一千瓦容量单相网结光伏逆变器设计与实现

一千瓦容量单相网结光伏逆变器设计与实现Saurav DAS 工程与计算机科学学院孟加拉独立大学达卡，孟加拉国电子邮件 saurav.iubiangmail.com摘要一一千瓦容量单相网结的实现光伏逆变器。 拟议的设计和仿真这一制度的过程是在 PSIM仿真环境。 这个选择软件 PSIM的原因是， 它提供了太阳能模块设备。单相并网逆变器的设计一些特殊类型的考虑， 如参考电压创建同步逆变器输出与电网， PWM（脉冲宽度调制）信号的创建参考和三角波，设计和模拟精确。根据脉宽调制脉冲， 太阳能电池模块所提供的直流电压是由使用单相桥切换逆变电路。滤波和匹配逆变器的交流输出波的幅度和频率与电网， 这是交流电源用隔离变压器给电网。 所有的这些逆变器的基本准则， 在该逆变器中得到满足设计。 在分析了模拟输出的硬件还实施原型。根据硬件原型对参考信号， PIC18F4431 单片机用于脉冲的产生。这些脉宽调制脉冲作为开关控制脉冲 IGBT（绝缘栅双极型晶体管） 。关键词并网 , 光伏逆变器 ,PWM， MPPT。一 引言现在我们生活在一个几乎所有的现代的时代是由电能运行。 为了更大的工业化和人口增长的能源需求率正在增加一天一天。在国际能源前景 2009 的美国能源信息管理局，预测率发电的全球电力将增加至 23.22015 万亿千瓦时，并在未来五年它将增加到 31 兆 8000 亿千瓦时。 传统的电燃烧化石燃料， 如煤， 天然气，石油是无法为了满足这种快速增长的电力需求。 这个原因是这些化石燃料被视为自然资源它的数量是非常有限的， 并且是减少的一天天。 另一边燃烧化石燃料放出有毒气体像二氧化碳一样对我们的健康有害环境。 经济和环境适宜解决能源需求的解决方案是可再生能源在所有形式的可再生能源， 如太阳能能源， 风能， 生物质能，潮汐能，能源从稻壳，太阳能的普及是增加。满足能源需求，确保适当的利用能源，光伏逆变器是一个很好的解决方案。 “光伏”一词意味着转换光电能。获得电能太阳能，光伏（光伏）模块使用。这个以这种方式产生的能量是直流电源。但要转换直流电源的交流电源，逆变器的使用。有两逆变器的类型。一个是独立的， 另一种是并网。 独立逆变器主要用于农村在这些领域中的电力是不可用。 大容量电池是用来储存能量的由太阳能电池板生产。 另一方面网格连接的逆变器是安装在该类型的领域网格是可用的， 是能够接受来自光伏系统并网逆变器转换电压的交流电源的直流电源幅度， 相位和频率是完全相同的网格的提供交流电源。 在这个网格领带光伏系统光伏组件的成本是一个重要的组成部分。 调查报告的 iea-pvps ，平均在 2011 每瓦的光伏组件的价格为 1.38 美元。 2012 每瓦的光伏组件的平均价格降低到 1.16 美元，这表明减少成本约 15.9。在一些国家，在 2012 年底的平均价格每瓦的光伏模块，低于 0.6 美元。由于对降低光伏组件的价格，获得阳光，不燃料成本，低维护成本，可靠性，提供噪音和无污染环境 2010 以上 78世界市场是为这种类型的应用程序，这是与并网光伏逆变器系统有关的。二 系统概述并网光伏逆变器系统概述如图所示 1。图 1 并网逆变器系统框图这个系统的目的是转换的直流输入电压这是收集到的太阳能电池板， 到交流输出电压的大小和频率必须是相同的作为国家电网的交流电压供应。 得到的所需的幅度和频率的交流输出电压，这系统采用 SPWM（正弦脉宽调制）技术。这是显图 1 中， 由于系统并网光伏逆变器， 电网提供的正弦电压应采取连续作为参考信号， 而三角信号也产生了 “控制和门驱动电路。 这里的三角信号作用类似载体信号。单相逆变器四开关脉宽调制信号是必要的。 “控制和栅极驱动电路”产生的四所需的开关脉宽调制比较的参考载波信号。 “电源开关” 单元由四个 IGBT（绝缘栅双极型晶体管） ，该开关直流从太阳能电池板的输入电压，根据四开关脉宽调制。开关后，逆变器的输出电压频率高于所需频率，所以它需要过滤。低通滤波器必须设计这样的方式， 输出交流正弦波将是相同的幅度和相同的频率作为网格的提供交流波。 该逆变器的输出功率将被给予电网用隔离变压器。 隔离变压器是用来保护电路， 通过提供隔离并网逆变器。 因为太阳能电池板给直流电源是天气依赖， 逆变器的输出电压水平可能波动。 所以如果输出电压水平逆变器低于电网提供的电压水平， 隔离变压器将升压逆变器的输出电压然后将给电网供电。 以这种方式，它是可能的保持逆变器的输出交流电压水平固定。图 2 PSIM 仿真软件设计电路三 电网并网逆变设计该系统设计为 1kW并网容量光伏逆变器是显示在图。 描述该系统给出如图 2所示。A 参考信号的创建SPWM信号的产生需要两信号。一个是参考信号和其它载波信号。这个目标项目是向电网提供电源， 这样的参考需要的信号是国家电网提供的正弦交流信号。虽然电网提供的交流电压水平很高（ 220Vrms）所以下一步变压器是用来降低电网的电压。该降压变压器将 220Vrms交流正弦波至 0 度和 180 度相移的 2.5V 交流正弦波作为参考信号 SPWM信号产生电路。B SPWM信号产生电路图 3 显示创建四 SPWM电路设计信号。降压变压器输出（ 0 度和 180 度相移正弦波）是输入的一种这两个比较器的信号。 20 千赫三角波频率，作为载波，这是常用的输入这两个比较器。比较器将创建通过比较这两个输入信号 SPWM信号 . 图 3 SPWM信号产生电路C全桥逆变电路图 4 显示单相全桥电路的设计逆变器。 它由四个 IGBT。 输入电压出现在加载时，T1 和 IGBT的同时打开。以同样的方式，如果 igbt4 IGBT3和打开在负载两端的电压将被反转 [5] ， 在这里这四 IGBT开关作为直升机。 选择的理由 IGBT斩波器，它具有切割能力最大 600V直流。图 4 全桥逆变电路D太阳能电池组件的输出功率这个项目的目的是给 1KW交流电源的网格。 提供 1KW交流电源的输入功率逆变器还必须有直流功率 1KW。通过使用太阳能模块（物理模型）提供的 PSIM事业软件， 可以方便地测量最大输出功率所设计的太阳能系统， 这也被称为最大功率点跟踪系统。 太阳能模块的默认参数通过 PSIM提供完全按照太阳的配置 msx-60从 BP太阳能模块。光强度和温度基准是在标准试验条件 [ 6 ] 。所考虑的太阳能模块的参数 1kW直流电源逆变器是显示在表 1。表一太阳能电池组件的参数E低通滤波器设计SPWM技术的优点是，通过使用这种技术在下面的谐波（不必要的频率波）从开关频率的水平， 可以删除。 开关频率主要是载波的频率波。 较高的开关频率表明将创建高速度的脉宽调制脉冲。 因此， 消除低于开关频率的谐波。 剩余的谐波大于开关频率可以很容易地通过一个低通 LC切除滤波器。 这种低通 LC滤波器之间插入逆变器输出负载。在电容器（碳）保持在并联和电感器（升）仍然在串联连接负载。 占主导地位的谐波被阻塞的电感器和电容器作为第 n 个容易的道路次谐波纹波电流 [7] ， 在该系统中所考虑的值对于载波为 20 千赫。 考虑电容值为0.22 ，电感值计算下面这个公式fc 12π LC （ 1）在（ 1）的“ fc ”表示的截止频率，这是 20 千赫对于这个建议的系统。把所有这些值电感值的计算 0.2878mh大约 0.3mh。在软件仿真中发现增加电感值，给出无谐波输出。 考虑 3MH仍没有在所有的谐波。 表第二显示了所考虑的参数的电感和电容和相应的 THD（总谐波失真）率。表二考虑电感和电容参数F 隔离变压器该系统还使用了隔离变压器设计。 为了确保安全， 它提供了隔离逆变器与电网。 另一个重要的考虑因素是太阳系虽然依赖于阳光， 但这是依赖于天气的逆变器的输出电压将波动。 但在电网的逆变器的电源供应输出电压等级必须高于电网的提供电压等级。在这个建议的系统，逆变器输出电压水平走在 225v 利用升压变压器。通过它确保，逆变器输出功率将给电网。四 模拟输出模拟输出的这建议逆变器设计是现在给下A. SPWM信号的产生图 5 SPWM信号的正弦和三角波B. 直流输出电压和直流输出电流太阳能模块图 6 输出直流电压的太阳能电池模块图 7 太阳能电池组件的输出直流电流图 6 显示了太阳能电池组件的输出直流电压。 这模拟输出显示约 0.3 秒后输出电压水平趋于稳定。图 7 显示输出太阳能电池组件的直流电流。C. 开关逆变器输出后图 8 无需滤波的逆变器输出图 9 FFT（快速傅里叶变换）分析，逆变器的无过滤输出图 8 显示变频器输出切换后阶段。 FFT分析显示图显示，切换后的逆变器的输出由谐波，这是高于开关频率。D. 逆变器输出滤波后图 10 滤波后的逆变器输出电压图 11 滤波后的逆变器输出电流图 12 FFT 分析滤波逆变器输出电流后图 12 显示低通滤波器去除铝谐波。只有将 50Hz频率的剩余。E. 与网格连接图 13 电源电压、逆变器的输出电压和电流都在同相位图 13 显示，逆变器与电网的连接后，国家电网的供电电压水平和逆变器的输出电压、 电流电平都处于同一阶段。 这个逆变器的输出频率电平也与网格提供的正弦波。五 仿真结果分析在与电网连接前后的性能此建议逆变器的分析，给出如下表三在并网逆变器的性能表四在与电网连接后的逆变器性能六 实际执行还实现了该系统的硬件原型。图 14 该系统的硬件原型图 15 该系统硬件原型的输出七 结论设计、仿真和 1kW的实施容量单相并网光伏逆变器已描述。仿真结果表明，在低通滤波器设计总谐波失真率将如果电感值降低同时增加。 的幅度， 频率和硬件原型的正弦输出匹配阶段用电网提供的交流正弦波。在硬件原型 PIC18F4431单片机用于发电脉宽调制脉冲。 PIC16F676单片机与继电器也被用于确保安全。但尽管仍有一些小的失真在硬件原型的输出， 这个系统的原型是没有连接的网格。进一步修改这个硬件原型将使它能够给电网供电。引用[ 1 ] 沙弗丁仓马斯里潭黄光， “并网光伏住宅应用变频器， “现代应用科学，第5 卷，第 200， 2011 八月。[ 2 ] M. gohul ， T. Jayachandran ， a.mohamed赛义德阿里， t.g.raju ， n.santhosh 库马尔， m.r.saravanan ， “一种新的用于电网并网逆变器的设计互动式太阳能光伏发电的一个创新选择“节能与安全” ，国际杂志电子与通信技术（ iject ） ，2， p.161 ，九月 2011。[ 3 ] （ 2013）光伏应用趋势。选定的调查报告 IEA 国家 1992 和 2012 之间。国际 能 源 机 构 光 伏 发 电 系 统 ， iea-pvps t1-232013 。 [ 在 线 ] 。 可 用 http//www.iea-pvps.org/ [ 4 ] 白露晓， faete Filho ，列昂 M托尔伯特， “单相级联 H无功功率补偿桥多电平逆变器光伏并网发电” ， 在处理。 能量转换会议和展览 （ ECCE） ， IEEE 2011，凤凰城，亚利桑那州， P.2733、书号 978-1-4577-0542-7 。[ 5 ] M. H.拉希德， “电力电子电路， 设备和应用程序” ， 第三版， Prentice Hall ，2007， 6 章， 232 页。[ 6 ] PSIM 教程。如何利用太阳能模块物理模型， inc.www.powersimtech.com模型。[ 7 ] karthika N ，散贾丽， umamaheswari R”性能分析用于可再生能源的多电平逆变器直流母线开关资源 “ ijitee ， 可能 2013， 刊号 2278-3075， volume-2 ，问题 6、 1988。