专利名称：一种高效新型太阳能并网控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及太阳能发电领域，特别涉及一种高效新型太阳能并网控制器。
背景技术：
太阳能因其普遍存在、储量大，且取之不尽、用之不竭、高效洁净无污染等优点，而受 之青睐；其次，用太阳能发电，具有结构设施简单、无机械传动部件，无需架设空线路，能 方便与建筑物结合，规模大小随意，建设周期短，使用寿命长，且维护简单，安全可靠，无 噪声，无燃料消耗等可经济利用的特点，是常规发电和其它任何发电系统所无法比拟的。所 以，太阳能作为一种理想的新能源是解决能源问题，优化能源结构和保护地球环境和生态平 衡具有深远的意义。
近来，随着电力电子技术的发展、数10kW 100kW规模的太阳能发电的低成本、高效率成 为现实。各企业和团体都很容易的安装应用。这些太阳能发电单元有机的结合、协调在一起 稳定地运行，实现能量高效率的利用。此外，在新工厂和基础设施建设的时候，同架设新的 电缆等相比，建立自然能供电系统在成本上可能更低。特别是在电网和配电线没有的地方， 或者是电力线受环境、旅游景点等不允许的情况下，太阳能发电系统显得更加必要。 发明内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种一种高效新型太阳能并网控制器。具 有基于直流母线允许变化范围内的电压值来实现各单元的自律协调的运行的功能。此外，各 分布式电源自律协调运行时无需检测其分布式电源的发电状态和相互间通信，同时建立了合 理的能量流动结构和柔性的可扩展功能，既提高了能量的利用率也大大的减少了整个系统的 设备规模和成本。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案 一种高效新型太阳能并网控制器，
太阳能发电单元110、太阳能发电单元120以及连结直流母线IOO和交流母线160的并网单 元170均连接于共用直流母线100上。
本实用新型进一步设置为所述的太阳能发电单元(120)由太阳能电池板(122)、与太 阳能电池板(122)连接的DC/DC变换器(124)及太阳能电池板(122)与DC/DC变换器(124) 的控制回路(126)构成，DC/DC变换器(124)与太阳能电池板(122)连接、并构成太阳能电 池板(122)输出电压转换为一定直流电压，所述的太阳能电池板(122)的发电状态及DC/DC 变换器(124)的电压变换由控制回路(126)控制。
本实用新型更进一步设置为所述的并网单元(170)由逆变器(172)及控制回路(174) 构成，直流母线(100)通过并网单元(170)与交流母线(160)联接，直流母线(100)通 过逆变器(172)将其上的直流电压变换为加在交流母线(160)上的三相电压，控制回路(174) 通过检测直流母线(100)及交流母线(160)上的电流及电压、并通过逆变器进行转变控制。
3并网的控制策略检测电能的频率、波形已及电压和电流参数，确保PCS在独立供电是 有良好的供电状态的检测和保护；并通过算法实现有功功率和无功功率的控制，控制输出功 率特性，调节有功功率和无功功率，通过并网和并联控制算法，实现很高的频率精度及幅值精
度，使系统达到良好的动、静态性能;输出电压的谐波含量小;负载适应能力强等特点；
为确保系统在并网和并联工作中的可靠运行，防止孤岛效应，采用主动检测控制策略和被动
检测方法。根据专用标准正EE Std. 2000-929和UL1741,所有的并网PCS必须具有反孤岛效 应的功能，但是如果太阳能供电系统的供电量和电网负载需求量之间的差异很大，市电网路 上的电压及频率将会发生很大的变动，此时可以利用系统软硬件所规定的电网电压的过(欠) 电压保护设置点及过(欠)频率保护设置点来检测电网断电，从而防止孤岛效应.当太阳能供电 系统的供电量与网路负载需求量平衡或差异很小时，则配电开关跳脱后，并网系统附近市电 网路上的电压及频率的变动量将不足以被保护电路所检测到，还是会有孤岛效应的产生，本 系统采用主动检测控制策略和被动检测方法，研究相应的保护策略和检测方法，使系统在电 网故障时，系统在几个毫秒内保护，确保用电安全。
效率是考核自然能供电系统的重要指标，为达到很高的太阳能利用率，必须实时跟踪控制 输出功率，随着日照以及入射角度的变化而变化。系统采用先进MPPT(Maximum Power Point Trucking)控制方法，实现最大功率跟踪控制。
为达到高的工作效率高，使THD谐流失真度小，采用三相全桥式Booster型六个主开关管工 作的电路拓扑结构，输出功率较大，系统具有良好的输出电压动态特性，是太阳能发电中理 想的逆变并网方式。
采用先进的并联控制方法，深入研究各单元之间环流产生的机理，以及并联的逆变电源输 出功率的特性，研究消除环流的控制方法。并上述研究，设计出相应的电路和电气保护措施， 确保可以通过多个并网控制器并联实现大功率运行。
本实用新型设计了包括同直流母线直接相连太阳能发电单元、同直流母线和交流母线相 连的并网单元的系统构成。根据规定范围内的电压变动的直流母线的电压值、设定单元的发
电状态，从而使得各个单元自律的协调运行。
以下结合附图对本实用新型的技术方案做进一步描述。
图1是本实用新型的整体结构方框图； 图2是发电单元120的构成示意图； 图3是并网单元170的构成示意图。
具体实施方式
在图1中，本实用新型包括共用直流母线100上的太阳能发电单元120、以及连结直流母 线100和交流母线160的并网单元170均能够基于直流母线100允许变化范围内的电压值实 现各单元的自律协调的运行。下面就各单元的工作原理和功能特点进行详细地阐述。
(1)太阳能发电单元120太阳能发电单元120的构成如图2所示。即由太阳能电池板122、 DC/DC变换器124和控 制回路126构成。DC/DC变换器124将太阳能电池板122输出电压转换为一定直流电压。控 制回路126对太阳能电池板122的发电状态和DC/DC变换器124的电压变换等进行控制。如 控制回路126检测出太阳能电池板的输出电流Ipv、输出电压Vpv和DC/DC变换器124的输 出电流Idc以及直流母线电压Vdc。通常控制太阳能电池板122工作在最大发电量状态。太 阳能发电单元120,电压在不同范围时进行不同的动作，不依赖于其他任何单元而能够自律 的进行工作。(2)并网单元170并网单元170的构成如图3所示。并网单元170将直流母线100和交流母线160相联接， 对电力的供给方向和幅值进行控制，同时在必要的时候可以切断其连接。为此，并网单元170 由逆变器172、控制回路174构成。逆变器172将印加在直流母线100上的直流电压变换为 加在交流母线160上的三相电压，相反也可以将加在交流母线上的三相电压变换为加在直流 母线上的直流电压。控制回路174检测交流母线上的相电流iu、 iw和直流母线100的电流 Idc以及直流母线100上的电压Vdc，通过逆变器172对交流电压和直流电压的相互转变进行 控制。当电压Vdc高于355V时，直流母线100向交流母线160进行电力回生控制，当电压 Vdc低于355V时，电力由交流母线向直流母线供给电力。当电压Vdc高于365V或者低于345V时，对电流指令值Idc承进行限制，并网单元170V 的输出为定电流控制(CC控制)。当电压Vdc过低(320V)以下或者过高(380V以上:)时， 为了保护停止逆变器172的动作。当直流母线电压100的电压Vdc超过设定范围上限(375V)或者低于设定范围下限(325V) 时，为使电压Vdc恢复到上限值或者下限值，并网单元170进行回生或者驱动控制。回生控 制(或者驱动控制)，通过上限值(或者下限值)作为电压指令值VdW来进行PI控制。然而， 为使电压Vdc不超过电压指令值，快速的控制是必要的。因此，本实用新型包括太阳能发电单元120，太阳能发电单元110进行各自的发电控制， 不需要其他发电单元的发电状态的检测壮态和相互间的通信单元，这就减少了分布式电源系 统的设备规模。同时系统具有反孤岛运行、自立运行以及提高对直流电压高低频成分进行补 偿和吸收的装置，大大提高了系统功能和母线电压的质量。并且系统也具有柔性可扩展功能， 可以根据扩展需要再外加分布式电源单元而不需要对系统进行大的改动。
权利要求1、一种高效新型太阳能并网控制器，其特征在于太阳能发电单元(110)、太阳能发电单元(120)以及连结直流母线(100)和交流母线(160)的并网单元(170)均连接于共用直流母线(100)上。
2、 根据权利要求1所述一种高效新型太阳能并网控制器，其特征在于所述的太阳能发电单元(120)由太阳能电池板(122)、与太阳能电池板(122)连接的DC/DC变换器(124) 及太阳能电池板(122)与DC/DC变换器(124)的控制回路(126)构成，DC/DC变换器(124) 与太阳能电池板(122)连接、并构成太阳能电池板(122)输出电压转换为一定直流电压，所 述的太阳能电池板(122)的发电状态及DC/DC变换器(124)的电压变换由控制回路(126) 控制。
3、 根据权利要求1所述一种高效新型太阳能并网控制器，其特征在于所述的并网单元 (170)由逆变器(172)及控制回路(174)构成，直流母线(100)通过并网单元(170)与交流母线(160)联接，直流母线(100)通过逆变器(172)将其上的直流电压变换为加在交 流母线(160)上的三相电压，控制回路(174)通过检测直流母线(100)及交流母线(160) 上的电流及电压、并通过逆变器进行转变控制。
专利摘要本实用新型涉及一种新型太阳能并网控制器系统。包括同直流母线直接相连太阳能发电单元、同直流母线和交流母线相连的并网单元的系统构成。其特征在于具有基于直流母线允许变化范围内的电压值来实现各单元的自律协调的运行的功能。此外，太阳能发电单元自律协调运行时无需检测其它发电单元的状态，也不需要相互间通信，建立了合理的能量流动结构和柔性的可扩展功能。既提高了能量的利用率，也大大的减少了整个系统的设备规模和成本。
文档编号H02J1/10GK201398077SQ20092011205
公开日2010年2月3日 申请日期2009年1月5日 优先权日2009年1月5日
发明者孙耀杰, 胡万良, 阮荣飞 申请人:鸿宝电气股份有限公司