以锂离子超级电容器改善电能质量的单相光伏逆变器系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种利用锂离子超级电容器（LiC）改善电能质量的单相光伏逆变器系统，包括光伏阵列、储能系统、全桥逆变电路、控制电路、检测电路和非线性负载，储能系统由LiC和双向DC/DC变流器并联组成；其中，光伏阵列的输出端连接储能系统，储能系统并联于全桥逆变电路的直流侧，非线性负载并联于全桥逆变电路的交流侧；检测电路连接非线性负载，用来检测非线性负载的无功电流和谐波电流；检测电路的输出端连接控制电路的输入端，控制电路的输出端连接全桥逆变电路。本实用新型专利技术输出稳定，可避免输出电压大幅度波动导致的一系列后果，从而改善电能质量控制效果和有功电流调节效果。

【技术实现步骤摘要】
以锂离子超级电容器改善电能质量的单相光伏逆变器系统
本技术涉及光伏并网发电及控制
，特别涉及一种以锂离子超级电容器（LiC）改善电能质量的单相光伏逆变器系统。
技术介绍
根据国内外客户反馈条件及市场趋势，光伏并网系统中的逆变器选型安装越来越倾向于小型化、智能化和模块化，因此单相光伏并网逆变器应用愈加广泛，以满足小型家用单相光伏发电的要求。光伏发电易受环境因素影响，不连续性和随机性太大，容易造成发电系统的电压波动，功率波动；另外，光伏发电系统还与大电网连接和单独运行稳定性的问题联系紧密。同时改善电能质量对于电网的安全、经济运行，保障工业产品质量和科学实验的正常进行以及降低能耗等均有重要意义，电能质量直接关系到国家经济的总体效益。与不带储能装置的单相并网发电系统相比，带有储能装置的单相并网发电系统可根据需求通过并、离网切换功能实现电能的任意调度，常用作备用电源，用于电网掉电时紧急供电。现阶段，储能装置一般包括超导储能系统、蓄电池储能系统、飞轮储能系统和超级电容器储能系统等。从改善电能质量的角度来看，储能装置在补偿有功的同时，还可以提供无功补偿，应用越来越广泛。锂离子超级电容器（LiC）在同一电解池中实现了超级电容器和锂离子电池技术的结合，在保持高比功率、长寿命和快速充电特性的前提下，大幅度提高了能量密度。锂离子超级电容器具有超级电容的长寿命、高功率和安全性，同时还具有比超级电容器更高的电压、大容量和能量密度。因此，本专利技术提出将LiC应用于单相光伏逆变器。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种以锂离子超级电容器改善电能质量的单相光伏逆变器系统，该单相光伏逆变器系统输出稳定，可避免输出电压大幅度波动导致的一系列后果，从而改善电能质量控制效果和有功电流调节效果。本技术的技术方案如下：以锂离子超级电容器改善电能质量的单相光伏逆变器系统，包括：光伏阵列、储能系统、全桥逆变电路、控制电路、检测电路和非线性负载，储能系统由锂离子超级电容器和双向DC/DC变流器并联组成；其中，光伏阵列的输出端连接储能系统，储能系统并联于全桥逆变电路的直流侧，非线性负载并联于全桥逆变电路的交流侧；检测电路连接非线性负载，用来检测非线性负载的无功电流和谐波电流；检测电路的输出端连接控制电路的输入端，控制电路的输出端连接全桥逆变电路。进一步的，双向DC/DC变流器通过电容C与锂离子超级电容器连接，电容C用来稳定锂离子超级电容器的输出电压；其中，双向DC/DC变流器包括第一开关管G1、第二开关管G2和电感L，电容C与锂离子电容器并联，电容C、电感L、第二开关管G2依次相连，第二开关管G2与电感L相连的一端还连接第一开关管G1。进一步的，检测电路包括无功电流检测电路和谐波电流检测电路，检测电路可采用DSP芯片实现。进一步的，控制电路采用DSP芯片。本技术中，光伏阵列由光伏电池并联组成，用来将太阳能转换为电能并输出。储能系统并联于全桥逆变电路的直流侧，用来根据需要存储和释放能量，使光伏阵列运行于最大功率跟踪状态，减少送入电网的功率波动。光伏阵列和储能系统连接直流母线，直流母线输入的直流电经全桥逆变电路转换为交流电。非线性负载经全桥逆变电路连接直流母线，公共电网接入到非线性负载和全桥逆变电路之间。检测电路与非线性负载连接，用来检测非线性负载的无功电流和谐波电流，检测结果送入控制电路。控制电路根据检测结果控制全桥逆变电路的输出，使全桥逆变电路输出电流与公共电网电流同频同相，从而实现并网。储能系统由一个LiC和双向DC/DC变流器组成。锂离子超级电容器是一种非对称性电容器，其活性炭电极为正极，Li掺杂的碳电极作为负极，可在同一电解池实现超级电容器和锂离子电池技术的结合。正极通过活性物质的表层嵌入脱出锂离子来储能，即所谓的赝电容；负极通过掺杂Li的多孔活性炭依靠双电层来实现储能，即所谓的双电层电容。相对于活性炭组成的对称性电容器，非对称性电容器的能量密度得以显著提高。本技术中，LiC通过双向DC/DC变流器接入全桥逆变电路的直流侧，即输入端。当光伏阵列输出功率较大时，LiC可作为储能设备，储存部分光伏阵列的输出电能；当光伏阵列输出功率较小时，LiC可为光伏阵列提供能力补充，以保证电能质量。和现有技术相比，本技术具有如下优点和有益效果：输出稳定，可避免输出电压大幅度波动导致的一系列后果，从而改善电能质量控制效果和有功电流调节效果。附图说明图1是本技术单相光伏逆变器系统的具体控制框图；图2是本技术储能系统的具体电路拓扑图。图中，1-光伏阵列，2-储能系统，3-全桥逆变电路，4-控制电路，5-检测电路，6-非线性负载，7-锂离子超级电容器，8-双向DC/DC变流器。具体实施方式下面将参考附图来详细说明本专利技术。参见图1，本技术在全桥逆变电路3直流侧并联一储能系统2，储能系统2由锂离子超级电容器7和双向DC/DC变流器8并联构成。双向DC/DC变流器8根据光伏阵列1的输出功率和电网反馈信息，控制锂离子超级电容器7的能量流动。光伏阵列1的输出功率是波动的，且变化率较大，大致可分为相对高频和相对低频的两部分功率波动。锂离子超级电容器7随相对高频的功率波动充电或放电，通过削峰、填谷实现并网功率的平抑、减小其变化率。电网故障时，断开电网，光伏阵列1的输出功率即可存储到储能系统2，这样光伏阵列1仍能继续发电，从而提高系统发电效率，同时起到稳定直流母线电压的作用，防止电压过高而损坏设备。在光照强度不够，比如阴天、夜晚等或电网断电时，储能系统2用作不间断电源进行供电，可作为有源功率调节器用来提高电网终端的电能质量。另外，锂离子超级电容器7可为光伏阵列1提供能量补充，减少光伏阵列1因光照强度变化对系统运行的影响，提高系统的工作可靠性。本实施例中，全桥逆变电路3由4个桥臂构成，各桥臂由一IGBT和一反并联二极管组成，成对的两个桥臂同时导通，两对桥臂交替各导通180度。全桥逆变电路3采用双极性正弦脉宽调制（spwm）。参见图2，储能系统2中的双向DC/DC变流器8采用半桥结构，其中第一开关管G1和第二开关管G2互补工作。双向DC/DC变流器8的输入电压由锂离子超级电容器7的储存电能提供，通过电感L、第一开关管G1和第二开关管G2，达到双向直流升压与降压的目的。第一开关管G1和第二开关管G2均由一个IGBT和一个反并联二极管组成。当光伏阵列1输出功率大于给定的并网功率时，储能装置2充电，此时双向DC/DC变流器8工作在Buck电路模式。当光伏阵列1输出功率小于给定的并网功率时，储能装置2放电，此时双向DC/DC变流器8工作在Boost电路模式。储能系统2并网时主要由全桥逆变电路3实现并网控制，控制目标主要使全桥逆变电路3输出的交流电流与电网电压同频同相，同时尽量让输出并网电流总谐波畸率小，实现对有功、无功、谐波的复合控制，保证输出电能质量，降低对电网的干扰。本文档来自技高网...

【技术保护点】
以锂离子超级电容器改善电能质量的单相光伏逆变器系统，其特征是，包括：光伏阵列、储能系统、全桥逆变电路、控制电路、检测电路和非线性负载，储能系统由锂离子超级电容器和双向DC/DC变流器并联组成；其中，光伏阵列的输出端连接储能系统，储能系统并联于全桥逆变电路的直流侧，非线性负载并联于全桥逆变电路的交流侧；检测电路连接非线性负载，用来检测非线性负载的无功电流和谐波电流；检测电路的输出端连接控制电路的输入端，控制电路的输出端连接全桥逆变电路。

【技术特征摘要】
1.以锂离子超级电容器改善电能质量的单相光伏逆变器系统，其特征是，包括：光伏阵列、储能系统、全桥逆变电路、控制电路、检测电路和非线性负载，储能系统由锂离子超级电容器和双向DC/DC变流器并联组成；其中，光伏阵列的输出端连接储能系统，储能系统并联于全桥逆变电路的直流侧，非线性负载并联于全桥逆变电路的交流侧；检测电路连接非线性负载，用来检测非线性负载的无功电流和谐波电流；检测电路的输出端连接控制电路的输入端，控制电路的输出端连接全桥逆变电路。2.如权利要求1所述的以锂离子超级电容器改善电能质量的单相光伏逆变器系统，其特征是：所述的双向DC/DC变流器通过电容C与锂离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫金武，姚济菲，孙建军，程军照，王文玺，刘宝林，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42