專利名稱：一種逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種逆變器。
背景技術(shù)：
隨著光伏技術(shù)的不斷發(fā)展，并網(wǎng)電能質(zhì)量和效率這兩個(gè)光伏并網(wǎng)逆變器最重要的兩個(gè)指標(biāo)也成為了目前技術(shù)上的難點(diǎn)和重點(diǎn)?，F(xiàn)在市場上的逆變器主要分為隔離型與非隔離型兩種光伏逆變器，隔離型逆變器內(nèi)包含有變壓器使電池板與電網(wǎng)之間沒有直接的電聯(lián) 系，保證了用戶的安全，但是變壓器帶來效率的損失，一般隔離型逆變器效率比非隔離逆變器低I. 5%或者更多，所以非隔離的逆變器是以后市場的主流。非隔離的光伏逆變器要解決對地共模漏電流的問題，有兩種途徑，一種是在全橋基礎(chǔ)上使用雙極性調(diào)制方式，一種是使用單極性調(diào)制方式但需要另外增加其他裝置來限制共模漏電流。前者由于會降低并網(wǎng)電能質(zhì)量所以應(yīng)用較少，一般采用后者技術(shù)?，F(xiàn)在市場上的解決方案是1、在全橋逆變電路的直流進(jìn)線處加入旁路開關(guān)，如H5、H6電路兩種；2、在全橋逆變電路的交流出線處加入續(xù)流回路，如HERIC電路；3、采用改進(jìn)型NPC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。雖然這些技術(shù)都能解決對地共模漏電流的問題，但是方法1、2都需要在全橋的基礎(chǔ)上增加新的功率開關(guān)管，加大了主電路設(shè)計(jì)和控制的難度，同時(shí)新的開關(guān)管都工作于高頻狀態(tài)下，一定程度上增加了損耗，折損了采用單極性調(diào)制帶來的效率優(yōu)勢。方法3缺點(diǎn)是直流電壓輸入要求是H橋的兩倍，直流利用率低，需要提高母線的電壓值，增大了直流母線電容及前級升壓電路的耐壓要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種逆變器，以達(dá)到提高轉(zhuǎn)換效率、提高并網(wǎng)的電能質(zhì)量，同時(shí)保證逆變器的重量輕、體積小等特點(diǎn)。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
一種逆變器，包括電路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述電路系統(tǒng)包括太陽能電池板和電網(wǎng)輸出，所述太陽能電池板和電網(wǎng)輸出之間依次設(shè)有直流開關(guān)、BOOST升壓電路、單相全橋電路和并網(wǎng)濾波器；所述控制系統(tǒng)包括DSP (數(shù)字信號處理)控制平臺，所述DSP控制平臺連接有保護(hù)模塊、采樣調(diào)理模塊、過零比較模塊和電平轉(zhuǎn)換模塊，所述電平轉(zhuǎn)換模塊連接有I/O信息模塊、驅(qū)動模塊和功率放大模塊。進(jìn)一步的，所述太陽能電池板和直流開關(guān)間依次設(shè)有防雷器和EMI濾波器；所述并網(wǎng)濾波器和電網(wǎng)輸出之間依次設(shè)有EMI濾波器和防雷器。進(jìn)一步的，所述DSP控制平臺連接有通訊電路，所述通訊電路與液晶顯示裝置和上位機(jī)相連接。所述DSP控制平臺內(nèi)設(shè)有AD采樣模塊、EPWM (增強(qiáng)型脈寬調(diào)制器)模塊、GPIO控制模塊、串口通信模塊、時(shí)鐘PLL (鎖相環(huán))模塊和TZ驅(qū)動封鎖模塊。進(jìn)一步的，所述DSP控制平臺連接有輔助電源電路。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明基于DSP控制平臺，采用了拓?fù)浼罢{(diào)制等方式，在實(shí)際使用中具有效率高、重量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)，最高效率達(dá)97. 51% ;同時(shí)能夠無差拍控制跟蹤并網(wǎng)電壓相位，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)，并網(wǎng)電流具有優(yōu)秀的諧波特性，滿載THD為
I.57%。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例中一種逆變器的電路結(jié)構(gòu) 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中一種逆變器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中一種逆變器的全球拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)示意 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中一種逆變器的簡易單極性調(diào)制原理圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例所述的一種逆變器，包括電路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述電路系統(tǒng)包括太陽能電池板和電網(wǎng)輸出，所述太陽能電池板和電網(wǎng)輸出之間依次設(shè)有直流開關(guān)、BOOST升壓電路、單相全橋電路和并網(wǎng)濾波器；所述控制系統(tǒng)包括DSP控制平臺，所述DSP控制平臺連接有保護(hù)模塊、采樣調(diào)理模塊、過零比較模塊和電平轉(zhuǎn)換模塊，所述電平轉(zhuǎn)換模塊連接有I/O信息模塊、驅(qū)動模塊和功率放大模塊。進(jìn)一步的，所述太陽能電池板和直流開關(guān)間依次設(shè)有防雷器和EMI濾波器；所述并網(wǎng)濾波器和電網(wǎng)輸出之間依次設(shè)有EMI濾波器和防雷器。進(jìn)一步的，所述DSP控制平臺連接有通訊電路，所述通訊電路與液晶顯示裝置和上位機(jī)相連接。所述DSP控制平臺內(nèi)設(shè)有AD采樣模塊、EPWM模塊、GPIO控制模塊、串口通信模塊、時(shí)鐘PLL模塊和TZ驅(qū)動封鎖模塊；所述DSP控制平臺上設(shè)有輔助電源電路。具體實(shí)施時(shí)，整個(gè)逆變器的結(jié)構(gòu)如圖I和圖2所示。太陽能電池板的電壓先經(jīng)過直流開關(guān)，后進(jìn)防雷器件和EMI濾波器，此結(jié)構(gòu)避免外界意外情況發(fā)生對系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來危險(xiǎn)，提高了產(chǎn)品的安全性與可靠性。主回路采用兩級式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以擴(kuò)大電池板輸入電壓的范圍。前級升壓電路采用傳統(tǒng)的Boost電路，將電池板輸入電壓升高至滿足逆變器要求的高電壓，同時(shí)完成對電池板最大功率點(diǎn)的跟蹤，后級單相全橋電路將直流電壓逆變?yōu)榻涣麟妷簩?shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)發(fā)電。為了提高并網(wǎng)的電能質(zhì)量和提高系統(tǒng)抵御外界干擾的能力，交流電進(jìn)送入電網(wǎng)前，也要進(jìn)行兩級濾波和防雷處理。整個(gè)逆變器中不包含隔離變壓器元件，使系統(tǒng)能獲得更高的效率性能。系統(tǒng)的供電采用反激式電源結(jié)構(gòu)。傳感器采集的信號經(jīng)過調(diào)理電路后送到DSP控制平臺的AD 口和I/O 口，DSP控制平臺對模擬量的采樣進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，根據(jù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行保護(hù)判斷，同時(shí)根據(jù)結(jié)果進(jìn)行兩級電路的閉環(huán)計(jì)算、最大功率點(diǎn)跟蹤計(jì)算，給模塊發(fā)出PWM驅(qū)動信號。本系統(tǒng)具有人機(jī)界面串口通訊等功能，人性化的觸摸屏控制界面方便用戶操作。從能量利用的角度考慮，若BOOST電路中電感的電流出現(xiàn)斷續(xù)的情況，則必然有一段時(shí)間電池板的能量未得到利用，所以電路設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況，電感值選取不能太小。若忽略電感和電容的寄生電阻，當(dāng)PWM波占空比過大時(shí)，繼續(xù)增大占空比輸出電壓不會升高反而會降低，這是由于電路的寄生參數(shù)導(dǎo)致。在實(shí)際電路應(yīng)用中，應(yīng)限制PWM波的最大脈寬。本系統(tǒng)中限制最大脈寬為0. 75。并網(wǎng)逆變器都采用直接的電流控制技術(shù)，使并網(wǎng)電流處于反饋閉環(huán)狀態(tài)，可以獲得更理想的穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)響應(yīng)速度，并能降低電流對參數(shù)變化的敏感度，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗擾能力。典型的控制方法包括基于PI控制器的電流控制、滯環(huán)電流控制、比例諧振控制、內(nèi)模控制、預(yù)測電流控制理論等。如圖3所示，逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用傳統(tǒng)的全橋結(jié)構(gòu)，調(diào)制方法采用簡易單極性調(diào)制方法。傳統(tǒng)單極性調(diào)制方式的開關(guān)管狀態(tài)，在調(diào)制波的正半周期，開關(guān)管Si始終導(dǎo)通，S3、S4交替通斷，而實(shí)際上S3只在非阻性負(fù)載下，PWM波基波分量與電流反相的區(qū)域內(nèi)才需要開通續(xù)流，其余時(shí)間靠反并聯(lián)二極管D3完成續(xù)流。目前相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求小功率單相并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)功率因數(shù)盡量為1，即并網(wǎng)逆變器的負(fù)載可視為濾波電感與純阻性負(fù)載串聯(lián)，而相對阻性負(fù)載而言，濾波電感的影響非常小，所以在光伏并網(wǎng)逆變器應(yīng)用中，可以進(jìn)一步將單極性調(diào)制方式簡化為簡易單極性模式，即在調(diào)制波的正半周期，開關(guān)管SI始終導(dǎo)通，S2、S3始終關(guān)斷，S4以PWM波方式通斷，在調(diào)制波的負(fù)半周期，開關(guān)管S3始終導(dǎo)通，S1、S4始終關(guān)斷，S2以PWM波方式通斷，如圖4所示。這樣，與傳統(tǒng)單極性調(diào)制方式相比，雖然減少的開關(guān)動作實(shí)際上并不會帶來效率上的提升，但是在實(shí)際應(yīng)用中，前者由于一個(gè)橋臂的兩個(gè)開關(guān)管交替通斷必然需要加入死 區(qū)，對并網(wǎng)電流帶來不利影響，而簡易單極性調(diào)制下可以不需要加入PWM波死區(qū)，使橋臂中點(diǎn)輸出電壓在正常情況下減小了因?yàn)樗绤^(qū)帶來的諧波。傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法是Sf S4都采用IGBT，而且四個(gè)IGBT在每個(gè)開關(guān)周期都需要動作一次，這樣的功率的損耗較大，本系統(tǒng)采用的是SI、S3采用IGBT，而S2和S4采用coolMOS來代替IGBT，而SI和S3維持每個(gè)開關(guān)周期動作一次，S2和S4只需要每個(gè)正弦周期動作一次，這樣大大降低了功率器件的損耗，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。本系統(tǒng)逆變側(cè)采用母線電壓外環(huán)、并網(wǎng)電流內(nèi)環(huán)控制的典型控制結(jié)構(gòu)，其中電壓外環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器，電流內(nèi)環(huán)基于無差拍電流控制理論，整個(gè)控制器只有一個(gè)PI調(diào)節(jié)器，參數(shù)整定比較簡單。外環(huán)電壓控制使電解電容直流母線電壓為恒值或?qū)崿F(xiàn)MPPT控制；內(nèi)環(huán)電流控制保證輸出電能質(zhì)量。逆變器的控制核心是基于TI公司的浮點(diǎn)型數(shù)字信號處理器TMS320F28335的最小系統(tǒng)板，其高精度、低功耗、高集成度外設(shè)等優(yōu)勢為提高整個(gè)系統(tǒng)的控制性能提供了保證。本系統(tǒng)采用12位高精度AD，有效地提高了系統(tǒng)的采樣精度。為及時(shí)保護(hù)、數(shù)據(jù)處理提供可靠依據(jù)。擁有智能通訊控制系統(tǒng)，可以單機(jī)觸摸屏控制，也可以通過遠(yuǎn)程檢測控制。雖然以上僅描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
范例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更或修改均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種逆變器，包括電路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其特征在于所述電路系統(tǒng)包括太陽能電池板和電網(wǎng)輸出，所述太陽能電池板和電網(wǎng)輸出之間依次設(shè)有直流開關(guān)、BOOST升壓電路、単相全橋電路和并網(wǎng)濾波器；所述控制系統(tǒng)包括DSP控制平臺，所述DSP控制平臺連接有保護(hù)模塊、采樣調(diào)理模塊、過零比較模塊和電平轉(zhuǎn)換模塊，所述電平轉(zhuǎn)換模塊連接有I/O信息模塊、驅(qū)動模塊和功率放大模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種逆變器，其特征在于所述太陽能電池板和直流開關(guān)間依次設(shè)有防雷器和EMI濾波器；所述并網(wǎng)濾波器和電網(wǎng)輸出之間依次設(shè)有EMI濾波器和防雷器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的ー種逆變器，其特征在于所述DSP控制平臺連接有通訊電路，所述通訊電路與液晶顯示裝置和上位機(jī)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種逆變器，其特征在于所述DSP控制平臺內(nèi)設(shè)有AD采樣模塊、EPWM模塊、GPIO控制模塊、串ロ通信模塊、時(shí)鐘PLL模塊和TZ驅(qū)動封鎖模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的ー種逆變器，其特征在于所述DSP控制平臺連接有輔助電源電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種逆變器，包括電路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述電路系統(tǒng)包括太陽能電池板和電網(wǎng)輸出，所述太陽能電池板和電網(wǎng)輸出之間依次設(shè)有直流開關(guān)、BOOST升壓電路、單相全橋電路和并網(wǎng)濾波器；所述控制系統(tǒng)包括DSP控制平臺，所述DSP控制平臺連接有保護(hù)模塊、采樣調(diào)理模塊、過零比較模塊和電平轉(zhuǎn)換模塊，所述電平轉(zhuǎn)換模塊連接有I/O信息模塊、驅(qū)動模塊和功率放大模塊。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明基于DSP控制平臺，采用了拓?fù)浼罢{(diào)制等方式，在實(shí)際使用中具有效率高、重量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)，最高效率達(dá)97.51%；同時(shí)能夠無差拍控制跟蹤并網(wǎng)電壓相位，實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)，并網(wǎng)電流具有優(yōu)秀的諧波特性，滿載THD為1.57%。
文檔編號H02J3/38GK102856928SQ20121036569
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者張穎 申請人:北京京儀綠能電力系統(tǒng)工程有限公司