光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

1 引言

　　本文針對(duì)戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求進(jìn)行了系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)。將獨(dú)立逆變與并網(wǎng)逆變相結(jié)合，使系統(tǒng)既可以工作在獨(dú)立逆變狀態(tài)， 將儲(chǔ)存在蓄電池組中的能量直接逆變?yōu)檎医涣麟姙樨?fù)載供電， 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(chǔ)存在蓄電池中的多余能量回饋到電網(wǎng)。系統(tǒng)采用32位DSP芯片TMS320F2812構(gòu)成控制核心，利用單片機(jī)PIC16F877A構(gòu)成系統(tǒng)的人機(jī)界面。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有完善的保護(hù)功能、鍵盤通訊和液晶顯示功能， 為家庭使用提供了方便。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了方案的可行性，本文針對(duì)獨(dú)立與并網(wǎng)的雙重功能進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了設(shè)計(jì)方案的可行性。

　　2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　逆變系統(tǒng)是將直流電變換成交流電，其核心是逆變電路，即通過電力電子器件的開通與關(guān)斷，完成逆變功能。電力電子器件的開通與關(guān)斷需要合適的控制信號(hào)。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要，本文所設(shè)計(jì)的逆變系統(tǒng)主要由主電路、控制電路、保護(hù)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(tǒng)采用的基本結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì)

　　逆變器的主電路結(jié)構(gòu)形式多種多樣，根據(jù)本系統(tǒng)的控制目標(biāo)，采用單相全橋型帶有工頻隔離變壓器的主電路結(jié)構(gòu)，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(dāng)工作在獨(dú)立逆變模式的時(shí)候，采用LC濾波;當(dāng)逆變器工作在并網(wǎng)模式的時(shí)候，為了減少電容濾波對(duì)相位的影響采用L濾波，將電容C通過開關(guān)斷開。

　　考慮到容量與頻率等因素，系統(tǒng)主電路的開關(guān)管選擇電力MOSFET。其中，濾波電感的選擇要盡可能濾除調(diào)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低，即濾波電感的感值不能太小。為滿足輸出波形質(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值滿足要求的情況下，取值盡量小。同時(shí)應(yīng)盡可能使用高頻特性較好、損耗較小的CBB電容[4]。本文設(shè)計(jì)的逆變器的功率器件開關(guān)頻率為15kHz，設(shè)計(jì)截止頻率fC為2kHz。考慮到系統(tǒng)裕量，經(jīng)計(jì)算與綜合考慮，選擇濾波電感9mH，濾波電容3μF。

　　4 控制電路結(jié)構(gòu)及控制策略

　　控制電路主要包含：信號(hào)檢測(cè)電路，驅(qū)動(dòng)電路，保護(hù)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(dú)立逆變采用電壓平均值外環(huán)和電壓瞬時(shí)值內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制方案，實(shí)現(xiàn)電壓的穩(wěn)定輸出;并網(wǎng)逆變采用CVT型最大功率點(diǎn)跟蹤，通過電壓的實(shí)時(shí)跟蹤產(chǎn)生電流內(nèi)環(huán)的參考電流，電流內(nèi)環(huán)采用瞬時(shí)值反饋實(shí)現(xiàn)對(duì)并網(wǎng)電流的跟蹤控制，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能量饋入電網(wǎng)。