一種大功率光伏模擬電源的設計

2.2 控制原理設計

　　如圖4，使用采樣電路分別采集輸出直流電壓Ud及每個(gè)降壓電路電抗器上的輸出電流i₁、i₂、i₃，經(jīng)過(guò)FPGA處理后，送入DSP進(jìn)行運算。DSP按照公式(3)計算生成PV曲線(xiàn)，算出給定的輸出電流i_d*，輸出電流i₁、i₂、i₃相加算出總電流i_d，i_d*與i_d經(jīng)過(guò)PI運算，算出脈沖占空比給定到IGBT模塊驅動(dòng)電路，完成閉環(huán)控制。其中控制每個(gè)IGBT下管都不導通，上管每個(gè)控制周期內輪流導通。這樣可以減小輸出電壓的紋波。

2.3 算法和軟件實(shí)現

　　根據光伏電池的U-I特性和光伏模擬電源的自身參數，按照公式(3)，整理得電流給定Id*：

(5)

(6)

　　其中，

　　根據公式(5)和公式(6)繪出如圖6所示，光伏特性模擬框圖。powE為指數函數e^x。

　　如圖7所示，將算出給定電流Id*和Id(輸出電流i1、i2和i3相加的總電流)，使輸出電流Id按照給定電流Id*進(jìn)行PI調節，生成脈沖調節所需的給定UDR。再經(jīng)過(guò)軟啟動(dòng)過(guò)程，對母線(xiàn)電容進(jìn)行充電，完成輸出直流電壓的過(guò)程。

　　將經(jīng)過(guò)DSP計算后的給定UDR輸出到FPGA中的脈沖生成模塊中。該脈沖生成模塊，是采用三角載波與給定數值進(jìn)行比較的方式實(shí)現的。三個(gè)三角載波的起始位置，分別在同一個(gè)控制周期的0時(shí)刻、1/3T時(shí)刻、2/3T時(shí)刻，這樣就可以實(shí)現生成PWM脈沖輪流控制，如圖8所示。

　　當給定數值小于三角載波時(shí)，該處脈沖即為高電平，三個(gè)三角載波分別和給定進(jìn)行比較生成波形。IGBT功率模塊G1上管的PWM脈沖波形，如圖8中的曲線(xiàn)2所示; G2波形如圖8中的曲線(xiàn)3所示; G3波形如圖8中的曲線(xiàn)4所示?？梢钥闯?，G1，G2，G3為輪流導通，這樣可以減小IGBT的開(kāi)關(guān)損耗及輸出電壓的紋波。

3 試驗驗證

　　采用該設計原理研發(fā)的500kW光伏模擬電源由柜體、外置變壓器、顯示液晶屏等部分組成。如圖9，左側為光伏模擬電源柜體，右側為光伏模擬電源運行時(shí)液晶屏顯示主界面。柜體包括整流柜和調制柜，整流柜主要完成交流電壓到直流電壓的整流功能;調制柜主要實(shí)現直流輸出電壓按照光伏特性曲線(xiàn)變化。柜內關(guān)鍵元器件都采用國內外知名廠(chǎng)家產(chǎn)品，可靠耐用。該光伏模擬電源最大可模擬的光伏電池開(kāi)路電壓為1000VDC，最大功率為500kW。同時(shí)可以根據用戶(hù)的要求修改光伏特性曲線(xiàn)的參數，模擬不同光照及溫度變化等環(huán)境變化情況。并且該光伏模擬電源有電網(wǎng)過(guò)壓、直流過(guò)壓和欠壓、電流過(guò)流、IGBT驅動(dòng)故障等各種故障保護，可以保證電源的安全使用，也可以保證被測逆變器的安全。

　　通過(guò)調試測試，記錄光伏模擬電源單個(gè)橋臂IGBT上管壓降和電流的波形，如圖10所示。綠色波形為IGBT模塊上管壓降，黃色為該橋臂電流波形。輸出電壓經(jīng)過(guò)電容濾波后，通過(guò)一個(gè)保護二極管后接到被測光伏逆變器。

4 結論

　　基于該設計方法研發(fā)的光伏模擬電源可以按照光伏特性曲線(xiàn)運行，對500kW及以下功率等級的光伏逆變器完成MPPT功能測試，同時(shí)可以提供逆變器所需的直流供電，對逆變器進(jìn)行功率測試。為大功率光伏逆變器的研發(fā)提供了試驗平臺，也為光伏逆變器產(chǎn)業(yè)化提供了出廠(chǎng)測試平臺。

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本文來(lái)源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第3期第35頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。