一种光伏直流均压供电协调控制装置及方法与流程

文档序号:23228806发布日期:2020-12-08 15:15阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种光伏直流均压供电协调控制装置,其特征为该装置包括光伏升压部分、光伏直流均压部分、光伏并网部分和dsp;

所述的光伏升压部分包括光伏阵列、boost升压电路和电压检测模块1,所述光伏阵列,由n组光伏电池板串联组成;所述boost升压电路,包括电感l1、二极管和mos管s;

其连接关系为:所述光伏阵列的正电压端与电感l1连接,电感l1与二极管阳极相连;所述二极管的阴极端与电压检测模块1相连;所述mos管s的漏极端和二极管的阳极端相连,mos管s的源极端和光伏阵列的负电压端相连,mos管s的栅极端与mos管驱动电路发出的驱动信号boost-pwm相连;

所述光伏直流均压部分包括2e负载接口+端、2e负载接口-端、mos管s1和s2、电感l2、电容c1和c2、e负载接口1+端、e负载接口1-端、e负载接口2+端、e负载接口2-端,电压检测模块2;

其连接关系为:所述2e负载接口+端与光伏升压部分的二极管的阴极端相连,2e负载接口-端与mos管s的源极端相连;所述mos管s1的漏极端与二极管的阴极端相连,mos管s1的源极端与mos管s2的漏极端相连,mos管s2的源极端与mos管s的源极端相连,mos管s1的栅极端与mos管驱动电路发出的驱动信号pwm1_out相连,mos管s2的栅极端与mos管驱动电路发出的驱动信号pwm2_out相连;所述电感l2连接于mos管s1和s2的中点与电容c1和c2的中点,电感l2还分别连接于e负载接口1-端和e负载接口2+端的中点,电感l2继续连接于电压检测模块2的一端;所述电容c1一端和c2连接,另一端接于mos管s1的漏极端,电容c2另一端接于mos管s2的源极端;所述e负载接口1-端与e负载接口2+端相连,所述e负载接口1+端接于mos管s1的漏极端,e负载接口2-端接于mos管s2的源极端;所述电压检测模块2一端与mos管s1的漏极端相连,另一端与e负载接口1-端和e负载接口2+端的中点相连;

所述光伏并网部分包括三相逆变器、电流检测模块、lcl滤波器、线路电阻ra、rb、rc、电网和电网电压检测模块,所述三相逆变器包含6个igbt:v1、v2、v3、v4、v5、v6,所述lcl滤波器包含6个电感l2a、l2b、l2c、l3a、l3b、l3c,3个电容ca、cb、cc;

其连接关系为:所述三相逆变器接于光伏直流均压部分后端,所述6个igbt每两个组成一个半桥(即一相),所述v1、v4组成a相,所述v2、v5组成b相,所述v3、v6组成c相;所述电流检测模块接于三相逆变器两端;所述电感l2a接于a相后端,电感l2b接于b相后端,电感l2c接于c相后端;所述电感l3a接于电感l2a后端,电感l3b接于电感l2b后端,电感l3c接于电感l2c后端;所述电容ca与电感l3a并联,与电感l2a串联,电容cb与电感lb并联,与电感l2b串联,电容cc与电感l3c并联,与电感l2c串联;所述线路电阻ra接于电感l3a后端,线路电阻rb接于电感l3b后端,线路电阻rc接于电感l3c后端,所述电网接于线路电阻ra、rb、rc后端;所述电网电压检测模块接于电网端。

2.如权利要求1所述的光伏直流均压供电协调控制装置,其特征为所述的n=2~20。

3.如权利要求1所述的光伏直流均压供电协调控制装置,其特征为所述电压检测模块2包含两个分压电阻r21和r22,一个运算放大器u7a,一个电阻r35,一个电容c5,两个二极管;所述两个二极管串联,形成引脚1、引脚2和引脚3;

其连接关系为:所述分压电阻r21和r22串联,输入电压经分压电阻r22和分压电阻r21后接地;所述运算放大器u7a同相输入端与分压电阻r21和r22的中点相连,运算放大器u7a输出端直接与其反相输入端相连,运算放大器u7a输出端还与电阻r35、电容c5连接后接地,电阻r35还与两个二极管的引脚3相连,所述两个二极管的引脚1接地,引脚2接3.3v电压,引脚3接dsp的adc接口;

所述的电压检测模块1和电压检测模块2结构相同。

4.如权利要求1所述的光伏直流均压供电协调控制装置,其特征为所述mos管驱动电路一端接于dsp,另一端分别连接于mos管s、s1和s2的栅极端;

所述mos管驱动电路包含6个电阻r1、r5、r8、r11、r13和r14,一个双通道隔离驱动芯片si8233bd-d-is,两个二极管d1、d2;输入为dsp端发出的pwm1和pwm2信号,输出为pwm1_out和pwm2_out信号,所述pwm1_out为mos管s1的驱动信号,所述pwm2_out为mos管s2的驱动信号,所述pwm1_out和pwm2_out为互补形式;

其连接关系为:输入pwm1经电阻r8后接入mos管驱动芯片u3的引脚1,输入pwm2经电阻r13后接入mos管驱动芯片u3的引脚2,mos管驱动芯片u3的引脚15与电阻r5相连,mos管驱动芯片u3的引脚16与电阻r14相连,电阻r5连接输出端pwm1_out,电阻r14连接输出端pwm2_out,电阻r5的输出端还经电阻r1、二极管d1反馈后连接至电阻r5的输入端,电阻r14的输出端还经电阻r11、二极管d2反馈后连接至电阻r14的输入端。

5.如权利要求1所述的光伏直流均压供电协调控制装置,其特征为所述电流检测模块的结构为:电流互感器h1的1引脚分别与电阻r44、r42连接,r44的另一端经过电阻r46与电流互感器h1的2引脚相连,r44的另一端再与地连接;r42的另一端分别连接电容cy3和电阻r45;电容cy3的另一端分别与地和电容cy4相连;h1的2引脚经过电阻r49分别与电容cy4、电阻r47相连;电阻r45的另一端直接与运算放大器u9a的负端相连,运算放大器u9a的输出分别连接电阻r43、电容c14;r43、c14的另一端都与u9a的负端相连,电阻r47的另一端直接与运算放大器u9a的正端相连,u9a的正端分别经过电容c16、r50连接至地;u9a的输出经电阻r48和电容c15与地相连,电阻r48的另一端经过电阻r52连接到运算放大器u4a的同相输入端,+1.5v电源经电阻r53后也接入运算放大器u4a的同相输入端,运算放大器u4a的同相输入端也经电阻r54后接地;运算放大器u4a的反相输入端经电阻r51后接地,运算放大器u4a的输出端经电阻r55后接于其反相输入端,运算放大器u4a的输出端连接至dsp的adc接口。

6.如权利要求1所述的光伏直流均压供电协调控制装置,其特征为所述电网电压检测模块的结构为:电网三相电输入端口的a相依次经过电阻r30、r31、r32、r33、r34与电压互感器t2的1脚相连,电压互感器t2的2脚与220市电的零线n直接相连,t2的3脚分别与电阻r28、r35相连,r35的另一端经过电阻r37与t2的4脚相连,r35的另一端再与地连接;r28的另一端分别与电阻r36、电容cy1相连;电容cy1的另一端分别与地和电容cy2相连,t2的4脚经过电阻r41分别与电容cy2、电阻r38连接;电阻r36的另一端直接与运算放大器u8a的反相输入端相连;电阻r38的另一端直接与运算放大器u8a的同相输入端相连;u8a的输出分别连接电阻r29、电容c2,r29和c2的另一端都与u8a的负端相连;运算放大器u8a的同相输入端端分别与电阻r40、电容c12连接,r40和c12的另一端与地连接;u8a的输出经过电阻r39、电容c6与地相连,电阻r39的另一端经过电阻r72连接到运算放大器u5a的同相输入端,+1.5v电源经电阻r73后也接入运算放大器u5a的同相输入端,运算放大器u5a的同相输入端也经电阻r74后接地;运算放大器u5a的反相输入端经电阻r71后接地,运算放大器u5a的输出端经电阻r75后接于其反相输入端,运算放大器u5a的输出端连接至dsp的adc接口。

7.如权利要求1所述的光伏直流均压供电协调控制方法,其特征为包括以下步骤:

第一步,电压检测模块1动作,检测电阻r11电压;光伏直流端电压udc流经电压检测模块1,经过计算得到电阻r11电压的电压信号;

1-1光伏直流端电压udc由光伏阵列的正负端电压upv经过boost升压电路升压得到;其中,光伏阵列的正负端电压upv的计算公式为:

式中,upv为光伏阵列的正负端电压,n为光伏电池板的数量,u0为1块光伏电池板的电压;

1-2根据1-1中得到的upv可求得光伏直流端电压udc,其计算公式为:

式中,udc为光伏直流端电压,α为mos管s的pwm波形信号占空比;

1-3光伏直流端电压udc流经电压检测模块1,驱动电压检测模块1,电压检测模块1中有两个电阻r11和r12,电阻r11电压为ur11,其计算公式为:

式中,udc为光伏直流端电压,即电压检测模块1的输入电压;

1-4dsp中电阻r11电压的adc值u′r11为:

第二步,根据第一步检测得到的电阻r11电压ur11的电压信号,在dsp中进行两次判断;

2-1电阻r11电压ur11的电压信号与2e设定电压信号进行对比,第一次判断为电阻r11电压信号是否等于2e电压信号,若是,直接进入到第三步3-1;若不是,进入到2-2,进行第二次判断;

2-2第二次判断为电阻r11电压ur11的电压信号是否大于2e电压信号,若是,进入到第三步3-2;若不是,进入到第三步3-3;

所述2e设定电压为在电压检测模块1的接入两端电压为2e时,电阻r11的电压值,其计算公式为:

所述2e电压信号为dsp中2e设定电压的adc值,计算公式为:

第三步,调节dsp中pi控制器参数,改变输出pwm波形的占空比;

3-1电阻r11电压ur11的电压信号等于2e电压信号,不改变占空比;

3-2电阻r11电压ur11的电压信号大于2e电压信号,减小占空比;

3-3电阻r11电压ur11的电压信号小于2e电压信号,增大占空比;

第四步,电压检测模块2动作,检测电阻r21电压;电容c1两端电压流经电压检测模块2,经过计算得到电阻r21电压的电压信号;

4-1电容c1两端电压流经电压检测模块2,驱动电压检测模块2,电压检测模块2中有两个电阻r21和r22,电阻r21电压ur21,所述电阻r21电压ur21的计算公式为:

式中,u1为电容c1两端电压,即电压检测模块2的输入电压;

4-2dsp中电阻r21电压的adc值u′r21为:

第五步,根据第四步检测得到的电阻r21电压ur21的电压信号,在dsp中进行两次判断;

5-1电阻r21电压ur21的电压信号与e设定电压信号进行对比,第一次判断为电阻r21电压信号是否等于e电压信号,若是,直接进入到第六步6-1;若不是,进入到5-2,进行第二次判断;

5-2第二次判断为电阻r21电压ur21的电压信号是否大于e电压信号,若是,进入到第六步6-2;若不是,进入到第六步6-3;

所述e设定电压为在电压检测模块2的接入两端电压为e时,电阻r1的电压值,其计算公式为:

所述e电压信号为dsp中e设定电压的adc值,计算公式为:

第六步,调节dsp中pi控制器参数,改变输出pwm1和pwm2的占空比;

6-1电阻r21电压ur21的电压信号等于e设定电压信号,不改变pwm1和pwm2的占空比;

6-2电阻r21电压ur21的电压信号大于e设定电压信号,增大pwm1的占空比,减小pwm2的占空比;

6-3电阻r21电压ur21的电压信号小于e设定电压信号,减小pwm1的占空比,增大pwm2的占空比;

pi控制器调节输出pwm1和pwm2波形的占空比,再经过mos管驱动电路输出pwm1_out和pwm2_out,pwm1_out驱动mos管s1,pwm2_out驱动mos管s2;通过控制mos管s1和s2开通时间的长短,实现电容c1和c2两端电压都为e;

第七步,电流检测模块动作,检测三相逆变器输出电流;

第八步,电网电压检测模块动作,检测电网电压;

第九步,调节dsp中pi控制器参数,改变输出6路spwm的占空比,实现光伏并网逆变器单位功率因数下并网。


技术总结
本发明为一种光伏直流均压供电协调控制装置及方法。该装置包括光伏升压部分、光伏直流均压部分、光伏并网部分和DSP;对装置组成进行了新的整合,同时在光伏直流均压部分中设计了直流均压电路,通过MOS管S1和S2、电感L2、电容C1和C2、负载R1和R2的连接及组成方式等设计,实现了光伏直流供电协调控制,解决光伏直流供电不稳定,就地消纳控制方法复杂,输电并网线损严重等问题。本发明实现了对直流负载单元的直接供电,且在接入不平衡负载情况下,也能保持均压及稳定供电;并且本系统可后接三相逆变器,余电并网,不影响现存的系统结构,也可以接单相逆变器为单相交流负载供电,适用性广,实用性强。

技术研发人员:李练兵;何桂欣;张金龙;王佳;田云峰;刘汉民;董文琦;袁冬冬;任巍曦;王阳;赵治国;孙腾达;孙坤
受保护的技术使用者:河北工业大学
技术研发日:2020.09.04
技术公布日:2020.12.08
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