基于LCL滤波的太阳能光伏并网逆变器控制系统.pdf

一种基于LCL滤波的太阳能光伏并网逆变器控制系统，它包括光伏阵列、电磁干扰滤波器即EMI滤波器，功率模块、LCL滤波器、隔离变压器TB1、采样电路、滤波电路和控制器，本发明的控制器包括最大能量追踪MPPT单元，MPPT采用基于模拟退火法和遗传算法的混合算法的智能算法，混合优化算法是以遗传算法运算流程作为主体流程，把模拟退火机制融入其中，用以进一步调整优化指令数据，本发明具有稳定性好、性能强、效率和可靠性高的优点。

1、  一种基于LCL滤波的太阳能光伏并网逆变器控制系统，其特征是它包括光伏阵列、电磁干扰滤波器即EMI滤波器，功率模块、LCL滤波器、隔离变压器TB1、采样电路、滤波电路和控制器，光伏阵列吸收太阳光能，并将光信号转换为电信号，光伏阵列的输出接EMI滤波器的对应的输入端，EMI滤波器的输出端接功率模块的对应的输入端，功率模块输出端接LCL滤波器的输入端，LCL滤波器的输出端接隔离变压器TB1的输入端，隔离变压器TB1的输出端接电网，光伏阵列的输出端与采样电路的信号输入端相连，采样电路的信号输出端接滤波电路的信号输入端，滤波电路的信号输出端接控制器的对应信号输入端，控制器的另一个信号输入端接EMI滤波器的信号输出端，控制器的信号输出端作为基于LCL滤波的太阳能光伏并网逆变器控制系统的输出接功率模块的对应被控端。

2、  根据权利要求1的基于LCL滤波的太阳能光伏并网逆变器控制系统，其特征是所述的功率模块包括电容C1和绝缘栅极双极晶体管T1-T6，电容C1的两端作为功率模块的输入并接在EMI滤波器的两端，串联绝缘栅极双极晶体管T1、T2，串联绝缘栅极双极晶体管T3、T4和串联绝缘栅极双极晶体管T5、T6均并接在电容C1的两端。

3、  根据权利要求1的基于LCL滤波的太阳能光伏并网逆变器控制系统，其特征是所述的LCL滤波器包括电感L1-L6、电阻RL1-RL3和电容C2-C4，串联电感L1、L2，串联电感L3、L4和串联电感L5、L6的一端分别与绝缘栅极双极晶体管T1、T2的连接点，绝缘栅极双极晶体管T3、T4的连接点和绝缘栅极双极晶体管T5、T6的连接点相连，串联电感L1、L2，串联电感L3、L4和串联电感L5、L6的另一端分别接隔离变压器TB1的各对应信号输入端，电感L1、L2的连接点，电感L3、L4的连接点和电感L5、L6的连接点分别接串联电阻RL1、电容C2，串联电阻RL2、电容C3和串联电阻RL1、电容C2，电容C2-C4的非接电阻端相连。

基于LCL滤波的太阳能光伏并网逆变器控制系统
技术领域
本发明涉及清洁能源并网发电领域，特别是一种用于太阳能并网发电的逆变器，具体地说是一种基于LCL滤波的太阳能光伏并网逆变器控制系统。
背景技术
随着温室气体的大量排放，温室效应的不断加剧，我们懒以生存的地球环境不断恶化，加上能源危机，采用清洁能源来替代传统能源是迫在眉睫的。近年来，光伏电池技术的进步，使太阳能光伏发电的效率不断提高，成本不断降低，因此采用太阳能光伏发电替代传统能源发电成为许多国家的首选，我国太阳能资源丰富，全国三分之二的国土面积年日照小时数在2200小时以上，沙漠面积大，具有发展太阳能的巨大潜力。太阳能利用过程清洁，能够有效减少温室气体的排放，是最具发展潜力的可再生能源。
光伏逆变器分为“离网型”和“并网型”两种，“离网型”光伏逆变器主要用于偏远山区等用电困难的地区，主要解决生活之需；“并网型”的光伏逆变器又称变流器将电能直接送入公共电网，具有巨大潜力。然而，当前光伏并网逆变器的可靠性差、稳定性弱、效率低，最大能量追踪、电流谐波和功率因数等方面均存在不足，整个太阳能光伏并网逆变器控制系统的稳定性和可靠性不高，不能满足现有发展的需要。
发明内容
本发明的目的是针对现有的光伏发电系统的稳定性差、性能不好、效率低，可靠性不高的问题，提出一种采用LCL滤波器的稳定性好、性能强、效率高，可靠性大的基于LCL滤波的太阳能光伏并网逆变器控制系统。
本发明的技术方案是：
一种基于LCL滤波的太阳能光伏并网逆变器控制系统，它包括光伏阵列、电磁干扰滤波器即EMI滤波器，功率模块、LCL滤波器、隔离变压器TB1、采样电路、滤波电路和控制器，光伏阵列吸收太阳光能，并将光信号转换为电信号，光伏阵列的输出接EMI滤波器的对应的输入端，EMI滤波器的输出端接功率模块的对应的输入端，功率模块的信号输出端接LCL滤波器的输入端，LCL滤波器的输出端接隔离变压器TB1的输入端，隔离变压器TB1的输出端接电网，光伏阵列的输出端与采样电路的信号输入端相连，采样电路的信号输出端接滤波电路的信号输入端，滤波电路的信号输出端接控制器的对应信号输入端，控制器的另一个信号输入端接EMI滤波器的信号输出端，控制器的信号输出端作为基于LCL滤波的太阳能光伏并网逆变器控制系统的输出接功率模块的对应被控端。
本发明的功率模块包括电容C1和绝缘栅极双极晶体管T1-T6，电容C1的两端作为功率模块的输入并接在EMI滤波器的两端，串联绝缘栅极双极晶体管T1、T2，串联绝缘栅极双极晶体管T3、T4和串联绝缘栅极双极晶体管T5、T6均并接在电容C1的两端。
本发明的LCL滤波器包括电感L1-L6、电阻RL1-RL3和电容C2-C4，串联电感L1、L2，串联电感L3、L4和串联电感L5、L6的一端分别与绝缘栅极双极晶体管T1、T2的连接点，绝缘栅极双极晶体管T3、T4的连接点和绝缘栅极双极晶体管T5、T6的连接点相连，串联电感L1、L2，串联电感L3、L4和串联电感L5、L6的另一端分别接隔离变压器TB1的各对应信号输入端，电感L1、L2的连接点，电感L3、L4的连接点和电感L5、L6的连接点分别接串联电阻RL1、电容C2，串联电阻RL2、电容C3和串联电阻RL1、电容C2，电容C2-C4的非接电阻端相连。
本发明的有益效果：
本发明是采用LCL滤波器“并网型”的光伏逆变器，它的科技含量更高，产品的附加值大，替代传统能源发电能有效减少温室气体的排放。
本发明的LCL滤波器在电容支路中串连了电阻，在交流侧通过电压与电流传感器取出电流电压信号，参与同步信号控制，并对三相abc电流进行dq坐标变换，采用空间矢量脉宽调制SVPWM的调制方式，能有效的利用直流电压和降低电流谐波。解决LCL滤波器在实际运行中产生谐振，导致系统的不稳定的问题
附图说明
图1是本发明的原理框图。
图2是本发明的电原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种基于LCL滤波的太阳能光伏并网逆变器控制系统，它包括光伏阵列P1、电磁干扰滤波器即EMI滤波器，功率模块、LCL滤波器、隔离变压器TB1、采样电路、滤波电路和控制器(可采用TI公司的高速DSP控制器，型号可为TMS320LF2407)，光伏阵列吸收太阳光能，并将光能转换为电能，光伏阵列的输出接EMI滤波器的对应的输入端，EMI滤波器的输出端接功率模块的对应的输入端，功率模块的输出端接LCL滤波器的信号输入端，LCL滤波器的输出端接隔离变压器TB1的输入端，隔离变压器TB1的输出端通过开关模块接电网，光伏阵列的输出端与采样电路的信号输入端相连，采样电路的信号输出端接滤波电路的信号输入端，滤波电路的信号输出端接控制器的对应信号输入端，控制器的另一个信号输入端接EMI滤波器的信号输出端，控制器的信号输出端作为基于LCL滤波的太阳能光伏并网逆变器控制系统的输出接功率模块的对应被控端。
本发明的开关模块包括充电电阻R1-R3、充电接触器KM1、接触器KM2、断路器QA2和交流EMI滤波器，隔离变压器TB1的输出通过开关模块送入电网。
本发明的功率模块包括电容C1和绝缘栅极双极晶体管T1-T6即IGBTT1-T6，电容C1的两端作为功率模块的输入并接在EMI滤波器的两端，串联绝缘栅极双极晶体管T1、T2，串联绝缘栅极双极晶体管T3、T4和串联绝缘栅极双极晶体管T5、T6均并接在电容C1的两端。
本发明的LCL滤波器包括电感L1-L6、电阻RL1-RL3和电容C2-C4，串联电感L1、L2，串联电感L3、L4和串联电感L5、L6的一端分别与绝缘栅极双极晶体管T1、T2的连接点，绝缘栅极双极晶体管T3、T4的连接点和绝缘栅极双极晶体管T5、T6的连接点相连，串联电感L1、L2，串联电感L3、L4和串联电感L5、L6的另一端分别接隔离变压器TB1的各对应信号输入端，电感L1、L2的连接点，电感L3、L4的连接点和电感L5、L6的连接点分别接串联电阻RL1、电容C2，串联电阻RL2、电容C3和串联电阻RL1、电容C2，电容C2-C4的非接电阻端相连。
本发明的控制器包括最大能量追踪MPPT单元、第一比例和积分调节器、第二比例和积分调节器、第一加法器、第二加法器、将两相同步旋转坐标系下的电流i_da转换成三相静止坐标系下的三相电流i_abc的单元即i_dq/i_abc坐标变换单元和将三相静止坐标系下的三相电流i_abc转换成两相同步旋转坐标系下的电流i_dq的单元即i_abc/i_dq坐标变换单元，控制器的控制过程包括以下步骤：
(a).控制器的最大能量追踪MPPT单元根据所采集的光伏阵列输出的电压信号U_dc和电磁干扰滤波器即EMI滤波器输出的电流信号进行计算得到优化的电压信号U_dc^*；
(b).光伏阵列输出的电压信号U_dc和优化的电压信号U_dc^*通过第一加法器的电压输出信号经第一比例和积分调节器即第一PI调节器得到电流信号i_q^*并传送至第二加法器；
(c).在隔离变压器TB1的输出端采集三相电流信号，将三相静止坐标系下的三相电流i_abc转化成两相同步旋转坐标系下的电流i_dq，并将得到的电流有功分量i_q传送至第二加法器与电流指令信号的有功分量i_q^*进行计算，并将得到的电流信号传输至将两相同步旋转坐标系下的电流i_dq转换成三相静止坐标系下的三相电流i_abc的单元中即i_dq/i_abc坐标变换单元；
(d).在i_abc/i_dq坐标变换单元输出的电流的无功分量i_d与控制器的功率因数外环单元的无功分量i_d^*相加减通过第二比例和积分调节器即第二PI调节器送至i_dq/i_abc坐标变换单元；
(e).i_dq/i_abc坐标变换单元的输出通过空间矢量脉宽调制单元后作为控制输出控制功率模块的绝缘栅极双极晶体管T1-T6。
具体实施时：
如图2所示，由太阳能电池光伏阵列转化来直流电经由直流断路器QA1，由直流EMI滤波器滤波后进入功率模块，功率模块由电容C1与绝缘栅极双极晶体管T1-T6组成，三相脉冲宽度调制PWM调制波经过LCL滤波器滤波成正弦波后经由隔离变压器TB1、接触器KM2、断路器QA2、交流EMI滤波器送入电网，其中LCL滤波器由电感L1-L6、电阻RL1-RL2、电容C2-C4组成，电阻R1-R3是充电电阻，接触器KM1为充电接触器。光伏阵列P1是一种非线性的直流源，其电源特性可以视为一个恒压源和恒流源的组合。随工作状态变化，光伏阵列的功率端电压/电流曲线存在一个最大功率输出点。影响功率点的两个主要因素为光照强度和阵列表面温度。在实施时，需要控制光伏阵列运行于其最大功率点附近，充分利用输出功率。通过传感器检测出光伏阵列的电压与电流，经过计算得出功率。
采用LCL滤波可以有效地减小电流中的高次谐波成份。在低于谐振频率时，LCL滤波器可以看成电感值为2个电感之和的L滤波器，且比L滤波的电感值小，LCL滤波可以采用相对较小的滤波元件，减小了滤波器的体积。针对LCL滤波器在实际运行中会产生谐振，导致系统的不稳定的问题，本发明专利在电容支路中串连了电阻，在交流侧通过电压与电流传感器取出电流电压信号，参与同步信号控制，并对三相abc电流进行dq坐标变换，采用空间矢量脉宽调制SVPWM调制方式，能有效的利用直流电压和降低电流谐波。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。