一種基于數(shù)字控制技術(shù)的三相逆變器裝置

1、(19)中民*CCNN110033113388228866AA*(12)發(fā)明專利申請(10)申請公布號(43)申請公布日CN 1031382862013.06.05A(21)申請?zhí)?01110398294.4(22)申請日2011.12.05(71)申請人上海航天有線電廠地址 200082 上海市楊浦區(qū)齊齊哈爾路 76號(72)發(fā)明人幸宗國杜宇中孫杰(74)專利機構(gòu) 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)公司 31225趙志遠(yuǎn)有限人(51)Int.Cl.H02J 3/38 (2006.01)G05F 1/67 (2006.01)權(quán)利要求書1頁 說明書4頁附圖2頁(54) 發(fā)明名稱一種基于數(shù)字(57) 摘要技術(shù)的三相

2、逆變器裝置本發(fā)明涉及一種基于數(shù)字技術(shù)的三相逆變器裝置，該裝置接在太陽能電池和電網(wǎng)之間，所述的三相逆變器裝置包括三相逆變器、濾波電路、開關(guān)、DSP通口、輸出同步檢測電路，所述的太陽能電池、三相逆變器、濾波電路、開關(guān)、電網(wǎng)依次連接，所述的 DSP 分別與三相逆變器、開關(guān)通口、輸出同步檢測電路連接，所述的輸出同步檢測電路與電網(wǎng)連接 ；所述的 DSP 包括 SVPWM 輸出電壓模塊、FFT 電壓電流實時測量分析模塊和 MPPT 電池動態(tài)功率調(diào)節(jié)模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有優(yōu)點。精度高、適應(yīng)性強等CN 103138286 A權(quán)利要求書CN 103138286 A1/1 頁1. 一種基于數(shù)字技術(shù)的三相

3、逆變器裝置，該裝置接在太陽能電池和電網(wǎng)之間，其特征在于，所述的三相逆變器裝置包括三相逆變器、濾波電路、開關(guān)、DSP通口、輸出同步檢測電路，所述的太陽能電池、三相逆變器、濾波電路、開關(guān)、電網(wǎng)依次連接，所述的DSP 分別與三相逆變器、開關(guān)電路與電網(wǎng)連接 ；通口、輸出同步檢測電路連接，所述的輸出同步檢測所述的 DSP 包括 SVPWM 輸出電壓池動態(tài)功率調(diào)節(jié)模塊 ；模塊、FFT 電壓電流實時測量分析模塊和 MPPT 電所述的 SVPWM 輸出電壓模塊用于三相逆變器進(jìn)行變頻輸出 ；所述的 FFT 電壓電流實時測量分析模塊將從三相逆變器中的畸變波形分解成基頻分量和各次諧波分量，通過頻譜分析各次諧波分量的

4、幅值和相位來描述波形畸變水平 ；所述的 MPPT 電池動態(tài)功率調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)節(jié)太陽能電池的最大功率點工作電壓。2. 根據(jù)權(quán)利要求 1 所述的一種基于數(shù)字技術(shù)的三相逆變器裝置，其特征在于，所述的 SVPWM 輸出電壓模塊過程具體如下 ：三相逆變器結(jié)構(gòu)中引入開關(guān)狀態(tài)函數(shù)，定義每一橋臂上管開通時為 1，下管開通時為0，通過三相逆變器的6 只開關(guān)管，得到8 種開關(guān)狀態(tài) ：0(000)、1(001)、2(010)、3(011)、4(100)、5(101)、6(110)、7(111)，每種狀態(tài)對應(yīng)唯一的輸出線電壓瞬時值矢量 ；其中有兩個狀態(tài)為零矢量，其余 6 種狀態(tài)為非零矢量，共分為 6 個扇區(qū) ；三相電

5、壓瞬時值用一個以角速度w 2 f 的空間旋轉(zhuǎn)電壓矢量 來表示 ；當(dāng) 遍歷圓軌跡時，形成三相瞬時輸出電壓 ；當(dāng) 落入某一子扇區(qū)后，用該子扇區(qū)的兩個邊界矢量和零矢量去成效果，具體公式如下 ：可得到最佳合設(shè)一個開關(guān)周期 Ts 內(nèi)， 按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，一個邊界矢量作用時間為 Tx，另一邊界矢量作用時間為 Ty，零矢量作用時間為 To ；則有 Ts Tx+Ty+To ；根據(jù)伏秒平衡原理可得即3. 根據(jù)權(quán)利要求 1 所述的一種基于數(shù)字技術(shù)的三相逆變器裝置，其特征在于，所述的 MPPT 電池動態(tài)功率調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)節(jié)太陽能電池的最大功率點工作電壓具體如下 ： 根據(jù)光伏陣列的 P-V 曲線是一個單峰曲線，并且最

6、大功率點是峰值，其功率對電壓的導(dǎo)數(shù)為 0 的特點，在輸出功率最大點，功率對電壓的導(dǎo)數(shù)為零，來尋找最大功率點 ；在功率對電壓的導(dǎo)數(shù)大于零的區(qū)域?qū)⒆畲蠊β庶c工作電壓增加設(shè)定電壓調(diào)整值，在功率對電壓的導(dǎo)數(shù)小于零的區(qū)域?qū)⒆畲蠊β庶c工作電壓減去設(shè)定電壓調(diào)整值，在導(dǎo)數(shù)等于零時，最大功率點工作電壓保持不變。2說明書CN 103138286 A1/4 頁一種基于數(shù)字技術(shù)的三相逆變器裝置技術(shù)領(lǐng)域0001本發(fā)明涉及一種三相逆變器裝置，尤其是涉及一種基于數(shù)字器裝置。技術(shù)的三相逆變背景技術(shù)0002隨著人口的增加的發(fā)展，人類對于能源的需求也越來越大，傳統(tǒng)的能源儲量正在日益枯竭，從而帶來了能源短缺的問題。而且，化石的大量

7、使用對人類生存環(huán)境造成的危害日益突出，甚至導(dǎo)致，這些已成為世界各國的一個問題。所以，開發(fā)利用可再生能源和各種綠色能源是人類必須采取的措施，而從能源供應(yīng)的諸多因素考慮，太陽能無疑是最符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的理想的綠色能源。全球能源陽能將成為 21 世紀(jì)最重要的能源之一。們認(rèn)定，太0003 光伏陣列輸出特性是具有非線性特征的，其輸出電壓、電流受太陽光照強度、環(huán)境溫度等因素影響。在一定的太陽光照強度和環(huán)境溫度下，光伏陣列可以工作在不同的輸出電壓下，但只有在某一輸出電壓值時，光伏陣列的輸出的功率能達(dá)到最大值，這時光伏陣列的工作點也就達(dá)到最大功率點。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，提高系統(tǒng)的整體效率的一個重要的途徑就是實

8、時調(diào)整光伏陣列的工作點，使其始終工作在最大功率點附近。0004 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)通過光伏組件將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電能，再通過并網(wǎng)型逆變器將直流電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻率、同相位的正弦波電流，并入電網(wǎng)，在將直流電能經(jīng)逆變轉(zhuǎn)換為交流電能的過程中，會產(chǎn)生大量諧波。諧波的危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面 ：0005 (1) 對電力系統(tǒng)的影響。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動和噪音，并使絕緣老化，使用縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。0006(2) 造成諧振現(xiàn)象。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，是諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。0007(3) 諧波還會引起繼電保護和自動裝置誤動

9、作，使儀表計量確。0008(4) 諧波對通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，嚴(yán)重時會使通信系統(tǒng)無法正常工作。發(fā)明內(nèi)容0009本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種精度高、適應(yīng)性強的基于數(shù)字技術(shù)的三相逆變器裝置。0010本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn) ：0011一種基于數(shù)字技術(shù)的三相逆變器裝置，該裝置接在太陽能電池和電網(wǎng)之間，其特征在于，所述的三相逆變器裝置包括三相逆變器、濾波電路、開關(guān)、DSP通口、輸出同步檢測電路，所述的太陽能電池、三相逆變器、濾波電路、開關(guān)、電網(wǎng)依次連接，所述的 DSP 分別與三相逆變器、開關(guān)檢測電路與電網(wǎng)連接 ；通口、輸出同步檢測電路連接，所述的輸出同步0012所

10、述的 DSP 包括 SVPWM 輸出電壓模塊、FFT 電壓電流實時測量分析模塊和3說明書CN 103138286 A2/4 頁MPPT 電池動態(tài)功率調(diào)節(jié)模塊 ；0013所述的 SVPWM 輸出電壓模塊用于三相逆變器進(jìn)行變頻輸出 ；0014所述的 FFT 電壓電流實時測量分析模塊將從三相逆變器中的畸變波形分解成基頻分量和各次諧波分量，通過頻譜分析各次諧波分量的幅值和相位來描述波形畸變水平 ；0015所述的 MPPT 電池動態(tài)功率調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)節(jié)太陽能電池的最大功率點工作電壓。0016所述的 SVPWM 輸出電壓模塊過程具體如下 ：0017三相逆變器結(jié)構(gòu)中引入開關(guān)狀態(tài)函數(shù)，定義每一橋臂上管開通時為

11、 1，下管開通時為 0，通過三相逆變器的 6 只開關(guān)管，得到 8 種開關(guān)狀態(tài) ：0(000)、1(001)、2(010)、3(011)、4(100)、5(101)、6(110)、7(111)，每種狀態(tài)對應(yīng)唯一的輸出線電壓瞬時值矢量 ；其中有兩個狀態(tài)為零矢量，其余 6 種狀態(tài)為非零矢量，共分為 6 個扇區(qū) ；0018三相電壓瞬時值用一個以角速度w 2 f 的空間旋轉(zhuǎn)電壓矢量 來表示 ；當(dāng) 遍歷圓軌跡時，形成三相瞬時輸出電壓 ；當(dāng) 落入某一子扇區(qū)后，用該子扇區(qū)的兩個邊界矢量和零矢量去效果，具體公式如下 ：可得到最0019佳0020設(shè)一個開關(guān)周期 Ts 內(nèi)， 按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，一個邊界矢量作用時間為

12、 Tx，另一邊界矢量作用時間為 Ty，零矢量作用時間為 To ；則有 Ts Tx+Ty+To ；根據(jù)伏秒平衡原理可得即這就是一般空間電壓矢量的公式，其關(guān)鍵在于 Tx、Ty、To 的計算。0021所述的 FFT 電壓電流實時測量分析模塊將畸變波形分解成基頻分量和各次諧波分量，通過頻譜分析各次諧波分量的幅值和相位來描述波形畸變水平。0022快速傅里葉變換 FFT 是一種快速有效地計算離散傅立葉變換 DFT 的方法，離散傅里葉變換同時滿足以下關(guān)系 ：00230024式中在通常情況下，序列x(n) 和它的離散傅里葉變換X(k) 都是復(fù)數(shù)，0025因此直接計算 DFT 及離散傅里葉逆變換 (Invers

13、e Discrete Fourier Transform，IDFT) 需要N2 次復(fù)數(shù)乘法和 N(N-1) 次復(fù)數(shù)加法。由于一次復(fù)數(shù)乘法要作 4 次實數(shù)乘法和 2 次實數(shù)加法，一次復(fù)數(shù)加法要作兩次實數(shù)加法，所以作一次離散傅里葉變換總共需要作 4N2 次實數(shù)乘法和 2N(2N-1) 次實數(shù)加法。0026 所述的 MPPT 電池動態(tài)功率調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)節(jié)太陽能電池的最大功率點工作電壓具體如下 ：0027 根據(jù)光伏陣列的 P-V 曲線是一個單峰曲線，并且最大功率點是峰值，其功率對電4說明書CN 103138286 A3/4 頁壓的導(dǎo)數(shù)為 0 的特點，在輸出功率最大點，功率對電壓的導(dǎo)數(shù)為零，來尋找最大功

14、率點 ；在功率對電壓的導(dǎo)數(shù)大于零的區(qū)域?qū)⒆畲蠊β庶c工作電壓增加設(shè)定電壓調(diào)整值，在功率對電壓的導(dǎo)數(shù)小于零的區(qū)域?qū)⒆畲蠊β庶c工作電壓減去設(shè)定電壓調(diào)整值，在導(dǎo)數(shù)等于零時，最大功率點工作電壓保持不變。0028 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點 ：0029(1)32 位高精度三重化 SVPWM 空間矢量策略，提高了系統(tǒng)精度 ；0030(2) 電壓、電流實時 FFT 測量分析，快速準(zhǔn)確的獲得系統(tǒng)運行參數(shù) ；0031(3) 快速二階微分 MPPT 跟蹤算法很好適應(yīng)了電池組件功率動態(tài)變換的特點。附圖說明0032圖 10033圖 2發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)示意圖 ；發(fā)明的 MPPT 電池動態(tài)功率調(diào)節(jié)模塊流程圖。具體實施

15、方式0034下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。0035實施例0036如圖 1 所示，一種基于數(shù)字技術(shù)的三相逆變器裝置，該裝置接在太陽能電池 7和電網(wǎng) 6 之間，所述的三相逆變器裝置包括三相逆變器 1、濾波電路 2、開關(guān) CB、DSP3通口 4、輸出同步檢測電路 5，所述的太陽能電池 7、三相逆變器 1、濾波電路 2、開關(guān) CB、電網(wǎng)6 依次連接，所述的DSP3 分別與三相逆變器1、開關(guān)CB電路 5 連接，所述的輸出同步檢測電路 5 與電網(wǎng) 6 連接 ；通口4、輸出同步檢測0037所述的 DSP3 包括 SVPWM 輸出電壓模塊、FFT 電壓電流實時測量分析模塊和MPPT 電池動態(tài)功

16、率調(diào)節(jié)模塊 ；所述的 SVPWM 輸出電壓模塊用于三相逆變器進(jìn)行的畸變波形分解變頻輸出 ；所述的 FFT 電壓電流實時測量分析模塊將從三相逆變器中成基頻分量和各次諧波分量，通過頻譜分析各次諧波分量的幅值和相位來描述波形畸變水平 ；所述的 MPPT 電池動態(tài)功率調(diào)節(jié)模塊用于調(diào)節(jié)太陽能電池的最大功率點工作電壓。0038(1)SVPWM 輸出電壓模塊實現(xiàn)方法0039用 DSP內(nèi) 2 個有效空間矢量器的空間矢量狀態(tài)機來實現(xiàn)變頻要求時，需要求出在一個調(diào)制周期 Ts和 的持續(xù)時間Tx 和Ty，以及零矢量的作用時間 To?？臻g矢量狀態(tài)機實現(xiàn)變頻的關(guān)鍵公式 ：00400041其中x 為每個子扇區(qū)逆時針方向的起

17、始邊緣矢量，則 x 分別為 0°、60°、120°、180°、240°、300°?？梢钥闯?，改變 KV 可以調(diào)節(jié)輸出電壓幅值 ；改變 w 可以調(diào)節(jié)輸出電壓的頻率。并且只要事先建好正弦表，就可以進(jìn)行編程了。(2)FFT 電壓電流實時測量分析模塊TMS320F2812 是定點的數(shù)字信號處理器，因而在用 TMS320F2812 實現(xiàn) FFT 時，應(yīng)考004200435說明書CN 103138286 A4/4 頁慮防止中間結(jié)果產(chǎn)生溢出的問題。解決這個問題的方法就是對中間數(shù)值進(jìn)行歸一化。0044在用 DSP 實現(xiàn) FFT 時，為了計算方便，一般

18、都把輸入歸一化表示，即輸入的實部和虛部的幅值都小于 1。考慮到大多數(shù)情況下是實數(shù)序列的 FFT，所以 Pm+1 PRm+URm+j(PIm+UIm)(1)，Qm+1 PRm-URm+j(PIm-UIm)(2)，式 1 和式 2 的最大幅度不超過 2。這樣可以在每一級用 2 歸一化。運用 DSP的移位特性來實現(xiàn) 2 的歸一化，不增加任何運算量。對于 M 級 FFT，輸出結(jié)果相當(dāng)于原結(jié)果除以 2M(N 2M)。0045(3)MPPT 電池動態(tài)功率調(diào)節(jié)模塊0046MPPT 實質(zhì)是一個自尋優(yōu)過程，常用的方法有固定電壓跟蹤法、擾動觀測法和導(dǎo)納微增法。本文采用導(dǎo)納微增法，首先根據(jù)的太陽電池陣列輸出電壓和功率的變化關(guān)系太陽電池陣列當(dāng)前運行在哪個工作區(qū)，然后根據(jù)不