[实用新型]一种基于超级电容器的光伏并网逆变器

说明书

技术领域

本实用新型专利属于太阳能发电与电力电子技术领域，具体涉及到一种利用超级电容器进行直流缓冲和支撑的三相光伏并网逆变器。

背景技术

随着能源危机和环境污染问题的日益突出，越来越多的国家开始意识到开发可再生能源的必要性和紧迫性。大面积的开发使用以风能、太阳能为代表的可再生能源是实现可持续发展的必由之路。其中太阳能资源由于具有分布面积广、绿色、取之不尽，用之不竭等显著的优点而日益受到人们的青睐。

光伏并网逆变器作为太阳能发电利用的最主要的设备，成为整个技术的核心。目前使用的光伏并网逆变器主要采用大量的电解电容进行串并联来做直流支撑和缓冲。由于电解电容容量小，耐压低，而且温度条件苛刻，使用寿命有限。而超级电容器作为一种新型的纯绿色储能器件，由于其具有：1、容量大，功率密度高；2、充电速度快；3、循环使用寿命长等突出优点而被广泛使用。而将超级电容器应用于光伏并网逆变器中是本实用新型的最核心的内容。

发明内容

本实用新型内容在于设计超级电容器作为直流缓冲和储能环节，当日照强度过大的时候，系统将太阳能电池组件PV产生的较高的电压存储到超级电容中，在光照受到遮挡，太阳能电池组件PV电压瞬时跌落时，超级电容器释放能量，维持电压。这样就解决了光伏电池由于光照的间歇性造成的电压大幅波动；由于超级电容器内阻较大，逆变器可以采取太阳能电池组件PV直接启动方式，解决了直流侧电容平常需要加额外的预充电电路的问题；由于超级电容器容量很大，解决了逆变器作为静止无功补偿器SVG运行时，无功功率输出有限的问题。

本实用新型是一种基于超级电容的光伏并网逆变器，其具体构成为：

1、原有光伏并网逆变器（如图1所示）直流侧通常采用电解电容，由于电解电容耐压和容量均有限，故一般采用串并联的连接方式。本实用新型将串并联的电解电容用一组超级电容器代替，直接并联在光伏电池阵列和逆变桥之间（如图2所示）。并联进电路的超级电容器主要用于抑制太阳能这种间歇性能源本身或者其他原因造成的各种波动；

2、在原有光伏并网逆变器（如图1所示）的基础上精简掉了直流预充电电路或者交流预充电电路（如图2所示），这样简化了结构，节省了成本，提高了系统的可靠性，更适用于光伏逆变器系统启停频繁的场合；

系统主控制器的芯片采用DSP+FPGA，利用14位AD芯片采样直流电压，直流充电电流，交流电压，交流电流，温度等信号，通过前馈解耦的双闭环控制策略，输出SVPWM驱动信号，实现并网逆变。

附图说明

图1是现有光伏并网逆变器的电路图

图2是本实用新型的系统主电路和控制框图。

图中标号：1为太阳能电池阵列，2为超级电容器，3为绝缘栅双极型晶体管（IGBT），4为交流低通滤波器，5为系统的控制电路。

图3为前馈解耦控制框图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

参见附图，本方案实施的技术路线是：太阳能电池组件PV阵列为单晶、多晶、薄膜等主流电池组件串并联而成，通过放反二极管D给超级电容器充电。在启动初期，由于太阳能电池内阻较大，加上太阳能电池本身的特性，充电电流不是很大，而且超级电容器耐电流能量较强。控制器利用模数采样芯片采样到直流电压，当充电的直流电压大于设定的阀值，系统就认为超级电容器充满了电，系统开始启动。超级电容器开始将能量通过后面的逆变拓扑送往电网。直流电压随着发生瞬时跌落。此时，太阳能电池阵列与超级电容器有电压差，阵列又开始往超级电容器充电。如此往复，实现了超级电容器缓冲能量和支撑直流电压的作用。具体并网控制如下所示。

控制器采用电流内环电压外环的双闭环控制结构。控制框图如图2所示。电压外环实现最大功率跟踪MPPT跟踪，电流内环控制交流侧输入电流跟踪正弦输入电压。外环输出作为电流内环有功分量轴id的给定值，控制着电流大小和方向，从而控制有功功率的大小和方向；当系统工作在并网逆变状态时，无功分量轴iq给定为0。当系统工作在静止无功补偿器SVG状态时，无功分量轴iq根据系统无功功率需要设定，有功分量轴给定为0。电流给定有功Id*和无功分量Iq*与反馈的有功id 和无功分量iq比较后送入电流PI调节器，再经过前馈解耦，最后通过空间矢量调制SVPWM，产生6路驱动信号，控制IGBT模块工作。

IGBT输出经交流低通滤波器后得到正弦交流，通过隔离变压器送往电网，实现有功和无功的输出。

由于超级电容器耐电流能力强，充电速度快等优点，因此特别适合经常启停操作的太阳能电站用逆变器。