽能電池(1)與并網(wǎng)逆變器主回路(2)的電氣斷開，然后，返回到步驟一。
5.根據(jù)權(quán)利4所述的太陽能光伏發(fā)電單相并網(wǎng)逆變器的控制方法，其特征在于所述控制電路(41)還根據(jù)監(jiān)測太陽能電池(1)的最大輸出功率，并據(jù)此調(diào)整升壓電路(22)的直流電壓；根據(jù)監(jiān)測市電電網(wǎng)(3)的電壓和相位，并據(jù)此調(diào)整逆變電路的輸出電壓和相位。
6.根據(jù)權(quán)利4所述的太陽能光伏發(fā)電單相并網(wǎng)逆變器的控制方法，其特征在于所述邏輯電路(42)還根據(jù)監(jiān)測升壓電壓(22)的過壓、并網(wǎng)開關(guān)(24)的過流、太陽能電池(1)的漏電、升壓電路(22)和逆變電路(23)的驅(qū)動信號共態(tài)導(dǎo)通和脈寬異常，并據(jù)此封鎖該驅(qū)動信號，斷開輸入保護開關(guān)(21)和并網(wǎng)開關(guān)(24)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽能光伏發(fā)電單相并網(wǎng)逆變器及其控制方法，包括太陽能電池、并網(wǎng)逆變器主回路、市電電網(wǎng)、并網(wǎng)逆變控制器和并機通信接口；其特征在于并網(wǎng)逆變器主回路包括輸入保護開關(guān)、升壓電路、逆變電路和并網(wǎng)開關(guān)；并網(wǎng)逆變控制器包括控制電路、邏輯電路、驅(qū)動電路、采樣電路、電池電壓檢測電路、電池電流檢測電路、升壓電壓檢測電路、電網(wǎng)電壓檢測電路、并網(wǎng)電流檢測電路和電網(wǎng)相位檢測電路，控制電路的一輸入端接收電網(wǎng)相位檢測電路的輸入信號，驅(qū)動電路的第一輸出端接輸入保護開關(guān)的一輸入端，驅(qū)動電路的第二輸出端接升壓電路的一輸入端，驅(qū)動電路的第三輸出端接逆變電路的一輸入端，驅(qū)動電路的第四輸出端接并網(wǎng)開關(guān)的一輸入端。其具有體積小、功耗低、效率高、安全可靠性高、使用壽命長等優(yōu)點。
文檔編號H02M7/48GK102545257SQ20121000808
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者劉杰, 蔡力, 詹躍東 申請人:廣東中商國通電子有限公司