電源趨勢：并網(wǎng)逆變器應用新方案

5.1新能源不間斷供電系統的優(yōu)勢

新能源不間斷供電系統有以下優(yōu)勢：

1、為用戶(hù)提供穩定不間斷的供電系統，解決停電帶來(lái)的不便。

2、通過(guò)太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電，節能環(huán)保為用戶(hù)創(chuàng )造經(jīng)濟效益。

3、覆蓋范圍廣，可面向寫(xiě)字樓、別墅、居民小區、醫院、通訊基站等。

5、模塊化架構，根據不同的用電需求配制，安裝維護方便。

6、冗余輸出實(shí)現多臺并聯(lián)，穩定可靠，單一模塊出故障時(shí)不影響系統工作。

7、節能環(huán)保符合國家提昌的節能減排要求

6.1新能源不間斷供電系統設計

6.2.1并網(wǎng)逆變器設計

并網(wǎng)逆變器不但是新能源不間斷供電系統的主要部件，而且還是系統的核心，是系統設計的重中之重。

6.2.2并網(wǎng)逆變器的參數與技術(shù)指標

1、最大輸入電壓450VDC

2、最小輸入電壓150VDC

3、輸入啟動(dòng)電壓 170VDC

4、 MPPT電壓范圍150～380VDC

5、 最大輸入電流20A

6、 額定輸出功率：3KW

7、 最大輸出電流：13A

8、 額定電網(wǎng)電壓：230Vac

9、 額定電網(wǎng)頻率：50HZ

10、 允許電網(wǎng)電壓：180～260Vac

11、 允許電網(wǎng)頻率：47～51.5HZ

12、 電流THD: 5%

13、 直流電流份量：0.5%

14、 功率因數： ≧0.99

15、 平均效率： 94

16、孤島保護： 有

17、通訊方式： RS485

6.2.4并網(wǎng)逆變器電路拓撲

6.2.5并網(wǎng)逆變器工作原理

太陽(yáng)能、風(fēng)能等DC電壓通過(guò)防反接電路分兩路給主電路供電，一路供給Boost升壓電路，另一路給輔助電源，輔助電源產(chǎn)生各種電壓給各個(gè)電路工作。當DSP上電后首先檢測輸入電壓是否達到啟動(dòng)電壓的要求，其次檢測電網(wǎng)電壓、頻率是否正常，在這兩個(gè)條件滿(mǎn)足的情況下啟動(dòng)Boost升壓電路使母線(xiàn)電壓穩定在385VDC。在升壓母線(xiàn)電壓穩定的情況下DSP驅動(dòng)DC-AC逆變橋跟蹤電網(wǎng)頻率與相位，在20秒內電網(wǎng)無(wú)異常側閉合繼電器與電網(wǎng)并聯(lián)。與電網(wǎng)并聯(lián)后，逆變器開(kāi)始向電網(wǎng)供電，輸出功率由小逐漸變大執行MPPT最大功率的跟蹤。當電網(wǎng)停電時(shí)，DSP通過(guò)孤島檢測得知電網(wǎng)異常后將輸出關(guān)閉并且斷開(kāi)繼電器，以保障電網(wǎng)檢修人員的安全。（MPPT算法參見(jiàn)6.2. 6；頻率與相位控制參見(jiàn)6.2.7；孤島檢測參見(jiàn)6.2.8）

6.2.6 MPPT控制算法

MPPT最大功率點(diǎn)跟蹤的目的是將光伏電池組件產(chǎn)生的最大直流電能及時(shí)的盡可能多的提供給負載，提高太陽(yáng)能電池的利用率。MPPT最大功率點(diǎn)跟蹤我們采用的是電導增量法公式如下：

由光伏陣列的P-U曲線(xiàn)可知:

1、 當工作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)處有dI/dU=-I/U;

2、 當工作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)左邊有dI/dU-I/U;

3、 當工作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)右邊有dI/dU>-I/U;

式中dI為輸入電流的變化量，dU為輸入電壓的變化量，I為輸入電流，U為輸入電壓.

MPPT的實(shí)現：當dI/dU=-I/U時(shí)說(shuō)明MPPT處于最佳功率點(diǎn)，DSP控制現有的輸出電流不變。當dI/dU-I/U時(shí)，DSP加大現有的輸出電流以獲得最佳功率點(diǎn)。當dI/dU>-I/U時(shí)，DSP減小現有的輸出電流以獲得最佳功率點(diǎn)。

6.2.7頻率與相位

電網(wǎng)電壓通過(guò)差分放大器和比較器后產(chǎn)生與電網(wǎng)同頻同相的方波信號送往DSP檢測。DSP通過(guò)調節SPWM載波頻率以跟蹤電網(wǎng)頻率，通過(guò)零點(diǎn)復位正弦表來(lái)保持逆變輸出與電網(wǎng)相位一致。

6.2.8孤島檢測

根據國外目前的研究情況，被動(dòng)檢測法是孤島檢測最簡(jiǎn)易而有效的方法。被動(dòng)檢測法是指當電網(wǎng)停電時(shí)逆變器無(wú)法帶起電網(wǎng)這個(gè)龐大的負載，輸出電壓與頻率會(huì )隨著(zhù)電網(wǎng)的中斷而發(fā)生變化，通過(guò)檢測輸出電壓與頻率判斷孤島是否發(fā)生。

6.3.1雙向逆變器的設計

雙向逆變器是新能源不間斷供電系統的主要部件之一，是由電池充電器與并網(wǎng)逆變器組成。并網(wǎng)逆變器的設計參見(jiàn)6.2.1

6.3.2雙向逆變器的參數與技術(shù)指標

電池充電器：

1、 輸入電壓180～260Vac

2、 輸入功率因數 >0.98

3、 恒流充電20A

4、 恒壓充電58V

5、 浮充電壓55V

6、 通訊方式: RS485

并網(wǎng)逆變器參數：

1、 輸入電壓42～62VDC

2、 最大輸入電流65A

3、 低壓報警觸發(fā)電壓 44VDC

4、 低壓保護 44VDC

5、 過(guò)壓保護62VDC

6、 額定輸出功率：3KW

7、 最大輸出電流：13A

8、 額定電網(wǎng)電壓：230Vac

9、 額定電網(wǎng)頻率：50HZ

10、 允許電網(wǎng)電壓：180～260Vac

11、 允許電網(wǎng)頻率：47～51.5HZ

12、 電流THD: 5%

13、 直流電流份量：0.5%

14、 功率因數： ≧0.99

15、 平均效率： 94%

16、 通訊方式： RS485

6.3.3雙向逆變器技術(shù)指標評估

雙向逆變器中的并網(wǎng)逆變器無(wú)需孤島保護與MPPT相對來(lái)說(shuō)比較容易實(shí)現。

6.3.4雙向逆變器電路拓撲

6.3.5雙向逆變器工作原理

電池充電器工作原理：當充電壓收到雙向逆變器的開(kāi)機指令時(shí)啟動(dòng)，230Vac經(jīng)過(guò)輸入整流與PFC功率因數校正后形成穩定的385VDC，經(jīng)變壓器隔離輸出再經(jīng)過(guò)整流濾波得到58VDC電壓給48V 200AH蓄電池充電。充電過(guò)程分為三個(gè)階段。第一階段恒流20A充電,當電池電壓慢慢升到57.6VDC時(shí)進(jìn)入58V恒壓充電階段。在恒壓充電階段檢測充電電流小于2A時(shí)進(jìn)入第三階段浮充，是將58V充電電壓降到55V給電池充電1小時(shí)后關(guān)閉充電。

并網(wǎng)逆變器工作原理：當收到失壓脫扣器停電觸發(fā)信號后啟動(dòng)，輸出230Vac向用戶(hù)提供不間斷電源，當蓄電池電壓低于44V時(shí)發(fā)出欠壓報警信號觸發(fā)柴油發(fā)電機工作來(lái)補充能量并且保證用戶(hù)供電的穩定。

6.4.1柴油發(fā)電機設計

柴油發(fā)電機由永磁電機、柴油機、電啟動(dòng)裝置、48V蓄電池、雙向逆變器組成。