[发明专利]基于Z源功率变换的光伏并网逆变装置

说明书

技术领域

本发明属于逆变并网技术，涉及一种分布式新能源并网供电的功率变换与测量控制系统，尤其涉及一种基于Z源功率变换的光伏并网逆变装置。

背景技术

经济社会的发展使得人们对能源需求不断上涨，传统的以石油等不可再生能源为主的能源利用结构，已不能满足社会经济持续发展的需要；另一方面，传统能源使用存在着严重的环境污染问题。与传统能源形成鲜明对比的以太阳能为代表的可再生能源发电有清洁无污染，取之不尽的特点。因此，充分利用可再生能源发电，改善能源利用结构，是实现经济可持续发展和改善环境的重要前提。鉴于此，世界各国已陆续投入巨大的人力物力对可再生能源利用中的相关技术进行研究。

并网逆变器是将变化的太阳能转换为相对稳定的交流电并入电网供负载使用的功率变换装置。应用在太阳能并网发电的逆变器需要实现以下功能：1、输出低失真度的正弦波形，与电网同步可并入电网的电能。2、使太阳能电池阵列始终工作在最大功率输出状态，具有最大功率跟踪输出的功能，3、在目前太阳能电池发电成本较高的情况下，合理设计系统，提高系统工作可靠性，提高功率变换效率。

常规的桥式逆变电路使用中存在着以下缺点：一方面通桥式逆变电路属于降压(Buck)型变换电路。在光伏并网系统中，因为光伏阵列输出电压较低，而同时又有获得较高输出电压的需要的时候，通常会采用变压器或者增加一级Boost的方法，但此类方法都存在装置体积增大，变换效率低的缺点。

另一方面，常规逆变器使用中是不允许同一桥臂上下两开关管同时导通这一直通状态的存在，直通时会将输入电源误短路，进而会对电源、器件造成损坏。通常，可以通过设置死区的方法来避免上下桥臂同时导通。该方法带来的缺点是输出电流谐波增大。同时，实际使用中仍存在因为各种复杂的电磁干扰而导致上下直通的情况，从而损毁器件，影响装置整体的使用寿命。

发明内容

本发明提供一种能够提高系统变换效率，改善器件工作环境，提高系统使用寿命的基于Z源功率变换的光伏并网逆变装置。

本发明采用如下技术方案：

一种基于Z源功率变换的光伏并网逆变装置，包括：功率变换主回路、DSP测控系统及IGBT驱动模块，DSP测控系统用于对电压、电流信号进行采样，运算得到脉冲宽度可调的PWM信号序列，再由IGBT驱动模块转换成可直接驱动IGBT信号，功率变换主回路包括太阳能电池阵列、Z源阻抗网络、逆变网络及滤波电抗器，太阳能电池阵列的两输出端分别与Z源阻抗网络的两输入端连接，Z源阻抗网络的两输出端分别与逆变网络的两输入端连接，逆变网络的一个输出端与滤波电抗器的一端连接，滤波电抗器的一端用于连接电网的一端，逆变网络的另一个输出端直接用于连接电网的另一端，上述IGBT驱动模块转换的直接驱动IGBT信号用于实现逆变网络的导通和关断。与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)该装置利用了TMS320F2812芯片强大的数据处理能力，配以高速的A/D采样芯片AD7656和霍尔传感器，可以对基于Z源功率变换器的光伏并网逆变装置主电路中的交流信号进行实时采集和处理。

(2)该装置采用改进后的M57962AL驱动电路对IGBT进行驱动、改善过流保护的起控点，能够实现更加可靠、稳定的驱动。

(3)基于Z源功率变换的主电路变换结构在满足了将太阳能电池升压的需求的同时，避免了传统的采用变压器或者一级BOOST环节所带来的变换效率低下，装置体积大的缺点，从而使本发明具有变换效率高、装置体积小的优点。

(4)基于Z源功率变换的结构，通过同一逆变电路上下桥臂两功率管直接导通这一状态获得了升压的作用。同时该方法由于允许上下桥臂直接导通，避免了常规逆变器的死区设置，有效改善了电能变换质量，并提高了器件工作了可靠性，以及器件的使用寿命。

(5)软件算法采用功率外环。电压外环及电流内环的三个闭环联合控制的结构，有效满足了基于Z源功率变换太阳能并网逆变器的太阳能电池板最大功率跟踪需要，输出电网同步电流需要以及提升太阳能电池电压以供逆变需要的三方面要求。 

附图说明

图1是本发明的框图。

图2是本发明功率变换主回路的电路原理图。

图3是本发明IGBT驱动模块框图。

图4是本发明IGBT驱动模块的子驱动模块原理图。

图5是本发明DSP测控系统的原理图。

图6是本发明DSP电路原理图。

图7是本发明DSP测控软件控制算法流程图。

具体实施方式