光伏并網(wǎng)發(fā)電系統的研究與設計

1 引言

　　本文針對戶(hù)用光伏發(fā)電系統的特點(diǎn)和要求進(jìn)行了系統的研究與設計。將獨立逆變與并網(wǎng)逆變相結合，使系統既可以工作在獨立逆變狀態(tài)， 將儲存在蓄電池組中的能量直接逆變?yōu)檎医涣麟姙樨撦d供電， 也可以工作在并網(wǎng)逆變狀態(tài)， 將太陽(yáng)能量直接回饋到電網(wǎng)或者將儲存在蓄電池中的多余能量回饋到電網(wǎng)。系統采用32位DSP芯片TMS320F2812構成控制核心，利用單片機PIC16F877A構成系統的人機界面。設計的系統具有完善的保護功能、鍵盤(pán)通訊和液晶顯示功能， 為家庭使用提供了方便。實(shí)驗結果驗證了方案的可行性，本文針對獨立與并網(wǎng)的雙重功能進(jìn)行了研究與設計，實(shí)驗結果證明了設計方案的可行性。

　　2 系統結構

　　逆變系統是將直流電變換成交流電，其核心是逆變電路，即通過(guò)電力電子器件的開(kāi)通與關(guān)斷，完成逆變功能。電力電子器件的開(kāi)通與關(guān)斷需要合適的控制信號。根據系統的實(shí)際需要，本文所設計的逆變系統主要由主電路、控制電路、保護電路、通訊電路、輔助電源、輸入濾波、輸出濾波等幾部分組成。逆變系統采用的基本結構框圖如圖1所示，控制核心選用TI公司TMS320F2812 DSP芯片。

　　3 主電路結構及參數設計

　　逆變器的主電路結構形式多種多樣，根據本系統的控制目標，采用單相全橋型帶有工頻隔離變壓器的主電路結構，輸入端加入了防反二極管與限流電阻，主電路原理圖如圖2所示。

　　當工作在獨立逆變模式的時(shí)候，采用LC濾波;當逆變器工作在并網(wǎng)模式的時(shí)候，為了減少電容濾波對相位的影響采用L濾波，將電容C通過(guò)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。

　　考慮到容量與頻率等因素，系統主電路的開(kāi)關(guān)管選擇電力MOSFET。其中，濾波電感的選擇要盡可能濾除調制波的高次諧波分量，提高輸出波形質(zhì)量，濾波電感的高頻阻抗與濾波電容的高頻阻抗相比不能過(guò)低，即濾波電感的感值不能太小。為滿(mǎn)足輸出波形質(zhì)量，要求一個(gè)采樣周期中，電感電流的最大變化量小于允許的電感電流紋波△ILfmax。濾波電容的作用是和濾波電感一起濾除輸出電壓中的高次諧波，從而改善輸出電壓的波形，濾波電容越大輸出電壓的THD值越小。然而從電路來(lái)看，在輸出電壓不變的情況下，增大濾波電容會(huì )使濾波電容的電流增加，逆變器的無(wú)功能量增大，損耗增加，效率降低，因此，濾波電容又不宜太大。所以，濾波電容的選取原則是在保證輸出電壓的THD值滿(mǎn)足要求的情況下，取值盡量小。同時(shí)應盡可能使用高頻特性較好、損耗較小的CBB電容[4]。本文設計的逆變器的功率器件開(kāi)關(guān)頻率為15kHz，設計截止頻率fC為2kHz?？紤]到系統裕量，經(jīng)計算與綜合考慮，選擇濾波電感9mH，濾波電容3μF。

　　4 控制電路結構及控制策略

　　控制電路主要包含：信號檢測電路，驅動(dòng)電路，保護電路，通訊電路四個(gè)部分，如圖3所示。

　　控制策略主要采用PI控制。其中，獨立逆變采用電壓平均值外環(huán)和電壓瞬時(shí)值內環(huán)的雙閉環(huán)控制方案，實(shí)現電壓的穩定輸出;并網(wǎng)逆變采用CVT型最大功率點(diǎn)跟蹤，通過(guò)電壓的實(shí)時(shí)跟蹤產(chǎn)生電流內環(huán)的參考電流，電流內環(huán)采用瞬時(shí)值反饋實(shí)現對并網(wǎng)電流的跟蹤控制，實(shí)現太陽(yáng)能量饋入電網(wǎng)。