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一種基于tms320f2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置的制作方法

文檔序號:7470826閱讀:219來源:國知局
專利名稱:一種基于tms320f2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明專利屬于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域,以及電能質(zhì)量治理控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
能源是發(fā)展國民經(jīng)濟和提高人民生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。由于傳統(tǒng)石化能源越 來越臨近枯竭,可再生能源將逐步替代化石能源,成為人類可持續(xù)發(fā)展的能源。在可再生能源中,潛力最大的是太陽能。太陽能光伏發(fā)電是太陽能利用的重要方式,具有無污染、可再生、不受區(qū)域限制等優(yōu)勢,也是我國重點提倡開發(fā)利用的緑色能源。我國太陽能資源相當豐富,全國各地的年太陽輻射總量為3340 8400MJ/m2,總值為58520MJ/m2。我國陸地表面每年接受的太陽輻射能約為147X108GWh,相當于4. 9萬億噸標準煤。加上太陽能的潔凈環(huán)保特性,太陽能資源成為我國最具大規(guī)模開發(fā)利用價值的可再生能源之一。隨著工業(yè)自動化水平的不斷提高以及電カ電子技術(shù)的不斷發(fā)展,配電網(wǎng)中DC/AC變換器、整流器、變頻調(diào)速裝置、沖擊性、不平衡負荷等不斷増加,這些非線性和時變性負載對這些設(shè)備本身以及其它對電能質(zhì)量要求高的裝置和設(shè)備都會產(chǎn)生不同程度的影響。電カ電子裝置的開關(guān)動作向電網(wǎng)中注入了大量的諧波和次諧波分量,導(dǎo)致交流電網(wǎng)中電壓和電流的嚴重失真。凡是具有非線性阻抗特性的電氣設(shè)備都是電能質(zhì)量的污染源,包括各種電カ電子設(shè)備的用電負荷、煉鋼電弧爐負荷、電カ機車負荷等,都會在電網(wǎng)中產(chǎn)生電壓波動與閃變、高次諧波電壓等問題,從而引起電壓正弦波形畸變。自然現(xiàn)象如雷擊、暴風雨等也會影響電能質(zhì)量。電能質(zhì)量指標惡化不僅影響了電力系統(tǒng)和相關(guān)領(lǐng)域的正常運行,而且對正常的安全可靠用電也造成了一定的威脅。隨著電カ電子技術(shù)的不斷進步,電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器 (UPQC)應(yīng)運而生。電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(UPQC)可快速補償供電電壓中的突升或突降、波動和閃變、諧波電流和電壓、各相電壓的不平衡以及故障時的短時電壓中斷等,是ー種具有綜合功能的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器。但目前的光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置和UPQC各有不足,由于太陽光日夜變化,光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置只在白天工作,晚上要切離電網(wǎng),這不僅影響設(shè)備的利用率,并且在頻繁投切時會對電網(wǎng)穩(wěn)定造成影響。UPQC可對無功及諧波電流進行補償,但因成本較高,功能単一,推廣難度較大。分析UPQC和光伏并網(wǎng)發(fā)電可知,UPQC向電網(wǎng)提供無功電能及各種諧波,而光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置只提供有功電能,兩者只是向電網(wǎng)提供的電能不同,而在結(jié)構(gòu)和控制上有諸多相似之處,所以在理論上可對兩者實施統(tǒng)ー控制。近年來,隨著微電子學(xué)的迅速發(fā)展,各種性能更好、功耗更低的單片機和DSP不斷涌現(xiàn)。TMS320F2812是美國德州儀器(TI)生產(chǎn)的ー款DSP控制芯片,其特點有①高達150MHz的工作頻率,32位硬件乘加器;②哈佛總線結(jié)構(gòu),迅速的中斷響應(yīng)處理2個增強的事件管理器模塊(包括通用定時器、比較單元、捕獲單元以及正交編碼脈沖電路),提供了一整套用于運動控制和電機控制應(yīng)用的功能和特性;④外圍設(shè)備包括3個32位CPU定時器,16通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊,其流水線最快轉(zhuǎn)換周期為60ns,單通道最快轉(zhuǎn)換周期為200ns,等。TMS320F2812的出現(xiàn),為光伏并網(wǎng)發(fā)電和UPQC統(tǒng)ー控制的實現(xiàn)提供了硬件基礎(chǔ)。

實用新型內(nèi)容為了避免并網(wǎng)設(shè)備頻繁投切給配電網(wǎng)帶來的不利影響,使并網(wǎng)設(shè)備的容量得到充分利用,提高電能質(zhì)量綜合治理裝置的利率用和性價比,本實用新型提供了一種基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置。該裝置以TMS320F2812DSP芯片為核心,能向時實現(xiàn)改善電網(wǎng)負載的電流波形、消除三相不平衡電流同時實現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電的功能。本用新型采用的技術(shù)方案如下一種基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置,它主要包括太陽能光伏陣列、防反ニ極管、直流側(cè)儲能電容、DC/AC變換器、濾波電感、TMS320F2812DSP控制芯片及外圍信號調(diào)理電路、光電隔離和驅(qū)動電路。其特征在于太陽能光伏陣列通過防反ニ極管提供直流電給電容器,用以儲存電能并穩(wěn)定DC/AC變換器直流側(cè)電壓;當白天日照充足時,裝置同時實現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電以及電能質(zhì)量綜合治 理的功能,DC/AC變換器將光伏組件產(chǎn)生的直流電能轉(zhuǎn)換,經(jīng)過濾波電感之后將電流注入電網(wǎng),用以改善電網(wǎng)負載的電流波形、消除三相不平衡電流同時實現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電;在低日照或夜晚的情況下,裝置將光伏陣列、防反ニ極管切離,裝置単獨實現(xiàn)電能質(zhì)量綜合治理的功倉^:。所述基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置,DC/AC變換器拓撲結(jié)構(gòu)采用三相四線制方式,単相主電路結(jié)構(gòu)為全橋形式。所述基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置,濾波電抗器用以濾除DC/AC變換器輸出電流波形中由電カ電子器件高頻動作引起的高頻電流諧波。所述基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置,控制電路以TMS320F2812DSP為核心,配合片外信號調(diào)理電路對三相配電網(wǎng)的電壓和電流進行采樣,并計算出配電網(wǎng)三相諧波、無功電流補償值;該補償值與太陽能光伏陣列的最大功率點跟蹤算法相結(jié)合,得到實際并網(wǎng)電流指令;根據(jù)得到的并網(wǎng)電流指令,由TMS320F2812內(nèi)部的事件管理器形成12路PWM脈沖信號,經(jīng)過光電隔離和驅(qū)動電路控制DC/AC變換器中的電カ電子器件的開通與關(guān)斷,從而控制DC/AC變換器的輸出電流,并經(jīng)過濾波電感將電流注入電網(wǎng),實現(xiàn)電能質(zhì)量綜合治理及光伏并網(wǎng)發(fā)電的功能。本實用新型的技術(shù)效果在于I.采用TMS320F2812作為核心,實現(xiàn)了光伏并網(wǎng)和電能質(zhì)量綜合治理的統(tǒng)ー控制,能同時實現(xiàn)改善電網(wǎng)負載的電流波形、消除三相不平衡電流同時實現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電的功能,實現(xiàn)ー機多能,提高裝置的性價比。2.避免了光伏并網(wǎng)頻繁投切給配電網(wǎng)帶來的不利影響,使低日照或夜晚的情況下并網(wǎng)裝置的容量得到有效的利用,提高裝置的利用率。
圖I是基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置的原理框圖。圖2是基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置電能質(zhì)量治理及光伏并網(wǎng)部分的原理圖。圖3是基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置并網(wǎng)電流指令的合成圖。
具體實施方式
基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置主要由太陽能光伏陣列、防反ニ極管、電容器、DC/AC變換器、濾波電抗器、濾波電容器、エ頻變壓器和TMS320F2812及其外圍信號調(diào)理電路等構(gòu)成。
以下結(jié)合附圖對本實用新型系統(tǒng)作進ー步說明。圖I是本實用新型的一個實施例簡圖,太陽能電池陣列[I]采用多塊三洋高性能HIT電池串并聯(lián)而成,它將太陽能轉(zhuǎn)換為直流電能;為了防止電流流入光伏陣列,在光伏陣列的輸出側(cè)串聯(lián)了防反ニ極管[2],直流側(cè)儲能電容[3]采用電解電容器,DC/AC變換器
[4]采用三相拓撲結(jié)構(gòu),単相主電路結(jié)構(gòu)為全橋形式;電カ電子器件采用三菱智能功率模塊(IPM),采用無感電阻、無感電容和快恢復(fù)ニ極管構(gòu)成DC/AC變換器的緩沖電路。系統(tǒng)控制器以TMS320F2812DSP控制芯片[6]為核心,配合片外圍信號調(diào)理電路[7]對光伏陣列輸出電壓%和輸出電流iP配電網(wǎng)三相電壓的A相電壓Ua以及配電網(wǎng)三相電流ia、ib、i。進行監(jiān)測,分析計算得到三相電壓電流指令后輸出脈寬調(diào)制(PWM)信號,PWM信號經(jīng)光電隔離和驅(qū)動電路[8]后控制DC/AC變換器中的電カ電子器件的開通與關(guān)斷,從而控制DC/AC變換器的輸出電流,并經(jīng)過濾波電感[5]將電流注入電網(wǎng),實現(xiàn)電能質(zhì)量綜合治理及光伏并網(wǎng)發(fā)電的功能。
權(quán)利要求1.一種基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置,它主要包括 太陽能電池陣列[I]、防反ニ極管[2]、直流側(cè)儲能電容[3]、DC/AC變換器[4]、濾波電感[5]、TMS320F2812 DSP控制芯片[6]及外圍信號調(diào)理電路[7]、光電隔離和驅(qū)動電路[8],其特征在于太陽能電池陣列[I]通過防反ニ極管[2]提供直流側(cè)儲能電容[3],用以儲存電能并穩(wěn)定DC/AC變換器[4]直流側(cè)電壓;當白天日照充足吋,DC/AC變換器[4]將光伏組件產(chǎn)生的直流電能轉(zhuǎn)換,經(jīng)過濾波電感[5]之后將交流電流注入電網(wǎng),同時實現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電以及電能質(zhì)量綜合治理的功能;在低日照或夜晚的情況下,裝置將太陽能電池陣列[I]、防反ニ極管[2]切離,裝置単獨實現(xiàn)電能質(zhì)量綜合治理的功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置,其特征在于DC/AC變換器[4]拓撲結(jié)構(gòu)采用三相四線制方式,単相主電路結(jié)構(gòu)為全橋形式。
3.根據(jù)權(quán)利要求I和2所述基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置,其特征在于濾波電感[5]用以濾除DC/AC變換器[4]輸出電流波形中由電カ電子器件高頻動作引起的高頻電流諧波。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置,控制電路以TMS320F2812 DSP控制芯片[6]為核心,配合片外信號調(diào)理電路[7]對三相配電網(wǎng)的電壓和電流進行采樣,并計算出配電網(wǎng)三相諧波、無功電流補償值;該補償值與太陽能光伏陣列的最大功率點跟蹤算法相結(jié)合,得到實際并網(wǎng)電流指令;根據(jù)得到的并網(wǎng)電流指令,由TMS320F2812內(nèi)部的事件管理器形成12路PWM脈沖信號,經(jīng)過光電隔離和驅(qū)動電路[8]后控制DC/AC變換器中的電カ電子器件的開通與關(guān)斷,并經(jīng)過濾波電感[5]將電流注入電網(wǎng),實現(xiàn)電能質(zhì)量綜合治理及光伏并網(wǎng)發(fā)電的功能。
專利摘要本實用新型公開了一種基于TMS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置,該裝置屬于電能質(zhì)量治理及光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。裝置適用于三相四線制配電網(wǎng),主要由太陽能光伏陣列、防反二極管、DC/AC變換器、濾波電感組成,并以TMS320F2812DSP控制芯片為核心實現(xiàn)控制策略。當日照充足時,裝置同時實現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電以及電能質(zhì)量綜合治理的功能;在低日照或夜晚時,光伏陣列與設(shè)備切離,裝置單獨實現(xiàn)電能質(zhì)量綜合治理的功能?;赥MS320F2812的光伏并網(wǎng)及電能質(zhì)量綜合治理裝置將光伏并網(wǎng)發(fā)電和電能質(zhì)量綜合治理相結(jié)合,不僅避免了并網(wǎng)設(shè)備頻繁投切給配電網(wǎng)帶來的不利影響,而且能使并網(wǎng)設(shè)備的容量得到充分利用,有利于提高電能質(zhì)量綜合治理裝置的利率用和性價比,并實現(xiàn)一機多能。
文檔編號H02J3/26GK202633962SQ20122000727
公開日2012年12月26日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者付青, 劉鳳杰, 馬桂龍, 程光蕾, 呂文昭 申請人:中山大學(xué)
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