風光逆變并網系統設計與實現

　0 引言

　　近二百年來，人類利用煤、石油及天燃氣作為能源，使生產力提高近200倍。然而化石能源逐步枯竭，而且污染等也很嚴重。隨著能源問題的日益突出，尋找新型綠色能源已經是刻不容緩的問題。而在公認的綠色能源中，數太陽能和風能是最容易獲取并高效利用的能源。

　　本文以太陽能，風能為中心，設計一個風光并網發電的模擬裝置，能夠將太陽能或者風能發電機的直流電壓轉換為交流電，并檢測外網交流電的頻率和相位，動態的調整自己的交流電的波形，使得與外網電能同頻同相。該裝置在設計時考慮了發電機的內阻。在測試時以60 V直流穩壓電源模擬理想的太陽能電池板或者風力發電機，電源輸入級串聯一個30 Ω功率電阻模擬發電部分的內阻。

　　該裝置體積小巧，成本低廉，易于量產，人界交互界面友好，并附帶輸入電壓監控，輸出過流監控實時動態相位監控等多種監控設置也使得該裝置安全性能很好。稍加改動即可廣泛應用。

　　1 方案論證

　　1.1 主功率電路拓撲方案

　　方案一：全橋逆變。

　　全橋由4只功率開關管管組成，分為2組，其中Q1和Q4為一組，Q2和Q3為一組，兩組交替通斷，輸出交流方波電壓經LC低通濾波器后得到交流正弦輸出電壓(見圖1)。全橋型逆變器的輸出濾波電容電壓連續可測的。該電路輸出經LC濾波后便能得到很好的波形。

方案二：雙Boost DC/AC單級變換電路拓撲結構。

　　該結構由2個對稱的電流雙向流動的Boost DC/DC變換電路組成(見圖2)。負載R跨接在兩個電容之間，通過兩邊電流的雙向流動，從而在負載上實現交流工頻電壓輸出的效果。開關M1～M4均為由MOSFET和二極管組成的能量可以雙向流動的可控開關。由于電路工作在完全對稱的狀態下，因此對L1和L2的選擇特別敏感，如果不對稱則會照成輸出波形失真。

　　方案二在正弦的正半軸和負半軸是兩個濾波電路完成的，所以在波形的失真度上完成有難度，而方案一是由同一個電感濾波得到的，濾波后正弦失真度非常小。故采用方案一。