光伏并网发电装置及复合校正控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光伏并网发电装置及复合校正控制方法，包括光伏电池、全桥逆变电路、采样调理电路、单片机、驱动电路、滤波电路、工频变压器和负载。光伏电池经全桥逆变电路，将直流电逆变成交流电；交流电经滤波电路和工频变压器输出给负载供电；采样调理电路采样光伏电池和负载上的信号，输出至单片机；单片机进行运算，输出信号控制驱动电路；驱动电路用于驱动全桥逆变电路。本发明专利技术针对光伏并网发电装置进行相关研究，考虑装置效率和安全稳定性，实现装置优化设计；采用扰动前馈补偿控制与PI反馈控制相结合的复合校正控制方式，在不提高系统开关增益前提下，补偿各种扰动引起的误差，确保并网安全稳定运行。

Photovoltaic grid connected power generation device and composite correction control method

The invention discloses a photovoltaic power generation device and composite correction control method, including photovoltaic cells, full bridge inverter circuit, sampling circuit, single chip microcomputer, driving circuit, filter circuit, frequency transformer and load. The photovoltaic battery by full bridge inverter circuit, the DC reverse into alternating current; alternating current through the filter circuit and the transformer output power to the load; sampling circuit samples the photovoltaic battery and load on the output signal to the microcontroller; the microcontroller operation, the output signal of the control circuit; driving circuit for driving the full bridge inverter circuit. The invention of related studies on photovoltaic power generation device, considering the device efficiency and stability, to achieve optimal design of device; using feedback compound control mode correction control combining feed-forward control and PI disturbance, without increasing the switching gain compensation system under the premise of the error caused by various disturbances, ensure the safe and stable operation of the grid.

【技术实现步骤摘要】
光伏并网发电装置及复合校正控制方法
本专利技术属于光伏发电领域，尤其涉及一种光伏并网发电装置及复合校正控制方法。
技术介绍
随着经济全球化的发展，传统能源在为我们带来优质生活的同时，也越来越严重地危害着我们的生存环境，越来越多的国家开始关注清洁能源的利用。传统能源将逐渐被可再生清洁能源所替代。人类对能源需求量不断增长，太阳能发电因其环保经济的特点受到各国的关注和青睐。近几年，光伏发电发展迅猛，有着无污染，无噪音，取之不尽、用之不竭等优点，因而越来越受大家的关注。在中、小型并网电源中，光伏发电已得到广泛的应用并形成了固定产业。同时，随着光伏电池成本的降低以及电力电子技术的不断发展，光伏发电技术将得到进一步推广。光伏发电分为并网光伏发电及离网光伏发电，并网光伏发电因其投资低、灵活性高而受到广泛关注。光伏并网发电技术通过光伏并网发电装置，对光伏电池进行电能转换同时以微网形式接入电网，已成为各国实现大规模光伏发电的重要技术基础和主要研究方向。光伏并网发电装置除在法规和政策上需得到进一步完善以外，能否在接入电网后安全高效稳定的运行是当前迫切需要解决的重大问题，这也是光伏并网发电能否实现大规模应用的关键。同时由于光伏电池采用的是半导体硅材料制造而成，其转换效率一般为14％-17％，最高商业转换效率才至22％，提高转换效率也是当前迫切需要解决的重大问题。
技术实现思路
专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种光伏并网发电装置及复合校正控制方法。技术方案：为实现本专利技术的目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种光伏并网发电装置，包括光伏电池、全桥逆变电路、采样调理电路、单片机、驱动电路、滤波电路、工频变压器和负载；光伏电池经全桥逆变电路，将直流电逆变成交流电；交流电经滤波电路和工频变压器输出给负载供电；采样调理电路采样光伏电池和负载上的信号，输出至单片机；单片机进行运算，输出信号控制驱动电路；驱动电路用于驱动全桥逆变电路。全桥逆变电路包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管和第四功率开关管；滤波电路包括第一电感和第一电容；工频变压器包括工频隔离变压器；负载为第一电阻。驱动电路包括第一芯片和第二芯片；驱动电路的前级还设置有整形电路和光耦隔离电路；整形电路包括第三芯片和第四芯片；光耦隔离电路包括第五芯片和第六芯片；第一芯片和第二芯片为栅极驱动控制专用集成电路芯片IR21094；第三芯片和第四芯片为同相缓冲器CD4010；第五芯片和第六芯片为光耦隔离芯片TLP521。采样调理电路包括电压采样电路、电流采样电路、频率捕获电路和信号调理电路；压采样电路包括第七芯片、第二电阻、第三电阻和第二电容，第七芯片为电压传感器VSM025A；电流采样电路包括第八芯片、第四电阻和第三电容，第八芯片为霍尔电流传感器CSM005A；频率捕获电路包括第五电阻、第六电阻、第四电容、第五二极管、第六二极管和过零比较器；信号调理电路包括第一级运算放大器和第二级运算放大器。一种应用于光伏并网发电装置的复合校正控制方法，具体包括以下步骤：取输出并网电流IS作为控制变量：其中，L为滤波电感，R为电感和线路等效电阻，US为电网电压，UAB为逆变器输出并网电压。频域上：其中，H3(S)为滤波器传递函数。PI调节器的传递函数H1(S)为：系统的开环传递函数H(S)为：其中，KP为比例调节系数，KI为积分调节系数，KHPWM为逆变器放大倍数，α为占空比；H2(S)为逆变器的传递函数。系统扰动误差为：加入扰动前馈控制，系统扰动误差为：有益效果：本专利技术针对光伏并网发电装置进行相关研究，考虑装置效率和安全稳定性，实现装置优化设计；采用扰动前馈补偿控制与PI反馈控制相结合的复合校正控制方式，在不提高系统开关增益前提下，补偿各种扰动引起的误差，确保并网安全稳定运行。附图说明图1是光伏并网发电装置组成示意图；图2是主电路与控制电路的电路图；图3是采样调理电路的电路图；图4是并网发电装置等效电路图；图5是光伏并网发电装置结构图；图6(a)是PI反馈控制系统扰动阶跃响应图；图6(b)是复合校正控制系统扰动阶跃响应图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。如图1所示是本专利技术所述的光伏并网发电装置组成示意图，光伏并网发电装置包括光伏电池1、全桥逆变电路2、采样调理电路3、单片机4、驱动电路5、滤波电路6、工频变压器7和负载8。光伏电池1经全桥逆变电路2，将光伏电池直流电压逆变成高频矩阵脉冲式交流电压。相比于传统的半桥逆变电路，全桥逆变电路具有直流电压利用率高、输出谐波含量小等特点，控制方式灵活，开关管所受电压电流应力小，便于实现软开关技术。为降低功率开关管开关损耗，提高系统效率，装置采用混合单极性逆变调制技术。滤波电路6用于滤除全桥输出中的谐波分量，输出正弦交流电。滤波电路采用低通LC滤波，考虑输出波形失真度及系统无功损耗，优化设计滤波器滤波时间常数。采用带中心抽头的工频隔离变压器实现装置与电网的连接，工频变压器7输出高压侧接入电网，输出低压侧作为输出并网电流反馈信号，实时反馈并网电流频率及相位信息。采样调理电路3采集电网电压正弦参考信号及输出并网电流信号。采样调理电路3同时采集光伏电池输出电压Ud及输出电流Id，实时检测光伏电池输出功率，采用滞环比较的思想实现光伏电池最大功率跟踪，确保光伏电池实时工作于最大功率点，提高光伏电池输出功率。采样调理电路3将采样信号调理至单片机的电平幅值范围内。单片机4负责采集信号的运算处理，通过内部EV模块产生HPWM控制信号通过驱动电路5灵活控制功率开关管。如图2所示是主电路与控制电路的电路图。全桥逆变电路2包括四个功率开关管，第一功率开关管M1、第二功率开关管M2、第三功率开关管M3和第四功率开关管M4。为保证开关管不被击穿并留有一定裕量，开关管选择IRF540。由于无功功率回馈到输入侧，功率场效应管体二极管性能变差，全桥逆变电路的功率开关管管反并四个二极管，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，选用肖特基二极管为SB560，耐压60V、压降0.67V、额定电流5A。为保证并入电网的电压质量，降低装置输出波形失真度，在逆变器输出端接入低通LC滤波器，滤除逆变器全桥输出中高频谐波分量。滤波电路6包括第一电感L1和第一电容C1。工频变压器7包括工频隔离变压器T1，变压器包括输入侧、输出高压侧和输出低压侧。负载8为第一电阻R1。驱动电路5包括第一芯片P1和第二芯片P2。驱动电路采用栅极驱动控制专用集成电路芯片IR21094。IR21094芯片由两个独立的高端和低端输出通道产生互补的逻辑信号，可驱动同桥臂的两个功率开关管，内部自举工作，高边输出与输入同相，低边输出死区时间调整后与输入反向。驱动电路的作用是将控制电路输出的HPWM脉冲放大到足以驱动功率管，所以单从原理上来说，驱动电路主要起开关功率放大作用，即脉冲放大器。同时驱动电路还需要实现控制电路与主电路之间的隔离。一般采用光电耦合器来实现隔离。由于光耦的压摆率较低，驱动电路与隔离电路中间还要设置整形电路。驱动电路5的前级还设置有整形电路9和光耦隔离电路10。整形电路9包括第三芯片P3和第四芯片P4，采用同相缓冲器CD4010控制信号整形。光耦隔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏并网发电装置，其特征在于：包括光伏电池(1)、全桥逆变电路(2)、采样调理电路(3)、单片机(4)、驱动电路(5)、滤波电路(6)、工频变压器(7)和负载(8)；光伏电池经全桥逆变电路，将直流电逆变成交流电；交流电经滤波电路和工频变压器输出给负载供电；采样调理电路采样光伏电池和负载上的信号，输出至单片机；单片机进行运算，输出信号控制驱动电路；驱动电路用于驱动全桥逆变电路。

【技术特征摘要】
1.一种光伏并网发电装置，其特征在于：包括光伏电池(1)、全桥逆变电路(2)、采样调理电路(3)、单片机(4)、驱动电路(5)、滤波电路(6)、工频变压器(7)和负载(8)；光伏电池经全桥逆变电路，将直流电逆变成交流电；交流电经滤波电路和工频变压器输出给负载供电；采样调理电路采样光伏电池和负载上的信号，输出至单片机；单片机进行运算，输出信号控制驱动电路；驱动电路用于驱动全桥逆变电路。2.根据权利要求1所述的光伏并网发电装置，其特征在于：全桥逆变电路(2)包括第一功率开关管(M1)、第二功率开关管(M2)、第三功率开关管(M3)和第四功率开关管(M4)；滤波电路(6)包括第一电感(L1)和第一电容(C1)；工频变压器(7)包括工频隔离变压器(T1)；负载(8)为第一电阻(R1)。3.根据权利要求1所述的光伏并网发电装置，其特征在于：驱动电路(5)包括第一芯片(P1)和第二芯片(P2)；驱动电路(5)的前级还设置有整形电路(9)和光耦隔离电路(10)；整形电路(9)包括第三芯片(P3)和第四芯片(P4)；光耦隔离电路(10)包括第五芯片(P5)和第六芯片(P6)；第一芯片(P1)和第二芯片(P2)为栅极驱动控制专用集成电路芯片IR21094；第三芯片(P3)和第四芯片(P4)为同相缓冲器CD4010；第五芯片(P5)和第六芯片(P6)为光耦隔离芯片TLP521。4.根据权利要求1所述的光伏并网发电装置，其特征在于：采样调理电路(3)包括电压采样电路(11)、电流采样电路(12)、频率捕获电路(13)和信号调理电路(14)；压采样电路(11)包括第七芯片(P7)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和第二电容(C2)，第七芯片(P7)为电压传感器VSM025A；电流采样电路(12)包括第八芯片(P8)、第四...

【专利技术属性】
技术研发人员：金龙，韦星，沈湛，戴德嵩，潘志翔，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32