[发明专利]一种基于幅相控制的光伏发电装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，特别涉及一种基于幅值和相角来控制三相电压输出的逆变装置及方法。 

背景技术

太阳能作为一种新兴的绿色能源，以其清洁、灵活、永不枯竭等优点，正得到迅速的推广应用，随着太阳能光伏发电应用的发展，太阳能光伏发电已经不再只是作为偏远无电地区的能源供应，而是向逐渐取代常规能源的方向发展。在国外，并网发电逐渐成为太阳能光伏发电的主要应用领域，太阳能光伏产业已经逐渐形成，并持续高速发展。 

目前国外并网逆变器技术发展十分迅速。研究主要集中在空间矢量PWM技术、数字锁相控制技术、数字DSP控制技术、最大功率点跟踪和孤岛检出技术，以及综合考虑以上方面的系统总体设计等。国外的有些并网逆变器还设计同时具有独立运行和并网运行功能。 

国内太阳能光伏应用仍以独立供电系统为主，并网系统则刚刚起步。与独立工作的逆变器相比，并网逆变器不仅要保证低的输出电压谐波畸变率和高效率，而且要求输出电压与电网电压大小、相位一致，更重要的是必须保证有低的进网电流谐波畸变率，以免对电网造成污染。 

目前国内自主研制的并网逆变器存在有系统运行不稳定，可靠性低的弱点；且保护措施不全，容易引起事故，与建筑一体化等问题也没有得到很好考虑。 

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种可成功降低交流侧电压畸变率，并适用于三相不对称负载的基于幅相控制的光伏发电装置及方法。 

本发明装置包括：主电路单元、主控单元、电压电流传感器、可编程控制器、电力参数测量单元，其中，主电路单元包括4组IGBT模块、IGBT吸收保护电容及驱动和功率放大单元；主控单元，包括数字信号处理器(DSP)和可编程门阵列FPGA；电力参数测量单元由电力参数表组成； 

主电路单元的输入端与直流侧电压传感器的输出端相连，主电路单元的输出端与交流侧电压电流传感器的输入端相连；直流侧电压传感器的输出端与驱动和功率放大单元的输入端相连；驱动和功率放大单元的输出端与主电路单元的输入端相连，驱动和功率放大单元的输入端与主控制单元的输出端相连；可编程控制器与主控制单元相连，可编程控制器与GTO单元相连，电力参数测量单元的输出端与可编程控制器的输入端相连，电力参数测量单元的输入端与交流侧电压电流传感器的输出端相连。 

基于幅相控制的光伏发电控制方法，步骤如下： 

步骤1：交流侧电压电流传感器检测到三相交流电压、三相交流电流，经电压和电流变换电路处理后，送给主控单元的数字信号处理器DSP进行处理； 

步骤2：主控单元的数字信号处理器DSP根据检测到的交流侧电流、电压以及直流侧电压的给定值，通过幅值控制、相位控制和内环控制，确定电压调节的输出电压，并将得到输出电压传递给可编程门阵列FPGA； 

其中，幅值控制、相位控制和内环控制的过程如下： 

将给定电压U^*(t)的幅值和相位分离，分别对幅值和相位进行控制：幅值控制是指对检测到的系统给定电压U^*(t)和逆变器的输出电压U(t)的幅值进行比较，经过比例调节控制输出，输出的电压为U^*+ΔU^*；相位控制是将转换器输出的正弦函数sinωt与输出电压U(t)进行比较，分解出相位偏移角θ，经比例调节控制输出为sin(ωt+θ)，幅值控制和相位控制得到的结果相乘，得到内环控制目标函数e(t)，e(t)与逆变器输出电压U(t)比较，经比例调节控制后，输出电压e^*(t)； 

步骤3：可编程门阵列FPGA接收到的输出电压与三角波发生器产生的波形合成PWM波形，发送给主电路单元的驱动和功率放大单元； 

步骤4：主电路单元中的开关器件根据放大后的脉冲信号产生导通和关断。 

有益效果：本装置工作时，将太阳能发电系统所产生的600V～720V直流电，转换成幅值和相位都与电网匹配的交流电，供人们的生产和生活使用。基于幅相控制的光伏发电方法具有如下优点： 

1)应用此种方法成功的降低了交流侧的电压畸变率，其中转换率达到％97以上，小的谐波畸变率小于％3； 

2)在三相不对称负载情况下得到良好的静态和动态特性，适用于多种负载类型，如线性和非线性负载，平衡和非平衡负载，单项和三相负载；