[发明专利]太阳能光伏发电单相并网逆变器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源发电技术领域，涉及太阳能光伏发电单相并网逆变器及其控制方法。具体地说涉及一种把太阳能电池产生的直流电压通过一定的控制方法，转换成与市电电网具有同频、同相和等幅的交流电，并输送到市电电网的逆变装置。

背景技术

随着全球工业化进程的逐步展开，世界各国对能源的需求急剧膨胀，而煤炭、石油和天然气三大化石能源日渐枯竭，全球将再一次面临能源危机，同时，大量使用化石能源对生态环境已经造成了严重的破坏。因为能源、环境与发展已成为当今世界亟待解决的问题，所以，许多国家如西欧、美国和日本等开始研究并应用开发利用太阳能、风能和水能等可再生能源，并结合经济高效的新型电力电子技术——新能源分布式发电技术，既在配电网建立单独的发电电源对重要负载进行供电，并且通过能量管理系统和外部市电电网进行能量交换。通过对上述技术展开研究得到的系列成果，并结合电力系统用户对电能质量的要求和电力系统发展趋势，该技术逐步形成了太阳能光伏发电系统和产业。

在太阳能光伏发电系统中，并网逆变器是实现太阳能光伏电池与市电电网之间能量的传递与转换的关键环节。并网逆变器的作用是当太阳能光伏发电系统的输出在较大范围内变化时，能始终以尽可能高的效率将太阳能电池输出的直流电转化成与市电电网匹配的交流电，并送入市电电网。

并网逆变器的设计开发，需要考虑的技术问题是：第一，由于日照强度、电池温度等因素会影响太阳能电池的输出特性，因此，为了提高太阳能光伏发电系统的工作效率，使太阳能电池的输出电压趋近于最大功率点电压，以保证太阳能电池在最大功率点附近运行而获得最大能量，并网逆变器应具有最大功率跟踪控制（MPPT）的调节功能。第二，并网逆变器的输出波形，除满足市电电网的频率、相位和幅值等电能质量要求外，还必须满足市电电网的防止孤岛效应和安全隔离接地等要求。目前，国外的并网标准中明确规定并网逆变器输出波形的总谐波因数应小于5％，各次谐波含量小于3％，并且具有较好的动态特性。根据IEEE2000.929和ULl741标准，所有并网逆变器必须具有防孤岛效应的功能，孤岛发生时必须快速、准确地切除并网逆变器与市电电网的电性连接。第三，保证太阳能光伏发电系统稳定、高效运行，需要对系统中各并网逆变器进行协调控制。除了逆变器基本的电压控制外，还需考虑各并网逆变器互联时的功率分配和控制，即分为功率控制和电压控制两个层次，下层的电压控制根据上层指令完成相应的控制任务。最后，为降低太阳能发电系统的成本，能有效地普及和使用，并网逆变器需要采用比较理想的是无变压器方案，从而可以进一步提高并网逆变器的效率，使太阳能光伏发电系统的体积、重量和成本大大降低。

因此，设计一种满足上述技术要求的体积小、成本低，功耗低、效率高、安全可靠性高、使用寿命长的太阳能光伏并网逆变器，并采用先进的控制技术是并网逆变器发展趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能光伏发电单相并网逆变器，它同时具备体积小、成本低，功耗低、效率高、安全可靠性高、使用寿命长等特点。

本发明的另一目的是提供一种最大功率跟踪控制、无变压器、防止孤岛效应的太阳能光伏发电单相并网逆变器的控制方法，以便使逆变过程具有更高的效率和安全性的太阳能光伏发电单相并网逆变器的控制方法。

本发明的第一发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种太阳能光伏发电单相并网逆变器，包括太阳能电池、并网逆变器主回路、市电电网、并网逆变控制器和并机通信接口；其特征在于所述并网逆变器主回路包括输入保护开关、升压电路、逆变电路和并网开关，所述输入保护开关、升压电路、逆变电路和并网开关依次串联，所述输入保护开关的输入端接太阳能电池的输出端，所述并网开关的输出端接市电电网的输入端；所述并网逆变控制器包括控制电路、逻辑电路、驱动电路、采样电路、电池电压检测电路、电池电流检测电路、升压电压检测电路、电网电压检测电路、并网电流检测电路和电网相位检测电路，所述采样电路、控制电路、逻辑电路及驱动电路依次串联，所述采样电路分别接收电池电压检测电路、电池电流检测电路、升压电压检测电路、电网电压检测电路及并网电流检测电路输出的信号，控制电路的一输入端接收电网相位检测电路的输入信号，所述并机通信接口接在控制电路的一输入输出端，所述驱动电路的第一输出端接输入保护开关的一输入端，驱动电路的第二输出端接升压电路的一输入端，驱动电路的第三输出端接逆变电路的一输入端，驱动电路的第四输出端接并网开关的一输入端。