本實用新型涉及光伏并網(wǎng)發(fā)電及控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種以鋰離子超級電容器（LiC）改善電能質(zhì)量的單相光伏逆變器系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

根據(jù)國內(nèi)外客戶反饋條件及市場趨勢，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的逆變器選型安裝越來越傾向于小型化、智能化和模塊化，因此單相光伏并網(wǎng)逆變器應(yīng)用愈加廣泛，以滿足小型家用單相光伏發(fā)電的要求。

光伏發(fā)電易受環(huán)境因素影響，不連續(xù)性和隨機性太大，容易造成發(fā)電系統(tǒng)的電壓波動，功率波動；另外，光伏發(fā)電系統(tǒng)還與大電網(wǎng)連接和單獨運行穩(wěn)定性的問題聯(lián)系緊密。同時改善電能質(zhì)量對于電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運行，保障工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和科學(xué)實驗的正常進(jìn)行以及降低能耗等均有重要意義，電能質(zhì)量直接關(guān)系到國家經(jīng)濟(jì)的總體效益。

與不帶儲能裝置的單相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)相比，帶有儲能裝置的單相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可根據(jù)需求通過并、離網(wǎng)切換功能實現(xiàn)電能的任意調(diào)度，常用作備用電源，用于電網(wǎng)掉電時緊急供電。

現(xiàn)階段，儲能裝置一般包括超導(dǎo)儲能系統(tǒng)、蓄電池儲能系統(tǒng)、飛輪儲能系統(tǒng)和超級電容器儲能系統(tǒng)等。從改善電能質(zhì)量的角度來看，儲能裝置在補償有功的同時，還可以提供無功補償，應(yīng)用越來越廣泛。

鋰離子超級電容器（LiC）在同一電解池中實現(xiàn)了超級電容器和鋰離子電池技術(shù)的結(jié)合，在保持高比功率、長壽命和快速充電特性的前提下，大幅度提高了能量密度。鋰離子超級電容器具有超級電容的長壽命、高功率和安全性，同時還具有比超級電容器更高的電壓、大容量和能量密度。因此，本發(fā)明提出將LiC應(yīng)用于單相光伏逆變器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種以鋰離子超級電容器改善電能質(zhì)量的單相光伏逆變器系統(tǒng)，該單相光伏逆變器系統(tǒng)輸出穩(wěn)定，可避免輸出電壓大幅度波動導(dǎo)致的一系列后果，從而改善電能質(zhì)量控制效果和有功電流調(diào)節(jié)效果。

本實用新型的技術(shù)方案如下：

以鋰離子超級電容器改善電能質(zhì)量的單相光伏逆變器系統(tǒng)，包括：

光伏陣列、儲能系統(tǒng)、全橋逆變電路、控制電路、檢測電路和非線性負(fù)載，儲能系統(tǒng)由鋰離子超級電容器和雙向DC/DC變流器并聯(lián)組成；其中，光伏陣列的輸出端連接儲能系統(tǒng)，儲能系統(tǒng)并聯(lián)于全橋逆變電路的直流側(cè)，非線性負(fù)載并聯(lián)于全橋逆變電路的交流側(cè)；檢測電路連接非線性負(fù)載，用來檢測非線性負(fù)載的無功電流和諧波電流；檢測電路的輸出端連接控制電路的輸入端，控制電路的輸出端連接全橋逆變電路。

進(jìn)一步的，雙向DC/DC變流器通過電容C與鋰離子超級電容器連接，電容C用來穩(wěn)定鋰離子超級電容器的輸出電壓；其中，雙向DC/DC變流器包括第一開關(guān)管 G1、第二開關(guān)管 G2和電感L，電容C與鋰離子電容器并聯(lián)，電容C、電感L、第二開關(guān)管G2依次相連，第二開關(guān)管G2與電感L相連的一端還連接第一開關(guān)管G1。

進(jìn)一步的，檢測電路包括無功電流檢測電路和諧波電流檢測電路，檢測電路可采用DSP芯片實現(xiàn)。

進(jìn)一步的，控制電路采用DSP芯片。

本實用新型中，光伏陣列由光伏電池并聯(lián)組成，用來將太陽能轉(zhuǎn)換為電能并輸出。儲能系統(tǒng)并聯(lián)于全橋逆變電路的直流側(cè)，用來根據(jù)需要存儲和釋放能量，使光伏陣列運行于最大功率跟蹤狀態(tài)，減少送入電網(wǎng)的功率波動。光伏陣列和儲能系統(tǒng)連接直流母線，直流母線輸入的直流電經(jīng)全橋逆變電路轉(zhuǎn)換為交流電。非線性負(fù)載經(jīng)全橋逆變電路連接直流母線，公共電網(wǎng)接入到非線性負(fù)載和全橋逆變電路之間。檢測電路與非線性負(fù)載連接，用來檢測非線性負(fù)載的無功電流和諧波電流，檢測結(jié)果送入控制電路?？刂齐娐犯鶕?jù)檢測結(jié)果控制全橋逆變電路的輸出，使全橋逆變電路輸出電流與公共電網(wǎng)電流同頻同相，從而實現(xiàn)并網(wǎng)。

儲能系統(tǒng)由一個LiC和雙向DC/DC變流器組成。鋰離子超級電容器是一種非對稱性電容器，其活性炭電極為正極，Li摻雜的碳電極作為負(fù)極，可在同一電解池實現(xiàn)超級電容器和鋰離子電池技術(shù)的結(jié)合。正極通過活性物質(zhì)的表層嵌入脫出鋰離子來儲能，即所謂的贗電容；負(fù)極通過摻雜Li的多孔活性炭依靠雙電層來實現(xiàn)儲能，即所謂的雙電層電容。相對于活性炭組成的對稱性電容器，非對稱性電容器的能量密度得以顯著提高。

本實用新型中，LiC通過雙向DC/DC變流器接入全橋逆變電路的直流側(cè)，即輸入端。當(dāng)光伏陣列輸出功率較大時，LiC可作為儲能設(shè)備，儲存部分光伏陣列的輸出電能；當(dāng)光伏陣列輸出功率較小時，LiC可為光伏陣列提供能力補充，以保證電能質(zhì)量。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下優(yōu)點和有益效果：

輸出穩(wěn)定，可避免輸出電壓大幅度波動導(dǎo)致的一系列后果，從而改善電能質(zhì)量控制效果和有功電流調(diào)節(jié)效果。

附圖說明

圖1是本實用新型單相光伏逆變器系統(tǒng)的具體控制框圖；

圖2是本實用新型儲能系統(tǒng)的具體電路拓?fù)鋱D。

圖中，1-光伏陣列，2-儲能系統(tǒng)，3-全橋逆變電路，4-控制電路，5-檢測電路，6-非線性負(fù)載，7-鋰離子超級電容器，8-雙向DC/DC變流器。

具體實施方式

下面將參考附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明。

參見圖1，本實用新型在全橋逆變電路3直流側(cè)并聯(lián)一儲能系統(tǒng)2，儲能系統(tǒng)2由鋰離子超級電容器7和雙向DC/DC變流器8并聯(lián)構(gòu)成。雙向DC/DC變流器8根據(jù)光伏陣列1的輸出功率和電網(wǎng)反饋信息，控制鋰離子超級電容器7的能量流動。

光伏陣列1的輸出功率是波動的，且變化率較大，大致可分為相對高頻和相對低頻的兩部分功率波動。鋰離子超級電容器7隨相對高頻的功率波動充電或放電，通過削峰、填谷實現(xiàn)并網(wǎng)功率的平抑、減小其變化率。電網(wǎng)故障時，斷開電網(wǎng)，光伏陣列1的輸出功率即可存儲到儲能系統(tǒng)2，這樣光伏陣列1仍能繼續(xù)發(fā)電，從而提高系統(tǒng)發(fā)電效率，同時起到穩(wěn)定直流母線電壓的作用，防止電壓過高而損壞設(shè)備。在光照強度不夠，比如陰天、夜晚等或電網(wǎng)斷電時，儲能系統(tǒng)2用作不間斷電源進(jìn)行供電，可作為有源功率調(diào)節(jié)器用來提高電網(wǎng)終端的電能質(zhì)量。另外，鋰離子超級電容器7可為光伏陣列1提供能量補充，減少光伏陣列1因光照強度變化對系統(tǒng)運行的影響，提高系統(tǒng)的工作可靠性。

本實施例中，全橋逆變電路3由4個橋臂構(gòu)成，各橋臂由一IGBT和一反并聯(lián)二極管組成，成對的兩個橋臂同時導(dǎo)通，兩對橋臂交替各導(dǎo)通180度。全橋逆變電路3采用雙極性正弦脈寬調(diào)制（spwm）。

參見圖2，儲能系統(tǒng)2中的雙向DC/DC變流器8采用半橋結(jié)構(gòu)，其中第一開關(guān)管 G1和第二開關(guān)管 G2互補工作。雙向DC/DC變流器8的輸入電壓由鋰離子超級電容器7的儲存電能提供，通過電感L、第一開關(guān)管 G1和第二開關(guān)管 G2，達(dá)到雙向直流升壓與降壓的目的。第一開關(guān)管 G1和第二開關(guān)管 G2均由一個IGBT和一個反并聯(lián)二極管組成。當(dāng)光伏陣列1輸出功率大于給定的并網(wǎng)功率時，儲能裝置2充電，此時雙向DC/DC變流器8工作在 Buck 電路模式。當(dāng)光伏陣列1輸出功率小于給定的并網(wǎng)功率時，儲能裝置2放電，此時雙向DC/DC變流器8工作在 Boost 電路模式。

儲能系統(tǒng)2并網(wǎng)時主要由全橋逆變電路3實現(xiàn)并網(wǎng)控制，控制目標(biāo)主要使全橋逆變電路3輸出的交流電流與電網(wǎng)電壓同頻同相，同時盡量讓輸出并網(wǎng)電流總諧波畸率小，實現(xiàn)對有功、無功、諧波的復(fù)合控制，保證輸出電能質(zhì)量，降低對電網(wǎng)的干擾。