獨立／并網(wǎng)雙工模式光伏逆變系統的設計

MOD_SEL為模式選擇信號，由單片機控制，REF_SIN為參考正弦信號，由單片機給定，EA_OUT為誤差信號，Io_SENSE為輸出電流反饋信號，Uo_SENSE為輸出電壓反饋信號。R7～R10，C4，C5和運放U1構成逆變系統并網(wǎng)工作時(shí)的反饋控制電路，R11～R15，C7，C8和運放U2構成逆變系統獨立工作時(shí)的反饋控制電路。
該部分電路工作原理為：①當MOD_SEL=1時(shí)，VQ1導通，A=B=0，C=0，則通道ax，bx打開(kāi)。REF_SIN由a端輸入，ax端輸出，與電壓反饋信號VC_SENSE作比較。經(jīng)圖中所示運放電路調理后的信號從bx端輸入，b端輸出，該信號為EA_OUT。此時(shí)為獨立運行模式；②當MOD_SEL=0時(shí)，VQ1關(guān)斷，A=B=1，C=0，則通道ay，by打開(kāi)。REF_SIN由a端輸入，ay端輸出，與電流反饋信號IL_SENSE作比較。經(jīng)圖中所示運放電路調理后的信號從by端輸入，b端輸出，該信號為EA_OUT。此時(shí)為并網(wǎng)運行模式。

4 設計實(shí)例與實(shí)驗結果
此處設計了一個(gè)1 kW的光伏逆變系統。采用圖1所示拓撲，主要參數為：輸入電壓35～75 V，輸出電壓220 V，輸出電壓頻率50 Hz，直流母線(xiàn)電壓400V，輸出功率1 kW，變壓器初次級匝數比8：96，隔直電容88μF，濾波電感分別為3．3 mH和1．2 mH，濾波電容分別為600 μF和2．2μF。
系統采用AVR單片機ATMEGA64作為主控芯片。DC／DC部分VT1～VT4采用IXFK180N10型MOSFET管，VD1～VD4采用MUR8120型快恢復二極管，開(kāi)關(guān)頻率f=62．5 kHz，高頻變壓器磁芯采用PQ50／50，使用絲包線(xiàn)繞制。DC／AC部分VT5～VT8采用47N60C3型MOSFET管，f=32 kHz。

為驗證工作原理，用示波器進(jìn)行檢測。圖6a為輸出濾波前高頻調制電壓波形?？梢?jiàn)，電壓幅值約350 V，頻率50 Hz。圖6b為獨立逆變模式下，逆變器帶電阻性負載工作波形?？梢?jiàn)，逆變器可輸出理想的220 V／50 Hz正弦電壓，在帶負載時(shí)，仍能保持良好正弦性。經(jīng)實(shí)測，滿(mǎn)負載輸出時(shí)電壓THD≤3％，滿(mǎn)足要求。圖6c為并網(wǎng)逆變模式下，逆變器工作波形?？梢?jiàn)，逆變器輸出4．5 A／50 Hz正弦電流，且電流相位稍微滯后于電網(wǎng)電壓，因為MCU的數據處理耗費了一定時(shí)間。忽略這一點(diǎn)，輸出電流與電網(wǎng)電壓基本同頻同相。經(jīng)實(shí)測，額定功率輸出時(shí)電流THD≤5％，滿(mǎn)足要求。

5 結論
此處針對光伏逆變系統，提出一種獨立／并網(wǎng)雙工模式逆變系統，分析了逆變器拓撲結構及控制原理，采用前饋控制進(jìn)行改進(jìn)，提出一種用于切換兩種工作模式的方法，并研制一臺實(shí)驗樣機驗證可行性。結果表明該方案研制的逆變系統工作穩定，運行可靠，可分別工作于獨立、并網(wǎng)兩種模式，且能自由切換。系統具有良好的應用前景。