光伏逆變器的設(shè)計與安裝維護

作者：時間：2017-10-11 來源：網(wǎng)絡(luò)

英飛凌汽車電子生態(tài)圈
- 掃碼關(guān)注
  獲取最新最全汽車電子
  技術(shù)方案與實用技巧

　　通常，把將交流電能變換成直流電能的過程稱為整流，把完成整流功能的電路稱為整流電路，把實現(xiàn)整流過程的裝置稱為整流設(shè)備或整流器。與之相對應(yīng)，把將直流電能變換成交流電能的過程稱為逆變，把完成逆變功能的電路稱為逆變電路，把實現(xiàn)逆變過程的裝置稱為逆變設(shè)備或逆變器。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/201710/365270.htm

　　逆變器又稱電源調(diào)整器，根據(jù)逆變器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的用途可分為獨立型電源用和并網(wǎng)用二種。根據(jù)波形調(diào)制方式又可分為方波逆變器、階梯波逆變器、正弦波逆變器和組合式三相逆變器。對于用于并網(wǎng)系統(tǒng)的逆變器，根據(jù)有無變壓器又可分為變壓器型逆變器和無變變壓器型逆變器。

　　如上所述，逆變器有多種類型，因此在選擇機種和容量時需特別注意。尤其在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器效率的高低是決定太陽能電池容量和蓄電池容量大小的重要因素。

　　光伏逆變器的設(shè)計方案

　　基于光伏并網(wǎng)逆變器的基本原理和控制策略，設(shè)計了并網(wǎng)型逆變器的結(jié)構(gòu)，其采用了內(nèi)置高頻變壓器的前后兩級結(jié)構(gòu)，即前級DC/DC高頻升壓，后級DC/AC工頻逆變。該設(shè)計模式具有電路簡單、性能穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點。

　　在能源日益緊張的今天，光伏發(fā)電技術(shù)越來越受到重視。太陽能電池和風力發(fā)電機產(chǎn)生的直流電需要經(jīng)過逆變器逆變并達到規(guī)定要求才能并網(wǎng)，因此逆變器的設(shè)計關(guān)乎到光伏系統(tǒng)是否合理、高效、經(jīng)濟的運行。

　　1、光伏逆變器的原理結(jié)構(gòu)

　　光伏并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由前級DC/DC變換器和后級DC/AC逆變器構(gòu)成。其基本原理是通過高頻變換技術(shù)將低壓直流電變成高壓直流電，然后通過工頻逆變電路得到220V交流電。這種結(jié)構(gòu)具有電路簡單、逆變電源空載損耗很小、輸出功率大、逆變效率高、穩(wěn)定性好、失真度小等優(yōu)點。

　　逆變器主電路如圖2所示。DC/DC模塊的控制使用SG3525芯片。SG3525是雙端輸出式SPWM脈寬調(diào)制芯片，產(chǎn)生占空比可變的PWM波形用于驅(qū)動晶閘管的門極來控制晶閘管通斷，從而達到控制輸出波形的目的。

　　作為并網(wǎng)逆變器的關(guān)鍵模塊，DC/AC模塊具有更高的控制要求，本設(shè)計采用TI公司的TMS320F240作為主控芯片，用于采集電網(wǎng)同步信號、交流輸入電壓信號、調(diào)節(jié)IGBT門極驅(qū)動電路脈沖頻率，通過基于DSP芯片的軟件鎖相環(huán)控制技術(shù)，完成對并網(wǎng)電流的頻率、相位控制，使輸出電壓滿足與電網(wǎng)電壓的同頻、同相關(guān)系。

　　濾波采用二階帶通濾波器，是有源濾波器的一種，用于傳輸有用頻段的信號，抑制或衰減無用頻段的信號。其可以有效地濾除逆變后產(chǎn)生的高頻干擾波形，使逆變后的電壓波形達到并網(wǎng)的要求。

　　2、DC/DC控制模塊

　　SG3525是專用于驅(qū)動N溝道功率MOSFET的PWM控制芯片。SG3525的輸出驅(qū)動為推拉輸出形式，可直接驅(qū)動MOS管；內(nèi)部含有欠壓鎖定電路、軟啟動控制電路、PWM鎖存器，具有過流保護功能，頻率可調(diào)，同時能限制最大占空比。其2個輸出分別接2個MOS管控制其開斷，為了提高對推挽式DC/DC高頻升壓過程有效的控制，提高頻寬調(diào)制的準確性，相應(yīng)設(shè)計了檢測電路，檢測輸出電流、電壓，然后反饋到控制芯片。檢測電路包括偏磁檢測電路、電壓反饋采樣電路、電流反饋采樣電路。SG3525控制模塊結(jié)構(gòu)如圖3.

　　3、DC/AC控制模塊

　　3.1 TMS320F240控制核心

　　TMS320F240是美國TI公司的定點式數(shù)字信號處理器芯片，硬件架構(gòu)以16位為基本數(shù)據(jù)處理單元，它集成了高性能DSP內(nèi)核，并且有著豐富的外設(shè)功能，處理速度快。DSP系統(tǒng)的外圍電路包括時鐘電路、復(fù)位電路、電源電路等，配合各種信號檢測電路、驅(qū)動電路，以達到對逆變系統(tǒng)的波形控制、脈寬調(diào)制、故障保護等要求，其結(jié)構(gòu)圖如圖4.

　　3.2電壓和電流檢測電路

　　（1）電網(wǎng)電壓過零檢測電路

　　逆變后交流電的電壓必須與電網(wǎng)電壓同相、同頻才能并網(wǎng)，因此要對輸出電壓進行鎖相控制。由于輸出的電壓信號為正弦波，而控制芯片只能識別TTL電平信號，因此需要一個電路將正弦波信號轉(zhuǎn)換為控制芯片可以識別的TTL電平信號。本設(shè)計中用LV25P電壓傳感器，將電網(wǎng)電壓采集并轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)電壓等相位的低電壓脈沖信號，經(jīng)過一組比較器電路，可以輸出一組與電網(wǎng)電壓同相的低壓方波信號。當被檢測的電網(wǎng)電壓超過零點，則輸出高電平。電網(wǎng)電壓過零檢測電路如圖5所示。

　　電網(wǎng)電壓過零檢測電路得到的方波信號，經(jīng)過雙施密特反相電路將信號送到DSP芯片的捕獲引腳上，捕獲單元在檢測到上升沿時觸發(fā)中斷，進行鎖相。

　?。?）交流電流檢測電路

　　交流電流檢測電路使用CSM300LT閉環(huán)式電流傳感器，如圖6.CSM300LT是應(yīng)用霍爾效應(yīng)閉環(huán)原理的電流傳感器，在電隔離條件下測量交流電流。當交流電通過傳感器時，傳感器將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號送給信號調(diào)理電路，經(jīng)處理后輸入到DSP芯片的管腳。調(diào)理電路由RC濾波電路和二組集成運放隔離電路組成。

　　4、輔助電源

　　逆變器的控制電路、信號采集電路及開關(guān)管驅(qū)動電路等需要不同的適應(yīng)電源，因此需要一個獨立的電源為其供電。所設(shè)計輔助電源輸出的電壓分別為＋15V、－15V、＋5V三種，采用單端反激式DC/DC拓撲結(jié)構(gòu)，運行穩(wěn)定、可靠，輔助電源電路的基本電路如圖7所示。

　　5、有源濾波

　　有源濾波采用二階帶通濾波器，它是由運算放大器和阻容元件組成的一種選頻網(wǎng)絡(luò)，用來濾除逆變過程中產(chǎn)生的高次諧波，其原理是通過設(shè)置電路參數(shù)允許某一個通頻帶范圍內(nèi)的信號通過，而比通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號均加以衰減或抑制，如圖8.

　　光伏發(fā)電作為新能源開發(fā)利用的重要內(nèi)容，對于解決能源和環(huán)境問題，有著深遠的意義。逆變器是光伏發(fā)電過程中的重要環(huán)節(jié)。文中對逆變系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)進行了研究，設(shè)計了以高頻升壓和全橋逆變?yōu)橥負浣Y(jié)構(gòu)的逆變系統(tǒng)，再配合有源濾波，為太陽能的進一步開發(fā)利用起到一定的作用。