一种移相软开关高频隔离型光伏并网逆变器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种移相软开关高频隔离型光伏逆变发电器，由主电路、DSP控制电路、ARM控制电路、辅助开关电源电路四大部分组成，本实用新型专利技术首次提出以高频全桥移相电路结合高低频全桥逆变电路为主电路结构，以高速的嵌入式数字信号处理器DSPTMS320F2808为核心实现全数字化控制的光伏并网发电系统，可实现对太阳能电池板输出功率的最大功率点追踪和光伏直流电与电网交流电的隔离，软件实现锁相环控制，并且具有完善的并网及孤岛保护功能，保证系统能够安全可靠地运行。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于光伏并网发电
，特别是涉及太阳能光伏并网逆变器。
技术介绍
能源是国民经济发展和人民生活所必需的重要物质基础，也是推动社会、经济发展和人们生活水平提高的动力。今天，能源问题已经上升到了一个国家的具有战略意义的研究重点。随着全球工业化的全面发展，各个国家各个行业对能源的需求急剧扩大，能源需求的多少己经成为衡量一个国家或地区经济发展状况的标准。针对以上情况，开发利用可再生能源和各种绿色能源以实现可持续发展已经成为人类社会必须采取的措施。根据目前的实际进展和未来的发展速度，专家们预测，到2050 年，可再生能源占总一次能源的比例约为，其中太阳能在一次能源中的比例约为13%— 15%，到2100年，可再生能源将占86%，太阳能占67%，其中太阳能发电占64%。可再生能源主要有水能、太阳能、风能、地热能、生物质能等能源形式，其最大的特点是具有自我恢复能力，人们在使用过程中，再生能源可以从自然界中源源不断地得到补充，它是取之不尽，用之不竭的能源。水能是目前应用最广泛的可再生能源，但是它受地理条件、天气气候的影响很大，利用范围有限。经过学者的研究与论证，人们普遍认为太阳能和风能是解决能源危机和环境污染的最有效和可行的能源类型，是21世纪最重要的能源类型。尤其是太阳能及其光伏发电的应用，以其独特的优点越来越受到人们的关注(1)太阳能取之不尽，用之不竭，可再生；(2)太阳能应用地域广泛；(3)太阳能清洁，无污染；(4)太阳能发电没有运动部件，不易损坏，维护简单。因此，太阳能光伏发电迅速的成为世界范围内普遍认可的有效利用的新能源的最具有发展前景的方式之一，也是未来重要的补充发电方式之一，并最终有可能由补充能源的角色向替代能源过渡。目前，光伏发电系统中，光伏阵列所发的电能为直流电能，然而许多负载需要交流电能如变压器和电动机等。直流供电系统有很大的局限性，不便于变换电压，负载应用范围也有限。除特殊用电负荷外，均需要使用逆变器将直流电变换为交流电。逆变器的功能是将直流电转换为交流电，为“逆向”的整流过程，因此称为“逆变”。逆变器性能的改进对于提高系统的效率、可靠性，提高系统的寿命、降低成本至关重要。光伏逆变器按照有无隔离分为隔离式和非隔离式两类，其中隔离式并网逆变器又分为工频变压器隔离方式和高频变压器隔离方式。工频变压器隔离型为单级结构，稳定性好，电气隔离，无直流分量，但其体积大，较为笨重，且工频变压器成本高，损耗大。高频隔离型并网逆变器体积小，重量轻，效率高，具有电气隔离；同时具有高频干扰，技术难度大，高频变压器损耗等缺点。
技术实现思路
为克服现有技术的缺点和不足，本技术提出一种移相软开关高频隔离型光伏并网逆变器，高频隔离型并网逆变器体积小，重量轻，效率高，具有电气隔离；针对一般的高频隔离型逆变器的软开关电压输入范围较小的缺点，本技术提出可根据输入电压的范围调整变压器匝数比的高频隔离型逆变器，高频隔离型变压器原边分出四个不同匝数的输入端，用两个继电器控制变压器的原边的任何两根输入线与全桥电路的接通，从而改变了变压器的匝数比，实现宽范围的电压输入，提高了效率和减少了损耗。本技术所采用的技术方案是一种移相软开关高频隔离型光伏并网逆变器， 由主电路、DSP控制电路、ARM控制电路、辅助开关电源构成；主电路分别与DSP控制电路、 辅助开关电源连接，DSP控制电路与ARM控制电路通过SPI接口连接；其中——主电路由顺次连接的EMI滤波模块、移相软开关高频隔离模块、高低频全桥逆变模块、输出滤波模块构成；移相软开关高频隔离模块由顺次连接的高频全桥移相模块、继电器、高频变压器、 整流滤波模块构成；——DSP控制电路由DSP控制器、光伏采样模块、并网采样模块、保护模块构成；DSP控制器的接口分配如下A/D接口分别与光伏采样模块、并网采样模块连接；ePWM模块输出信号分别驱动高频全桥移相模块、高低频全桥逆变模块；GPIO采集保护模块信号，给继电器发送信号；ECAP与并网采样模块连接；—ARM控制电路由ARM控制器、IXD显示模块、通讯模块、存储模块、以太网模块构成；ARM控制器的接口分配如下SCI模块与通讯模块连接；Ethernet模块与以太网模块连接；I2C与存储模块连接；GPIO与LCD显示模块连接；——辅助开关电源由固定频率电流模式控制器和多绕组的变压器构成。所述的高频全桥移相模块是由MOSFET作为开关元件。所述的高低频控制全桥逆变模块两上桥臂采用IGBT作为开关元件；两下桥臂采用MOSFET作为开关元件。所述的高低频控制全桥逆变模块是的IGBT采用50kHz的SPWM信号进行控制， MOSFET采用20Hz的SPWM信号进行控制。所述的光伏采样模块包括光伏电池电流采样模块、光伏电池电压采样模块。光伏采样模块采集光伏电池输出的电流和电压信号送到DSP的A/D接口 光伏电池电流采样模块由电流互感器检测输出电流，得到采样信号，经过滤波、运放、光藕隔离、分压和限压后送到DSP控制器的A/D转换通道；光伏电池电压采样模块对高频全桥移相模块的输入端电压进行取样，信号经过滤波、运放、光藕隔离、分压和限压送给DSP控制器AD转换通道。所述的并网采样模块包括并网电流采样反馈模块、并网电压采样检测反馈模块、 并网频率采样检测模块。并网电流采样反馈模块采集电网的电流信号送到DSP的A/D接口由霍尔电流传感器检测交流电流，经过滤波、分压、电平偏移、运放和限压后送到DSP控制器的A/D转换通道；并网电压采样检测反馈模块采集电网的电压信号送到DSP的A/D接口 由霍尔电压传感器检测交流电压，检测得到的电压信号一方面由滤波、分压、电平偏移、运放和限压后送到DSP控制器的A/D转换通道，另一方面经过过零比较器和施密特触发器74HC14进入 DSP控制器的A/D中断通道，对电压过零点进行检测，加上软件锁相环控制，可实现光伏系统输出的交流电与电网电同频同相。并网频率采样检测模块采集电网的频率信号送到DSP的ECAP接口。所述的保护模块包括驱动保护模块、过压欠压保护模块、过热保护模块、孤岛效应保护模块、过流保护模块。驱动保护模块有两组，一组由IR2113S与外围电路构成的高频驱动单元驱动高频全桥移相模块的M0SFET，另一组由IR2113S与外围电路构成的高频驱动单元驱动高低频全桥移相模块的MOSFET和IGBT。过压欠压模块由分压电路，比较电路，光耦构成，分别对高频全桥移相模块的输入端电压和高低铺全桥逆变模块的输入端电压进行检测。当光伏电池的电压过大或过小时， 比较器电平产生跳变，关断开关管驱动保护模块的^S2113S，停止输出PWM信号，从而达到保护开关管的作用；当高低频全桥逆变模块的输入端电压过高或过低，比较器电平产生跳变，关断驱动保护模块的^S2113S，停止输出SPWM信号，从而达到保护IGBT的作用。过热保护模块由热敏元件、分压电路、比较电路、光耦构成，分别对高频全桥移相模块和高低频全桥逆变模块的开关元件的工作温度进行检测；当开关器件温度过高，由热敏元件产生的电压信号通过与设定的电压值进行比较后使比较器输出电平产生跳变，经光耦隔离后向DSP的GPIO接口发送中断信号到驱动保护模块的顶21135，停止输出驱动信号，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛家祥，张思章，钟良文，张红卫，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：实用新型
国别省市：