專利名稱：光伏并網(wǎng)逆變器控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光伏并網(wǎng)逆變器控制器，屬于電氣工程領(lǐng)域。 技術(shù)背景隨著傳統(tǒng)的化石能源資源等不可再生資源的日益枯竭，嚴(yán)重的環(huán)境污染制約了世 界經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。能源與環(huán)境的壓力使得人們?cè)絹碓街匾曅履茉吹拈_發(fā)與應(yīng)用，太陽 能光伏并網(wǎng)發(fā)電已成為新能源開發(fā)利用領(lǐng)域的一個(gè)重要方向。光伏并網(wǎng)發(fā)電就是將光伏發(fā) 電系統(tǒng)直接與電網(wǎng)相連，省掉了體積龐大、價(jià)格昂貴、不容易維護(hù)的蓄電池。而并網(wǎng)逆變器 作為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，其性能對(duì)提高光伏發(fā)電效率，降低成本具有重要 的意義。對(duì)于光伏并網(wǎng)逆變器的控制，目前廣泛采用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)實(shí)現(xiàn)，但其在 某些功能上還不夠完善，如系統(tǒng)控制精度和穩(wěn)定性方面還有有待提高，同時(shí)開發(fā)周期長(zhǎng)、復(fù) 雜。所以發(fā)明一種新型光伏并網(wǎng)逆變器控制器對(duì)于新能源發(fā)電的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意 義。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提出一種光伏并網(wǎng)逆變器控制器，該光伏并網(wǎng) 逆變器控制器可充分利用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)運(yùn)行速度快、靈活性可靠性高、邏輯資 源豐富和編程能力強(qiáng)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)太陽能發(fā)電并網(wǎng)控制，同時(shí)能夠保持穩(wěn)定而高效的控制 精度。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下一種光伏并網(wǎng)逆變器控制器，中間直流電壓采樣電路、電網(wǎng)電壓采樣電路和逆變 器輸出電流采樣電路的信號(hào)輸出端均與微處理器相接，微處理器的PWM信號(hào)輸出端與逆變 器的IGBT門極相接。所述的微處理器為FPGA。有益效果本實(shí)用新型的光伏并網(wǎng)逆變器控制器，能實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電并網(wǎng)的控制，利用FPGA的 控制能產(chǎn)生精度高且穩(wěn)定的PWM波形，從而能夠提高輸出電壓的精度，減小誤差。因而控制 精度高，諧波含量少，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，對(duì)于推動(dòng)新能源發(fā)電的應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

圖1是本實(shí)用新型的電原理框圖；圖2為本實(shí)用新型的光伏并網(wǎng)逆變器控制器接入主電路圖的示意圖。標(biāo)號(hào)說明1-光伏電池陣列，2-工頻逆變器，3-低通濾波器，4-電網(wǎng)。圖3為本實(shí)用新型的DC/DC升壓電路圖；圖4為本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)電路圖。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合圖和具體實(shí)施過程對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明實(shí)施例1 參見圖1，一種光伏并網(wǎng)逆變器控制器，中間直流電壓采樣電路、電網(wǎng)電壓采樣電 路和逆變器輸出電流采樣電路的信號(hào)輸出端均與微處理器相接，微處理器的PWM信號(hào)輸出 端與逆變器的IGBT門極相接。所述的微處理器為FPGA。FPGA具體型號(hào)為EP2C8Q208C8N。參見圖2，光伏電池板輸出的直流通過DC/DC升壓模塊使其達(dá)到符合要求的電壓， 然后經(jīng)過DC/AC工頻逆變成交流電壓，控制其輸出電流，使其與電網(wǎng)電壓同頻同相，達(dá)到并 網(wǎng)的目的。整個(gè)系統(tǒng)的控制由FPGA芯片協(xié)調(diào)完成。參見圖3，DC/DC升壓的具體過程為首先由FPGA產(chǎn)生信號(hào)并通過LM339比較芯片 進(jìn)行微信號(hào)放大來驅(qū)動(dòng)三極管產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，通過振蕩芯片G3產(chǎn)生高頻交流振蕩，將直流 電壓信號(hào)變化成為高頻交流電壓信號(hào)，再通過12/220V的升壓變壓器將電壓升到220V，最 后通過整流和濾波電路得到要求的直流電壓。其中振蕩芯片G3為功率場(chǎng)效應(yīng)管IRF3710。 IRF3710具有快速的轉(zhuǎn)換速率以及超低導(dǎo)通阻抗和堅(jiān)固耐用的特性，和現(xiàn)有的其他場(chǎng)效應(yīng) 管相比，具有功率較高，導(dǎo)通阻抗較低等特點(diǎn)。因此，該電路能很好的完成升壓的目的。參見圖4，由比較器、二極管、三極管、電阻、電容等分立元件構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，可靠性高。根據(jù)上述原理，設(shè)計(jì)了一種新型的并網(wǎng)逆變器控制器，本控制器的核心是現(xiàn)場(chǎng)可 編程門陣列FPGA，如圖2所示，光伏并網(wǎng)逆變器控制器包括DC/DC升壓模塊、DC/AC逆變模 塊采用全橋逆變的方式，開關(guān)器件選用IGBT。以FPGA芯片為控制電路的核心，電壓、電流 采樣電路包括變壓器、AD8138模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片以及芯片AD708，采用6附37作為光耦隔離器 件，驅(qū)動(dòng)電路主要由LM339AN、三極管等組成，還包括液晶顯示器(IXD)。上述芯片的連接描述如下中間直流電壓采樣電路DC/DC輸出直流電壓經(jīng)電阻分壓后與ADG708引腳S2相連。電網(wǎng)電壓采樣電路電網(wǎng)經(jīng)降壓變壓器降壓至12V后，通過AD8138轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào) 后與ADG708引腳S5相連。逆變輸出電流采樣電路輸出電流經(jīng)采樣后通過AD8138與ADG708引腳S6相連。FPGA發(fā)出的PWM信號(hào)經(jīng)6N137隔離后再通過比較器LM339AN比較放大后接IGBT 的門極驅(qū)動(dòng)其工作。鍵盤電路4*4矩陣鍵盤帶有16只按鍵的外擴(kuò)鍵盤與FPGA的I/O 口相連。顯示電路液晶顯示器與FPGA的顯示驅(qū)動(dòng)口連接。軟件的核心是通過對(duì)逆變輸出電流和電網(wǎng)電壓信號(hào)的采集、運(yùn)算和處理，送入PWM 產(chǎn)生單元生成PWM脈沖信號(hào)，通過脈沖信號(hào)控制IGBT的通斷來使得輸出正弦電流跟蹤電網(wǎng) 電壓，達(dá)到與電網(wǎng)電壓同頻同相而并網(wǎng)的目的。整個(gè)軟件要求實(shí)現(xiàn)的功能包括i初始化，鍵處理，讀取A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。 i i根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，通過控制算法計(jì)算占空比并產(chǎn)生PWM脈沖。 iii液晶顯示器顯示參數(shù)。[0033]為了實(shí)現(xiàn)這些功能，將軟件分為三大功能模塊采樣模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、PWM產(chǎn) 生模塊。其中，采樣模塊是完成對(duì)中間直流電壓、逆變輸出電網(wǎng)、電網(wǎng)電壓的數(shù)據(jù)采集。數(shù) 據(jù)處理模塊完成讀數(shù)據(jù)的操作并將所得到的數(shù)據(jù)送入RAM進(jìn)行一系列的處理。PWM產(chǎn)生模 塊主要完成PWM脈沖信號(hào)的產(chǎn)生。本系統(tǒng) 的工作程序用硬件描述語言VHDL編寫。本實(shí)用新型的工作過程光伏電池輸出的直流接入DC/DC模塊，經(jīng)過通過控制使其達(dá)到符合要求的直流電 壓，然后經(jīng)過DC/AC工頻逆變成交流電壓。整個(gè)控制系統(tǒng)以FPGA為核心，通過電網(wǎng)電壓采 樣、逆變輸出電流采樣、中間直流電壓采樣的數(shù)據(jù)經(jīng)芯片AD708送入FPGA進(jìn)行運(yùn)算、處理 并保存。將計(jì)算結(jié)果送入PWM產(chǎn)生模塊，實(shí)施死區(qū)控制后得到兩路驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，該脈沖信 號(hào)經(jīng)隔離器件6附37再通過LM339AN比較放大，驅(qū)動(dòng)IGBT工作。控制逆變輸出電流，使其 與電網(wǎng)電壓同頻同相，達(dá)到并網(wǎng)的目的。整個(gè)系統(tǒng)的控制由FPGA芯片協(xié)調(diào)完成。為了驗(yàn)證這種光伏并網(wǎng)逆變器控制器的可行性，采用12V電源模擬光伏陣列，通 過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，其逆變輸出波形的測(cè)量結(jié)果為輸出電流波形為正弦波，頻率達(dá)到49. 98Hz, 電流總畸變率THD = 2. 3%，并網(wǎng)功率因數(shù)為0. 98，基本符合并網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)用新型的特定方案已經(jīng)對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)描述，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人 員來說，在不背離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下對(duì)它進(jìn)行的各種顯而易見的改變都在 本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種光伏并網(wǎng)逆變器控制器，其特點(diǎn)在于，中間直流電壓采樣電路、電網(wǎng)電壓采樣電路和逆變器輸出電流采樣電路的信號(hào)輸出端均與微處理器相接，微處理器的PWM信號(hào)輸出端與逆變器的IGBT門極相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏并網(wǎng)逆變器控制器，其特點(diǎn)在于，所述的微處理器為 FPGA。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種光伏并網(wǎng)逆變器控制器，中間直流電壓采樣電路、電網(wǎng)電壓采樣電路和逆變器輸出電流采樣電路的信號(hào)輸出端均與微處理器相接，微處理器的PWM信號(hào)輸出端與逆變器的IGBT門極相接。所述的微處理器為FPGA。該光伏并網(wǎng)逆變器控制器可充分利用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA的功能，實(shí)現(xiàn)太陽能發(fā)電并網(wǎng)控制，同時(shí)能夠保持穩(wěn)定而高效的控制精度。
文檔編號(hào)H02M3/335GK201774477SQ20102053007
公開日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者皮洪琴 申請(qǐng)人:湖南省電力公司中心培訓(xùn)部