[发明专利]一种光伏扬水逆变器及其控制方法、及光伏扬水系统

说明书

技术领域

本发明属于光伏发电技术领域，并涉及一种应用于光伏扬水系统的光伏扬水逆变器及其控制方法。

背景技术

光伏扬水系统主要由光伏扬水逆变器、太阳能光伏阵列和三相交流水泵组成(图1)，其广泛运用于农林灌溉、荒漠治理、草原畜牧、生活用水、海水淡化、城市水景等光伏水利领域。光伏扬水系统基于蓄电不如蓄水的理念，采用搭建蓄水池而省却掉蓄电池，以蓄水替代蓄电的方法，既减少系统投资成本又提高了光伏扬水系统设备的可靠性，同时也避免了蓄电池更换对环境的污染，做到真正的经济、环保。

光伏扬水系统中的核心控制设备为光伏扬水逆变器，光伏扬水逆变器一方面对系统的运行实施控制和调节，将太阳能光伏阵列发出的直流电转换为交流电用以驱动水泵，另一方面需要根据日照强度的变化实时调节输出频率，实现最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)。

光伏扬水系统的三相交流水泵在实施变频调速控制时，所需要的输入电压与水泵电机的转速成正比，在额定转速时需要输入额定电压。另一方面，光伏扬水逆变器能够输出的最高交流电压又与逆变器直流母线电压Vbus成正比，其中与额定交流电压220V水泵匹配的直流母线电压最低值为320V，与额定交流电压380V水泵匹配的直流母线电压最低值为540V。而目前光伏扬水逆变器的主电路均采用单级逆变的结构(图2)，即直流母线电压Vbus等于太阳能光伏阵列的输出电压Vpv。所以目前与220V三相交流水泵匹配的的光伏扬水系统，要求太阳能光伏阵列最大功率点电压超过320V；与380V三相交流水泵匹配的光伏扬水系统，要求太阳能光伏阵列最大功率点电压超过540V。

采用单级逆变结构的光伏扬水逆变器时，三相交流水泵对光伏阵列高电压的要求会使光伏扬水系统应用于功率较小的系统时，由于需采用多块小功率光伏组件串联才能满足高电压的要求，对光伏组件的选取缺少灵活性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中单级结构的光伏逆变器造成光伏组件的选取缺乏灵活性并影响光伏阵列的输出电压与水泵电压的匹配性的问题，提供一种使光伏阵列输出电压的可选范围变宽进而改善系统配置灵活性的光伏扬水逆变器及其控制方法。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案得以实现：提供一种光伏扬水逆变器，其连接在水泵和光伏阵列之间且具有MPPT功能，所述光伏扬水逆变器包含升压电路和逆变电路；所述升压电路将所述光伏阵列的输出电压提升至直流母线电压，所述逆变电路对所述直流母线电压进行DC/AC转换并输出驱动所述水泵的交流电压。

在上述光伏扬水逆变器中，所述光伏扬水逆变器还包含第一MPPT控制器和第一直流母线电压恒压控制器；

所述第一MPPT控制器采集所述光伏阵列的输出电压和输出电流，用以调控所述升压电路的导通占空比，进而调控所述升压电路产生的直流母线电压；

所述第一直流母线电压恒压控制器基于预设的直流母线电压恒定值与所述直流母线电压的比较结果对所述逆变电路进行PWM控制，以调控所述逆变电路输出的交流电压。

在上述光伏扬水逆变器中，所述光伏扬水逆变器还包含第二MPPT控制器、恒定升压控制器和第二直流母线电压恒压控制器；

所述第二MPPT控制器采集所述光伏阵列的输出电压和输出电流，用以对所述逆变电路进行PWM控制，以调控所述逆变电路输出的交流电压；

所述恒定升压控制器基于受所述第二MPPT控制器调控的、所述逆变电路的输出频率，用于计算第一直流母线电压参考值；

所述第二直流母线电压恒压控制器基于第一直流母线电压参考值与所述直流母线电压的比较结果调控所述升压电路的导通占空比，以调控所述升压电路产生的直流母线电压。

在上述光伏扬水逆变器中，所述光伏扬水逆变器还包含第二MPPT控制器、动态升压控制器和第三直流母线电压恒压控制器；

所述第二MPPT控制器采集所述光伏阵列的输出电压和输出电流，用以对所述逆变电路进行PWM控制，以调控所述逆变电路输出的交流电压；

所述动态升压控制器基于受所述第二MPPT控制器调控的、所述逆变电路的输出频率，用以设定最小直流母线电压参考值；

所述第三直流母线电压恒压控制器基于所述最小直流母线电压参考值与所述直流母线电压的比较结果调控所述升压电路的导通占空比，以调控所述升压电路产生的直流母线电压。

在上述光伏扬水逆变器中，所述升压电路和逆变电路的开关管均采用IGBT开关管。