一種大功率光伏模擬電源的設計

2.2 控制原理設計

　　如圖4，使用采樣電路分別采集輸出直流電壓Ud及每個降壓電路電抗器上的輸出電流i₁、i₂、i₃，經過FPGA處理后，送入DSP進行運算。DSP按照公式(3)計算生成PV曲線，算出給定的輸出電流i_d*，輸出電流i₁、i₂、i₃相加算出總電流i_d，i_d*與i_d經過PI運算，算出脈沖占空比給定到IGBT模塊驅動電路，完成閉環控制。其中控制每個IGBT下管都不導通，上管每個控制周期內輪流導通。這樣可以減小輸出電壓的紋波。

2.3 算法和軟件實現

　　根據光伏電池的U-I特性和光伏模擬電源的自身參數，按照公式(3)，整理得電流給定Id*：

(5)

(6)

　　其中，

　　根據公式(5)和公式(6)繪出如圖6所示，光伏特性模擬框圖。powE為指數函數e^x。

　　如圖7所示，將算出給定電流Id*和Id(輸出電流i1、i2和i3相加的總電流)，使輸出電流Id按照給定電流Id*進行PI調節，生成脈沖調節所需的給定UDR。再經過軟啟動過程，對母線電容進行充電，完成輸出直流電壓的過程。

　　將經過DSP計算后的給定UDR輸出到FPGA中的脈沖生成模塊中。該脈沖生成模塊，是采用三角載波與給定數值進行比較的方式實現的。三個三角載波的起始位置，分別在同一個控制周期的0時刻、1/3T時刻、2/3T時刻，這樣就可以實現生成PWM脈沖輪流控制，如圖8所示。

　　當給定數值小于三角載波時，該處脈沖即為高電平，三個三角載波分別和給定進行比較生成波形。IGBT功率模塊G1上管的PWM脈沖波形，如圖8中的曲線2所示; G2波形如圖8中的曲線3所示; G3波形如圖8中的曲線4所示。可以看出，G1，G2，G3為輪流導通，這樣可以減小IGBT的開關損耗及輸出電壓的紋波。

3 試驗驗證

　　采用該設計原理研發的500kW光伏模擬電源由柜體、外置變壓器、顯示液晶屏等部分組成。如圖9，左側為光伏模擬電源柜體，右側為光伏模擬電源運行時液晶屏顯示主界面。柜體包括整流柜和調制柜，整流柜主要完成交流電壓到直流電壓的整流功能;調制柜主要實現直流輸出電壓按照光伏特性曲線變化。柜內關鍵元器件都采用國內外知名廠家產品，可靠耐用。該光伏模擬電源最大可模擬的光伏電池開路電壓為1000VDC，最大功率為500kW。同時可以根據用戶的要求修改光伏特性曲線的參數，模擬不同光照及溫度變化等環境變化情況。并且該光伏模擬電源有電網過壓、直流過壓和欠壓、電流過流、IGBT驅動故障等各種故障保護，可以保證電源的安全使用，也可以保證被測逆變器的安全。

　　通過調試測試，記錄光伏模擬電源單個橋臂IGBT上管壓降和電流的波形，如圖10所示。綠色波形為IGBT模塊上管壓降，黃色為該橋臂電流波形。輸出電壓經過電容濾波后，通過一個保護二極管后接到被測光伏逆變器。

4 結論

　　基于該設計方法研發的光伏模擬電源可以按照光伏特性曲線運行，對500kW及以下功率等級的光伏逆變器完成MPPT功能測試，同時可以提供逆變器所需的直流供電，對逆變器進行功率測試。為大功率光伏逆變器的研發提供了試驗平臺，也為光伏逆變器產業化提供了出廠測試平臺。

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本文來源于中國科技期刊《電子產品世界》2016年第3期第35頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。