DSP的小功率光伏并网逆变器的设计方案 .docx

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1、精品名师归纳总结基于 DSP的小功率光伏并网逆变器的设计来源：基于 DSP的小功率光伏并网逆变器的设计摘要： 介绍了 1KW并网逆变器的设计。详细的介绍了逆变器的基本设计和关键技术，以及并网电流的把握策略。并在试验装置上，验证了逆变器的稳 定性和把握策略的牢靠性。原文位置关键词： 太阳能。光伏并网。逆变器前言随着生态环境的日益恶化，人们逐步熟识到必需走可连续进展的道路，太阳能必需完成从补充能源向替代能源的过渡。光伏并网是太阳能利用的进展趋势，光伏发电系统将主要用于调峰电站和屋顶光伏系统。在光伏并网系统中，并网逆变器是核心部分。目前并网型系统的争论主要集中于 DC-DC和 DC-AC两级能量变换

2、的结构。 DC-DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点。 DC-AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。其中DC-AC是系统的关键设计。太阳能光伏并网系统结构图如图1 所示。本系统接受两级式设计，前级为升压斩波器，后级为全桥式逆变器。前级用于最大功率追踪，后级实现对并网电流的把握。把握都是由 DSP芯片 TMS320F2812和谐完成。图 1 光伏并网系统结构图逆变器的设计太阳能并网逆变器是并网发电系统的核心部分，其主要功能是将太阳能电池板发出的直流电逆变成单相沟通电，并送入电网。同时实现对中间电压的稳固，便于前级升压斩波器对最大功率点的跟踪。并且具有完善

3、的并网爱惜功 能，保证系统能够安全牢靠的运行。图2 是并网逆变器的原理图。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 2 逆变器原理框图把握系统以 TI 公司的 TMS320F2812为核心，可以实现反馈信号的处理和 A/D 转换、 DC/DC变换器和 PWM逆变器把握脉冲的产生、系统运行状态的监视和 把握、故障爱惜和储备、 485 通讯等功能。实际电路中的中间电压VDC、网 压、并网电流和太阳能电池的电压电流信号采样后送至 F2812 把握板。把握板主要包括： CPU及其外围电路，信号检测及调理电路，驱动电路及爱惜电路。其中信号检测及调理单元主要完成强弱电隔离、电平转换和信号放大及滤

4、波等功能，以中意 DSP把握系统对各路信号电平范畴和信号质量的要求。驱动电路起到提高脉冲的驱动才能和隔离的作用。爱惜规律电路就保证发生故障时，系统能从硬件上直接封锁输出脉冲信号。在实现同频的条件下可用矢量进行运算，从图3 可以看出逆变器输出端存在如图 3a 所示的矢量关系，对于光伏并网逆变器的输入端有以下基本矢量关系式：Vac=Vs+j LIN+RSIN 1式中 Vac电网基波电压幅值， Vs逆变器输出端基波幅值。图 3 把握矢量图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结在网压 Vact 为确定的情形下， INt幅值和相位仅由光伏并网逆变器输 出端的脉冲电压中的基波重量 Vst 的幅值

5、，及其与网压 Vact 的 相位差来准备。转变 Vst 的幅值和相位就可以把握输入电流INt和 Vact 同相位。 PWM 整流器输入侧存在一个矢量三角形关系，在实际系统中RS 值的影响一般比较小，通常可以忽视不计得到如图3b 所示的简化矢量三角形关系，即下式：2在一个开关周期内对上式进行周期平均并假设输入电流能在一个开关周期内跟踪电流指令即可推导出下式：3式中 K= L/TC， TC为载波周期。从该模型即可以得到本系统所接受的图4 所示的把握框图。此方法称为基于改进周期平均模型的固定频率电流追踪法。图 4 逆变器把握框图逆变器的把握框图中参考电压 Vref 与光伏电池实际输出电压 VDC相比

6、较后，误差经 PI 调剂得到电流指令 I* ，再与正弦波形相乘得到正弦指令Iref， Iref与实际输出的电流相比较后，误差经P调剂后得到的值 物理意义上就相 当于逆变器输出侧电感上产生的电压 与网压 Vact 相加得到的 波形与三角波比较，便产生了 4 路 PWM波把握逆变器开关管的通断，这样就实现了光伏电池 输出电压基本工作在 Vref 邻近，系统输出正弦电流波形幅值为I* 。方案中对并网电流的接受了固定开关频率的把握方法。固定开关频率把握 是将电流误差 P 调剂后作为调制波与三角载波比较产生PWM波。其缺点是必需与实际 电流存在偏差才能产生 PWM波。因此在固定开关频率把握的基础上有所改

7、进，加人了沟通侧网压 Vac 的运算，即电流误差信号 Iref经过 PI 调剂后与Vac 相加，得到的值再与三角载波进行比较。i 在物理意义上就相当于逆变器输出侧电感上产生的电压。 i P与 Vac 之和，就相当于逆变器输出脉冲电压，这样 构成的矢量图与逆变器输出向量图一样。改进的固定开关频率的把握策略在保持原有优点的同时，电流跟踪误差显著减小，改善了PWM整流器的电流跟踪性能。最大功率跟踪和反孤岛效应的检测MPPT把握的最总目的在于动态的追寻太阳能电池板的最大功率点。常用的方法有固定电压跟踪法、扰动观测法、导纳微增法和间歇扫描跟踪法。本文接受的是最终一种方法。这种方法的原理是定时扫描太阳能电

8、池板阵列的输出功率，然后逐次比较，直到追踪到最大功率点。由于电池板最大功率点受光照的影响变化不是很猛烈，所以笔者对这种方法进行了改进，只需要在最大功率点邻近搜寻扫描即可找到最大功率点。改进后的间歇扫描法把握既保持了跟踪的把握精度又提高了系统运行的稳固性。所谓孤岛效应就是当电力公司的供电系统，因故障事故或停电修理等缘由可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结而停止工作时，安装在各个用户端的光伏并网发电系统未能即时检测出停电状态而快速将自身切离市电网络，因而形成了一个由光伏并网发电系统向四周负载供电的一个电力公司无法把握的自给供电孤岛现象。其详细实现思想就是 : 系统通过软硬件电路周期性的

9、检测出相邻两次电网电压过零点的时刻，运算出电网电压的频率f ，然后在此频率 f 的基础上引入偏移量 f, 最终将频率 f 士f 作为输出并网电流的给定频率，并且在电网电压每次过零时使输出并网电流复位。那么，当电网无故障时，负载上的电压频 率即为电 网电压频率，因此 DSP每次检测到的电网电压频率基本不变。而当市电脱网时，光伏阵列的输出并网电流单独作用于负载上，由于输出并网电流频 率的逐周期偏移，所以， DSP每次检测到的负载电压频率就会相应的转变，这样，就形成了给定输出并网电流频率的正反馈，使得负载电压的频率很快就会 超过频率爱惜的上、 下限值，从而使系统有效检测出市电脱网，因此，主动频率偏移

10、法使系统具有了良好的反孤岛效应功能。依据以上设计方案，已在搭建完成额定功率1.5kw 的光伏并网试验样机。输入为 100-300V，输出并网电流为 4.5A。输出功率约为 1kw，频率为 50Hz。并网电流与电网电压同相同频，功率因数接近为1。试验波形如图 5 所示。图 51500W试验时输出电流电压波形结语目前已经制作出 2KW的试验样机，并已完成 1500W的并网试验。本文介绍的小功率光伏并网逆变器接受改进的固定开关频率的电流把握并网方案，使输 出 功率因数接近为 1。接受 TMS320F2812作为把握芯片，使系统具有很好的动态相应，爱惜完善，提高了并网效率。运用了具有最大功率跟踪和反孤岛效应 的软件设计，通过试验证明该系统工作稳固牢靠，性能良好。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结参考文献：1. 张占松、蔡宣三，开关电源的原理与设计，电子工业出版社,19992. 邵丙衡，电力电子技术，中国铁道出版社，1997可编辑资料 - - - 欢迎下载