单相光伏并网微型逆变器的研究_周敏敏(1)

教育教学论坛EDUCATION TEACHING FORUM2014 年 11 月第 48 期Nov.2014NO.48一 、 整 体 设 计本 文从硬件 设 计 上 提 出 更 加 贴 合 实 际运 用 的 硬件 拓 扑 和 参 数 设 计 ， 使 整 个 系 统 更 加 稳 定 可 靠 ， 整 个发 电 系 统 更 加 安 全 有 效 ； 从软件 设 计 角 度 分 析 整 个 光伏 并 网微 型 逆 变 器 的 可行 性 ， 使 设 计 在一个 严 谨 可 靠的 计 划 中 执 行 ； 最 终 ， 设 计 一 套 基 于 飞 思 卡 尔MC56F8013的 太 阳 能 光 伏 并 网微 型 逆 变 器 ， 采 用 两 级设 计结 构 ， 前 级采 用 上 下交 错 反 激 电路 ， 利用一个 独立 的 SPWM波 控 制 器 实 现 升 压 和 MPPT控 制； 后 级采 用正 弦 翻 转 电路 ， 实 现 并 网 功 能 。 并 网微 型 逆 变 器 的 控制 策 略 采 用 电 流 内环 和 电 压 外 环 的 控 制方 式 ， 实 现 对电网电 压同 频 同 相 的 跟踪 。 搭 建 了 实 验 环境 进 行 实 验测 试 和实 验结 果 分 析 ， 实 验结 果 验 证 了 设 计 的并 网 逆变 器 的 可行 性 。1.硬件 设 计 。 为实 现 光 伏 并 网 单 相 微 型 逆 变 器 的宽 范 围 电 压 输 入， 采 用 两 级 拓 扑 结 构 ， 前 级采 用 上 下交 错 反 激 拓 扑 结 构 ， 将 太 阳 能 光 伏 组 件 输 出 的 低 电 压提 升 至 逆 变 器 逆 变 所 需 的 直 流 高 压 ， 产 生 与 电网 同 频同 相 的 正 弦 半 波 ， 同 时在 前 级 中 实 现 最 大 功 率 点 跟踪 ， 实 现 太 阳 能 光 伏 系 统 的 最 大 能量 输 出 。 后 级采 用全 桥 逆 变 电路 ， 以 两 倍 工 频 的 开 关 频 率折 叠 正 弦 半波 ， 实 现 正 弦 半 波 到 正 弦 全 波 的 电路 翻 转 ， 同 时 将 逆变 器 输 出 的 电 能 并入到 电网 中 。 光 伏 并 网 单 相 微 型 逆变 器 的设 计参 数 为 ： 电网电 压 范 围 ： 210 VAC~264VAC； 标 称 输 出 电 压 ： 230VAC； 电网 频 率 范 围 ： 47 ~53Hz； 标 称 输 出 频 率 ： 50HZ； 输 入 电 压 范 围 ： 210VAC~264 VAC； 最 大 输 出 功 率 ： 185W； 标 称 输 出 电 流 ：0.8A； 功 率 因 数 ： >0.95； 总 谐 波 失 真 ： <5%； 最 高 效 率 ：95%。2.软件 设 计 。 整 个 光 伏 发 电 并 网微 型 逆 变 器 的 系统 算 法 框 图 如 图 1所 示 。单相光伏 并 网 微型 逆 变 器 的研究周 敏敏（ 浙 江 工 业 职 业 技 术 学院， 浙 江 绍 兴 312000）摘要 ： 太 阳 能 光 伏 并 网 微 型 逆 变 器 作 为 优 化 光 伏 发 电 效 率 和 更 智 能 化 的 设 备 ， 现 在 已经 得 到了光大光 伏电 站 的 青 睐 ， 传统 的光 伏 并 网 逆 变 器 架 构 连 接 方 式 是通过 组 件 串 并 联 组 成 光 伏阵列 后 连 接 大 功 率 并 网 逆 变器 ， 存 在 当 有 阴 影 时 组 件 和 逆 变 器 功 率 不 匹配 、 工作 温 度高、 寿 命 不长 、 监控 能 力 有 限 等 问题 。光 伏 并 网 微 型 逆变 器 是 为 解 决 上 述 问题 而 提出来的。 其 独特 的 架 构 使 太 阳 能 光 伏 并 网 微 型 逆 变 器 具 有 可以 模 块 化 设 计 、 即 插即 用 、 安 装 方 便 、 扩 展 方 便 的 优 点 。关键词： 并 网 ； 微 型 逆 变 器 ； 光 伏 ； 最 大 功 率 点 追踪中图分类号： G712 文献标志码： A 文章编号： 1674-9324（ 2014） 48-0210-02图 1 系统 算 法 框 图210- -教育教学论坛EDUCATION TEACHING FORUM2014 年 11 月第 48 期Nov.2014NO.48光 伏 并 网微 型 逆 变 器 前 级 反 激 电路 中 ， 反 激 开 关管使用 PWM波 正 弦 调 制 ， 将 光 伏 组 件 能量 传 送 到并 网逆 变 器 的 输 出 电 容 上 ， 光 伏 并 网微 型 逆 变 器 的 最 终输出 电 流 波 形 是 通过 电 流 控 制环 来 控 制 的 。3.测 试 初 始 条件 设 置 。 太 阳 能 光 伏 并 网微 型 逆 变器 并 网 实 验 中 ， 标 准 光 伏 组 件 ， 在 标 准 测 试 条件（ STC） ： 太 阳 能 辐 射 通 量 1000W/m2， 大 气 参 数 1.5， 组 件温 度 25℃ 下 ， JTM190- 72M光 伏 组 件 电 性能 参 数 ： 峰 值功 率 （ Pmax） ： 190W； 峰 值 工 作 电 压 （ Vmpp） ： 36.5V； 峰值 工 作 电 流 （ Impp） ： 5.2V； 开 路电 压 （ Voc） ： 43.8V； 短路电 流 （ Isc） ： 5.83； 组 件 效 率 ： 14.9%； 功 率偏 差 （ 正 ） ：+5%。 公 共 电网 作为 太 阳 能 光 伏 发 电 系 统 的 负 载 接 入光 伏 并 网微 型 逆 变 器 的 输 出 端 。 示 波 器 探 头 的 开 关 设定为 1X。4.测 试 结 果 及 其 分 析 。 太 阳 能 光 伏 并 网微 型 逆 变器 并入 公 共 电网 后 ， 在 输 出 端 可 检 测 到 交 流 电 流 和 交流 电 压 状 况 ， 这 两 个 波 形 是经 过 缩 放 电路 后 的 输 出 波形 。 检 测 到的 输 出 交 流 电 流 如 图 2所 示 ， 电网电 压 检 测结 果 如 图 3所 示 。由 波 形 可 以 看出 光 伏 并 网微 型 逆 变 器 已 能够 实图 3 电 网 电 压 波 形 图图 2 交流 电 流 检 测 波 形现 逆 变 功 能 ， 但 可 以 看 到 输 出 波 形谐 波 较 大 。 在 电网跟 随 上 输 出 电 基 本 跟 随 电网 。 由 电 力 质 量分 析 仪 得 出逆 变 输 出 的 电 压 THD值 在 3%左右 ， 所 以还是满 足 THD小 于 5%的要求 。 全 桥 逆 变 电路 中 ， 需 要对 反 激 变换 后的 正 弦 输 出 电 流 进 行 换 相处 理 ， 使 正 弦 半 波 转换 成 与电网 同 频 同 相 的 交 流 电 ， 并入 电网 后 ， 在 处 理 波 形 是要注意 零 点 出 的 畸 形 ， 较 小 畸 形 使得 其并 网 动 作对 电网 的 影响 降 到 最 低 。 使用 功 率 分 析 仪 测 得 数据 为 ：输 入 功 率 W： 101， 123， 146， 158；输 出 电 压 V： 220.6 9， 220.09， 220.45， 220.15；输 出 电 流 A： 0.403， 0.548， 0.599， 0.653；效 率 ： 0.880， 0.892， 0.904， 0.910；THD%： 3.32， 3.40， 3.23， 3.32。 并 网 测 试 结 果 及 存在 的问题： ① 测 试获 得 此 光 伏 并 网微 型 逆 变 器 的 效 率 为84%~93%， 在 PV 板 功 率 高 时 效 率 也 较 高， 反 之 则 较差 ， 预 期 设 计 目 标 最 大 效 率 是 95%， 和设 计 目 标 存在一 定 距 离 。 ② 在 控 制 上 MPPT效 果 比 较理 想 ， 在 PV板 被遮 挡 出 现 阴 影 时 ， 系 统 能 快 速 跟踪 ， 使得 功 率 改 变 小 。③ 在 输 出 端 的 电 流 波 形 不够理 想 ， 电 能 质 量分 析 仪 显示 THD在 3%以 上 ， 在 电 流 控 制 上 还 需 要进 一 步 研 究 以降 低 电 流 纹 波 ， 但是 符 合 预 期 设 计 目 标 THD要 控 制 在5%以 内 。 ④ 在 负 载 平 衡 输 出中可 以 看 到 两 个 控 制 信号 差异 较 大， 在 软件 的 计 算 上 需 要进 一 步 改 进 。二 、 结语本 文 选 用 电 压 型高 频 链 微 型 逆 变 器 进 行 电路 设计 ， 硬件 电路 包括主 电路 设 计 、 驱 动 电路 设 计 、 保 护 电路 设 计 、 检 测 电路 设 计 、 辅 助 电 源 电路 设 计 ， 并对 变 压器 和 关 键 器 件 进 行 选 型 。 分 析 了 光 伏 并 网微 型 逆 变 器的 软件 整 体 架 构 ， 分 析 了 DC/DC反 激 变换 电路 占 空 比D的 构 成 部分 ， 着重 分 析 了 逆 变 器 的 状态 机 部分 ， 通过不 同 工 作 模式 之间 的 切 换 ，实 现 逆 变 器 的 正 常工 作，同 时 也 分 析 锁 相 环 程 序 ， 计 算 相 位 时 加 入 了分 数角 累积 的 值 ， 旨 在 将 在一 段 时间 内 忽 略的 误 差 计 入 相 位 计算 中 ， 以 此 优 化 跟 随 效 果 。 并对 搭 建 出 的 硬件 平 台 进行 实 验 测 试 ， 包括 并 网 后 的 电网电 压 ， 交 错 反 激 电 流波 形 ， 驱 动 信 号 等 测 试 。 结 果 表 明 都 能 实 现 太 阳 能 光伏 并 网微 型 逆 变 器 的 基 本 功 能 。211- -