小功率光伏并网逆变器

１１２ ｜ 电气时代 ２００６ 年第 ３ 期EA产品与技术 系统 ＆ 装置我 国正处在经济转轨和蓬勃发展期 主要体现在 温室效应 大规模地开发利用可再生洁净能源 利用经济因此太阳能的利用越来越受到人们的广泛重视 它将太阳能电池板产生的直流电直接转换为２２０ Ｖ／５０ Ｈｚ的工频正弦交流电输出至电网系 统 结 构太阳能光伏并网逆变装置的主原理图如图 １ 所示太阳能电池板输出的额定电压为 ５０ＤＣ 变换器被转换为 ４００ Ｖ 直流电５０ Ｈｚ 的交流电５０ Ｈｚ 正弦电流与电网的相电压同步 两部分采用同一个控制芯片 ＴＭＳ３２０Ｆ２４０ 作为控制芯片进行协调控制因为此系统是设计为小功率并网应用 只有 ５０ 不便于直接进行逆变并网整个变换器分为两级光伏并网逆变器的控制方法Ｄ Ｃ下面重点分析此逆变器的控制原理可用矢量进行计算对于光伏并网逆变器的输入端Ｕ Ｓ Ｒ ＳＵ Ｘ 电网基波电压幅值在网压 ｕ Ｎ（ ｔ ） 为一定的情况下改变 ｕ Ｓ（ ｔ ） 的幅值和相位ＰＷＭ 整流器输入侧存在一个矢量三角形关系 通常可以忽略不计即公式（２）小功率光伏并网逆变器文 ／ 北京交通大学电气工程学院 王守仁 金新民 杨海柱该光伏并网逆变器由 ＤＣ ＡＣ 变换器两部分组成５０ Ｈｚ 交流电压输出电流为正弦波形ＬＩ ＮＲ ｓＬＩ ＮＵ ＮＩ Ｎ（ ａ ） （ ｂ ）图１ 主电路拓朴Ｌ １ Ｖ １Ｖ Ｔ ＣＶ Ｔ ３Ｖ Ｔ ４Ｖ ５Ｖ Ｔ ５Ｖ Ｔ ６Ｖ ６ Ｖ８Ｕ ｓＶ ７Ｉ ＮＬ ２Ｕ Ｎ２２０ Ｖ／５０ Ｈｚ太阳能电池阵列电气时代 ２００６ 年第 ３ 期 ｜ １１３EA产品与技术系统 ＆ 装置ｕＳ（ ｔ ）即可推导出公式（３）ｕ Ｓ（ ｔ ） ｉ Ｎ（ ｔ ） ］ （３）式中 Ｌ ／ Ｔ Ｃ从该模型即可以得到本系统所采用的图 ３ 所示的控制框图２．控制框图图３所示的控制框图中参考电压 Ｕ ｒｅｆ 与光伏电池实际输出电压 Ｕ ｄｃ 相比较后 再与正弦波形相乘得到正弦指令 ｉ Ｎ ＊ （ ｔ ）误差经 Ｐ 调节后得到的值（物理意义上就相当于逆变器输出侧电感上产生的电压）与网压 ｕ Ｎ（ ｔ ） 相加得到的波形与三角波比较 这样就实现了光伏电池输出电压基本工作在 Ｕ ｒｅｆ 附近光伏并网系统的设计１．ＤＣＤＣ 变换器的逆变电路可选择的型式有半桥式考虑到输入电压较低输出电压太低因此这里采用结构简单它将太阳能电池板输出 ５０ＤＣ 变换器输出电压的稳定该误差电压经比例积分 ＰＩ 调节后控制 ＤＳＰ 的 ＥＶ 事件管理器的一路比较输出的占空比控制Ｂｏｏｓｔ电路的开关管Ｖ的导通和关断进行斩波升压电感电流 ｉ Ｌ１ 流过二极管 Ｖ １ 直接给电容充电 ｕ ｃ 上升当 Ｖ 导通时输入电压给电感充电电容通过续流二极管 Ｖ １ 续流１／（１２．ＤＣＡＣ 变换器的主电路采用全桥式结构它将４００ Ｖ的直流电转换成为 ２２０ Ｖ 图 ４ 为光伏逆变器的结构框图同相首先要产生同步信号整形产生同步方波信号捕捉电网电压的过零点便产生同步中断 正弦指针复位到零 正弦指针加 １因此在软件上还要加入滤波程序 正弦表指针同网压同步形成幅值可调的正弦电流指令 Ｉ ｒｅｆ这样就实现了输出电流与网压同频Ｕ 特性和 Ｉ ｂ 所示因此最大功率点的跟踪实际上是一个自寻优过程ＡＣ变换器的控制框图Ｄ ＣＵ 特 性Ｉ ／Ａ３２１５０ １００ Ｕ ／Ｖ（ｂ） Ｉｉ ＊ Ｎ（ ｔ ）ｔ ）Ｐ Ｗ Ｍ产生Ｐ 调节ＰＩ 调节１１４ ｜ 电气时代 ２００６ 年第 ３ 期EA产品与技术 系统 ＆ 装置光伏电池的输出电压 Ｕ ｄｃ 都能实时地保持相应的最大功率点所对应的电压值通过对光伏电池当前输出电压与电流的检测舍小存大便可使光伏电池动态地工作在最大功率点上具体实现方法如图７ 软件框图所示试 验 结 果根据以上控制原理方案因为输出电流较小输入电压为 ５０ 图 ６ 为使用电能质量分析仪得到的一组并网试验波形功率因数为 ０．９７ 从波形图可以看出并网电流与网压同频 误差很图６ 并网电压与电流波形图７ 最大功率点实现框图开始检测光伏电池输出电压电流计算输出功率Ｐ （ｋ）检测光伏电池输出电压电流Ｐ （ｋ）１） １）Ｖ ａ （ ｋ ） Ｖａ （ ｋ ） Ｖ ａ （ ｋ ） ＶＵ ｒｃｆ（ ｋ ） ａ （ ｋ ）ＮＮ ＹＮＹＹ小 实现了并网电流与网压同频使输出功率因数接近 １使系统具有很好的动态响应 充分利用能源通过实验证明该控制方法的正确性并已使系统工作稳定可靠２００５．０７．２２）（上接第１１１页）制的需要程序就从串行口发出响应的命令字符串该按钮上方的反馈信号指示灯就会由红色变成绿色表示通信成功 写出成功遇到了两个主要问题二是在远程控制调试时出现了远程控制和监视争夺串行口的问题经过反复试验解决了问题大大提高了工人的操作效果还可以实现远程操作可靠性和可维护性２００５．１１．１５）