一种基于数字控制技术的三相逆变器装置

1、(19)中民*CCNN110033113388228866AA*(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日CN 1031382862013.06.05A(21)申请号201110398294.4(22)申请日2011.12.05(71)申请人上海航天有线电厂地址 200082 上海市杨浦区齐齐哈尔路 76号(72)发明人幸宗国杜宇中孙杰(74)专利机构 上海科盛知识产权公司 31225赵志远有限人(51)Int.Cl.H02J 3/38 (2006.01)G05F 1/67 (2006.01)权利要求书1页 说明书4页附图2页(54) 发明名称一种基于数字(57) 摘要技术的三相

2、逆变器装置本发明涉及一种基于数字技术的三相逆变器装置，该装置接在太阳能电池和电网之间，所述的三相逆变器装置包括三相逆变器、滤波电路、开关、DSP通口、输出同步检测电路，所述的太阳能电池、三相逆变器、滤波电路、开关、电网依次连接，所述的 DSP 分别与三相逆变器、开关通口、输出同步检测电路连接，所述的输出同步检测电路与电网连接 ；所述的 DSP 包括 SVPWM 输出电压模块、FFT 电压电流实时测量分析模块和 MPPT 电池动态功率调节模块。与现有技术相比，本发明具有优点。精度高、适应性强等CN 103138286 A权利要求书CN 103138286 A1/1 页1. 一种基于数字技术的三相

3、逆变器装置，该装置接在太阳能电池和电网之间，其特征在于，所述的三相逆变器装置包括三相逆变器、滤波电路、开关、DSP通口、输出同步检测电路，所述的太阳能电池、三相逆变器、滤波电路、开关、电网依次连接，所述的DSP 分别与三相逆变器、开关电路与电网连接 ；通口、输出同步检测电路连接，所述的输出同步检测所述的 DSP 包括 SVPWM 输出电压池动态功率调节模块 ；模块、FFT 电压电流实时测量分析模块和 MPPT 电所述的 SVPWM 输出电压模块用于三相逆变器进行变频输出 ；所述的 FFT 电压电流实时测量分析模块将从三相逆变器中的畸变波形分解成基频分量和各次谐波分量，通过频谱分析各次谐波分量的

4、幅值和相位来描述波形畸变水平 ；所述的 MPPT 电池动态功率调节模块用于调节太阳能电池的最大功率点工作电压。2. 根据权利要求 1 所述的一种基于数字技术的三相逆变器装置，其特征在于，所述的 SVPWM 输出电压模块过程具体如下 ：三相逆变器结构中引入开关状态函数，定义每一桥臂上管开通时为 1，下管开通时为0，通过三相逆变器的6 只开关管，得到8 种开关状态 ：0(000)、1(001)、2(010)、3(011)、4(100)、5(101)、6(110)、7(111)，每种状态对应唯一的输出线电压瞬时值矢量 ；其中有两个状态为零矢量，其余 6 种状态为非零矢量，共分为 6 个扇区 ；三相电

5、压瞬时值用一个以角速度w 2 f 的空间旋转电压矢量 来表示 ；当 遍历圆轨迹时，形成三相瞬时输出电压 ；当 落入某一子扇区后，用该子扇区的两个边界矢量和零矢量去成效果，具体公式如下 ：可得到最佳合设一个开关周期 Ts 内， 按逆时针方向旋转，一个边界矢量作用时间为 Tx，另一边界矢量作用时间为 Ty，零矢量作用时间为 To ；则有 Ts Tx+Ty+To ；根据伏秒平衡原理可得即3. 根据权利要求 1 所述的一种基于数字技术的三相逆变器装置，其特征在于，所述的 MPPT 电池动态功率调节模块用于调节太阳能电池的最大功率点工作电压具体如下 ： 根据光伏阵列的 P-V 曲线是一个单峰曲线，并且最

6、大功率点是峰值，其功率对电压的导数为 0 的特点，在输出功率最大点，功率对电压的导数为零，来寻找最大功率点 ；在功率对电压的导数大于零的区域将最大功率点工作电压增加设定电压调整值，在功率对电压的导数小于零的区域将最大功率点工作电压减去设定电压调整值，在导数等于零时，最大功率点工作电压保持不变。2说明书CN 103138286 A1/4 页一种基于数字技术的三相逆变器装置技术领域0001本发明涉及一种三相逆变器装置，尤其是涉及一种基于数字器装置。技术的三相逆变背景技术0002随着人口的增加的发展，人类对于能源的需求也越来越大，传统的能源储量正在日益枯竭，从而带来了能源短缺的问题。而且，化石的大量

7、使用对人类生存环境造成的危害日益突出，甚至导致，这些已成为世界各国的一个问题。所以，开发利用可再生能源和各种绿色能源是人类必须采取的措施，而从能源供应的诸多因素考虑，太阳能无疑是最符合可持续发展战略的理想的绿色能源。全球能源阳能将成为 21 世纪最重要的能源之一。们认定，太0003 光伏阵列输出特性是具有非线性特征的，其输出电压、电流受太阳光照强度、环境温度等因素影响。在一定的太阳光照强度和环境温度下，光伏阵列可以工作在不同的输出电压下，但只有在某一输出电压值时，光伏阵列的输出的功率能达到最大值，这时光伏阵列的工作点也就达到最大功率点。在光伏发电系统中，提高系统的整体效率的一个重要的途径就是实

8、时调整光伏阵列的工作点，使其始终工作在最大功率点附近。0004 太阳能光伏发电系统通过光伏组件将太阳能转化为直流电能，再通过并网型逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流，并入电网，在将直流电能经逆变转换为交流电能的过程中，会产生大量谐波。谐波的危害主要表现在以下几个方面 ：0005 (1) 对电力系统的影响。谐波使电能的生产、传输和利用效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪音，并使绝缘老化，使用缩短，甚至发生故障或烧毁。0006(2) 造成谐振现象。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，是谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。0007(3) 谐波还会引起继电保护和自动装置误动

9、作，使仪表计量确。0008(4) 谐波对通信系统产生干扰，严重时会使通信系统无法正常工作。发明内容0009本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种精度高、适应性强的基于数字技术的三相逆变器装置。0010本发明的目的可以通过以下技术方案来实现 ：0011一种基于数字技术的三相逆变器装置，该装置接在太阳能电池和电网之间，其特征在于，所述的三相逆变器装置包括三相逆变器、滤波电路、开关、DSP通口、输出同步检测电路，所述的太阳能电池、三相逆变器、滤波电路、开关、电网依次连接，所述的 DSP 分别与三相逆变器、开关检测电路与电网连接 ；通口、输出同步检测电路连接，所述的输出同步0012所

10、述的 DSP 包括 SVPWM 输出电压模块、FFT 电压电流实时测量分析模块和3说明书CN 103138286 A2/4 页MPPT 电池动态功率调节模块 ；0013所述的 SVPWM 输出电压模块用于三相逆变器进行变频输出 ；0014所述的 FFT 电压电流实时测量分析模块将从三相逆变器中的畸变波形分解成基频分量和各次谐波分量，通过频谱分析各次谐波分量的幅值和相位来描述波形畸变水平 ；0015所述的 MPPT 电池动态功率调节模块用于调节太阳能电池的最大功率点工作电压。0016所述的 SVPWM 输出电压模块过程具体如下 ：0017三相逆变器结构中引入开关状态函数，定义每一桥臂上管开通时为

11、 1，下管开通时为 0，通过三相逆变器的 6 只开关管，得到 8 种开关状态 ：0(000)、1(001)、2(010)、3(011)、4(100)、5(101)、6(110)、7(111)，每种状态对应唯一的输出线电压瞬时值矢量 ；其中有两个状态为零矢量，其余 6 种状态为非零矢量，共分为 6 个扇区 ；0018三相电压瞬时值用一个以角速度w 2 f 的空间旋转电压矢量 来表示 ；当 遍历圆轨迹时，形成三相瞬时输出电压 ；当 落入某一子扇区后，用该子扇区的两个边界矢量和零矢量去效果，具体公式如下 ：可得到最0019佳0020设一个开关周期 Ts 内， 按逆时针方向旋转，一个边界矢量作用时间为

12、 Tx，另一边界矢量作用时间为 Ty，零矢量作用时间为 To ；则有 Ts Tx+Ty+To ；根据伏秒平衡原理可得即这就是一般空间电压矢量的公式，其关键在于 Tx、Ty、To 的计算。0021所述的 FFT 电压电流实时测量分析模块将畸变波形分解成基频分量和各次谐波分量，通过频谱分析各次谐波分量的幅值和相位来描述波形畸变水平。0022快速傅里叶变换 FFT 是一种快速有效地计算离散傅立叶变换 DFT 的方法，离散傅里叶变换同时满足以下关系 ：00230024式中在通常情况下，序列x(n) 和它的离散傅里叶变换X(k) 都是复数，0025因此直接计算 DFT 及离散傅里叶逆变换 (Invers

13、e Discrete Fourier Transform，IDFT) 需要N2 次复数乘法和 N(N-1) 次复数加法。由于一次复数乘法要作 4 次实数乘法和 2 次实数加法，一次复数加法要作两次实数加法，所以作一次离散傅里叶变换总共需要作 4N2 次实数乘法和 2N(2N-1) 次实数加法。0026 所述的 MPPT 电池动态功率调节模块用于调节太阳能电池的最大功率点工作电压具体如下 ：0027 根据光伏阵列的 P-V 曲线是一个单峰曲线，并且最大功率点是峰值，其功率对电4说明书CN 103138286 A3/4 页压的导数为 0 的特点，在输出功率最大点，功率对电压的导数为零，来寻找最大功

14、率点 ；在功率对电压的导数大于零的区域将最大功率点工作电压增加设定电压调整值，在功率对电压的导数小于零的区域将最大功率点工作电压减去设定电压调整值，在导数等于零时，最大功率点工作电压保持不变。0028 与现有技术相比，本发明具有以下优点 ：0029(1)32 位高精度三重化 SVPWM 空间矢量策略，提高了系统精度 ；0030(2) 电压、电流实时 FFT 测量分析，快速准确的获得系统运行参数 ；0031(3) 快速二阶微分 MPPT 跟踪算法很好适应了电池组件功率动态变换的特点。附图说明0032图 10033图 2发明的主体结构示意图 ；发明的 MPPT 电池动态功率调节模块流程图。具体实施

15、方式0034下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。0035实施例0036如图 1 所示，一种基于数字技术的三相逆变器装置，该装置接在太阳能电池 7和电网 6 之间，所述的三相逆变器装置包括三相逆变器 1、滤波电路 2、开关 CB、DSP3通口 4、输出同步检测电路 5，所述的太阳能电池 7、三相逆变器 1、滤波电路 2、开关 CB、电网6 依次连接，所述的DSP3 分别与三相逆变器1、开关CB电路 5 连接，所述的输出同步检测电路 5 与电网 6 连接 ；通口4、输出同步检测0037所述的 DSP3 包括 SVPWM 输出电压模块、FFT 电压电流实时测量分析模块和MPPT 电池动态功

16、率调节模块 ；所述的 SVPWM 输出电压模块用于三相逆变器进行的畸变波形分解变频输出 ；所述的 FFT 电压电流实时测量分析模块将从三相逆变器中成基频分量和各次谐波分量，通过频谱分析各次谐波分量的幅值和相位来描述波形畸变水平 ；所述的 MPPT 电池动态功率调节模块用于调节太阳能电池的最大功率点工作电压。0038(1)SVPWM 输出电压模块实现方法0039用 DSP内 2 个有效空间矢量器的空间矢量状态机来实现变频要求时，需要求出在一个调制周期 Ts和 的持续时间Tx 和Ty，以及零矢量的作用时间 To。空间矢量状态机实现变频的关键公式 ：00400041其中x 为每个子扇区逆时针方向的起

17、始边缘矢量，则 x 分别为 0°、60°、120°、180°、240°、300°。可以看出，改变 KV 可以调节输出电压幅值 ；改变 w 可以调节输出电压的频率。并且只要事先建好正弦表，就可以进行编程了。(2)FFT 电压电流实时测量分析模块TMS320F2812 是定点的数字信号处理器，因而在用 TMS320F2812 实现 FFT 时，应考004200435说明书CN 103138286 A4/4 页虑防止中间结果产生溢出的问题。解决这个问题的方法就是对中间数值进行归一化。0044在用 DSP 实现 FFT 时，为了计算方便，一般

18、都把输入归一化表示，即输入的实部和虚部的幅值都小于 1。考虑到大多数情况下是实数序列的 FFT，所以 Pm+1 PRm+URm+j(PIm+UIm)(1)，Qm+1 PRm-URm+j(PIm-UIm)(2)，式 1 和式 2 的最大幅度不超过 2。这样可以在每一级用 2 归一化。运用 DSP的移位特性来实现 2 的归一化，不增加任何运算量。对于 M 级 FFT，输出结果相当于原结果除以 2M(N 2M)。0045(3)MPPT 电池动态功率调节模块0046MPPT 实质是一个自寻优过程，常用的方法有固定电压跟踪法、扰动观测法和导纳微增法。本文采用导纳微增法，首先根据的太阳电池阵列输出电压和功率的变化关系太阳电池阵列当前运行在哪个工作区，然后根据不