利用C2000 MCU實(shí)施并網(wǎng)微型太陽能逆變器
摘要
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/200735.htm可再生能源應(yīng)用的迅猛發(fā)展將引發(fā)第四次工業(yè)革命。光伏發(fā)電是整個可再生能源方案的關(guān)鍵部分。在所有太陽能逆變器中,微型太陽能逆變器是至關(guān)重要的組成部分。
本文將為您介紹如何利用一個TMS320F2802設(shè)計一種低成本、高性能的微型太陽能逆變器。另外,文章還將討論如何使用交叉式有源鉗位反激和SCR全橋?qū)崿F(xiàn)一個220W輸出的微型太陽能逆變器,并介紹完整的系統(tǒng)固件架構(gòu)和控制方法。最后,文章還會為您展示實(shí)驗室波形。
1 概述
1.1 太陽能逆變器介紹
材料、能源和信息是人類生存和發(fā)展的三大要素。能源利用的每一次新發(fā)現(xiàn),都會極大改變和促進(jìn)現(xiàn)代文明的發(fā)展:
l 蒸汽機(jī)的發(fā)明讓我們進(jìn)入機(jī)器時代。
l 電的發(fā)明讓我們進(jìn)入電氣時代。
l 半導(dǎo)體晶體管的發(fā)明讓我們進(jìn)入信息時代。
當(dāng)前可再生能源的發(fā)展和利用將引發(fā)第四次工業(yè)革命;在所有可再生能源利用方法中,光伏發(fā)電是整個可再生能源發(fā)展的關(guān)鍵組成部分。根據(jù)世界能源組織預(yù)測,隨著傳統(tǒng)能源(例如:煤炭、石油等)逐漸枯竭,可再生能源將成為人類的主要能源。圖1顯示了世界能源的發(fā)展趨勢。
各國政府都對可再生能源的發(fā)展投以極大關(guān)注。2007年,中國政府稱“可再生能源可滿足國家長期發(fā)展規(guī)劃的需求”,而在2008年,中國政府便發(fā)布了可再生能源第11個五年發(fā)展計劃。根據(jù)該計劃要求,中國2010年的光伏發(fā)電裝機(jī)容量需達(dá)到2,500億瓦;據(jù)估計,到2020年,中國光伏發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到50,000億瓦,其中并網(wǎng)光伏發(fā)電占75%。
太陽能光伏發(fā)電的主要優(yōu)點(diǎn)包括:
l 太陽能很豐富,無窮無盡。
l 生產(chǎn)PV板的材料分布廣泛,并儲備豐富。
l 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,轉(zhuǎn)換效率高。
l 無污染,并且可循環(huán)利用。
l 光伏電池壽命長,維護(hù)成本低。
太陽能光伏發(fā)電的缺點(diǎn)包括:
l 功率密度低,占用面積大。
l 發(fā)電受限于自然條件,沒有太陽就無法發(fā)電。
l 單位生產(chǎn)成本高。
1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)分類
根據(jù)應(yīng)用環(huán)境,光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為非入網(wǎng)太陽能逆變器系統(tǒng)和入網(wǎng)太陽能逆變系統(tǒng)。
非入網(wǎng)太陽能逆變器系統(tǒng)主要用于獨(dú)立組建的光伏發(fā)電系統(tǒng),適用于家庭、農(nóng)村、島嶼、偏遠(yuǎn)地區(qū)、城市照明以及電源系統(tǒng)的通信、測試與應(yīng)用。圖2為一個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,其描述了太陽能板組件、太陽能逆變單元、儲能單元、電負(fù)載等主要組成部分。
入網(wǎng)太陽能逆變器系統(tǒng)主要用于同傳統(tǒng)電網(wǎng)連接,太陽能逆變器把來自PV板的電能連接傳統(tǒng)電網(wǎng),其主要組成為太陽能板、太陽能逆變器、智能雙向電量計、家庭用電負(fù)載和傳統(tǒng)電網(wǎng)等(參見圖3)
1.3 PV板電氣特性
太陽能逆變器功率輸出變化幾乎與陽光直接相關(guān),但是電流減少的速度遠(yuǎn)快于光照水平下降的速度。在極低光照水平下PV板一般會產(chǎn)生16V的電壓,但是電流卻極少。
另外,隨著PV板溫度升高,電壓輸出下降,反之亦然。輸出曲線隨光照條件、溫度等而變化,如圖4所示。
太陽能逆變器必須工作在MPP下,以獲得來自PV板的最大電能。這是通過最大功率點(diǎn)控制環(huán)路(最大功率點(diǎn)追蹤器,MPPT)來實(shí)現(xiàn)的。
1.4 太陽能逆變器拓?fù)涓淖?/p>
隨著照度的變化,PV板的輸出電壓范圍為20到45伏,因此如果入網(wǎng)應(yīng)用需要
更高的輸出電壓,則通常會考慮并串聯(lián)PV板以獲得高輸入電壓,并使用一個逆
變器來實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被稱作“中央逆變器”,如圖5(a)所示;它
的主要特點(diǎn)是:
10到250kw,3相,數(shù)個并聯(lián)串
轉(zhuǎn)換器效率高,成本低,可靠性低
非最佳MPPT
通常用于發(fā)電廠
另一種應(yīng)用是在所有串分支把PV板串聯(lián)以實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。使用一個MPPT模塊,用于獲得PV板的最大電能。這種拓?fù)浔环Q作“串型逆變器”,如圖5(b)所示;它的主要特點(diǎn)是:
l 1到10kw,典型的住宅型應(yīng)用。
l 每個串分支都有其自己的逆變器,用于實(shí)現(xiàn)更佳的MPPT。
l 各串可以有不同的方向。
l 三相逆變器,用于5km以上輸出功率。
盡管這種串型逆變器可以獲得更的電能收集效率,但是當(dāng)一個串聯(lián)PV板被陰影遮擋時,該串分支的電能收集也隨之下降,如圖6(a)所示。如果放置一個MPPT模塊來收集所有PV板的電能,則可解決這個問題。這種拓?fù)浔环Q作“微型逆變器”,如圖7所示。
很明顯,就微型逆變器而言,“分布式MPPT”架構(gòu)增加了每PV板成本;但是,通過回收下列效率損失可將效率提高5%到25%:
l PV板錯配損耗(3%到5%)
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