光伏并網發電系統的研究與設計

1 引言

　　本文針對戶用光伏發電系統的特點和要求進行了系統的研究與設計。將獨立逆變與并網逆變相結合，使系統既可以工作在獨立逆變狀態， 將儲存在蓄電池組中的能量直接逆變為正弦交流電為負載供電， 也可以工作在并網逆變狀態， 將太陽能量直接回饋到電網或者將儲存在蓄電池中的多余能量回饋到電網。系統采用32位DSP芯片TMS320F2812構成控制核心，利用單片機PIC16F877A構成系統的人機界面。設計的系統具有完善的保護功能、鍵盤通訊和液晶顯示功能， 為家庭使用提供了方便。實驗結果驗證了方案的可行性，本文針對獨立與并網的雙重功能進行了研究與設計，實驗結果證明了設計方案的可行性。

　　2 系統結構

　　逆變系統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斷，完成逆變功能。電力電子器件的開通與關斷需要合適的控制信號。根據系統的實際需要，本文所設計的逆變系統主要由主電路、控制電路、保護電路、通訊電路、輔助電源、輸入濾波、輸出濾波等幾部分組成。逆變系統采用的基本結構框圖如圖1所示，控制核心選用TI公司TMS320F2812 DSP芯片。

　　3 主電路結構及參數設計

　　逆變器的主電路結構形式多種多樣，根據本系統的控制目標，采用單相全橋型帶有工頻隔離變壓器的主電路結構，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。

　　當工作在獨立逆變模式的時候，采用LC濾波;當逆變器工作在并網模式的時候，為了減少電容濾波對相位的影響采用L濾波，將電容C通過開關斷開。

　　考慮到容量與頻率等因素，系統主電路的開關管選擇電力MOSFET。其中，濾波電感的選擇要盡可能濾除調制波的高次諧波分量，提高輸出波形質量，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。為滿足輸出波形質量，要求一個采樣周期中，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。然而從電路來看，在輸出電壓不變的情況下，增大濾波電容會使濾波電容的電流增加，逆變器的無功能量增大，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。同時應盡可能使用高頻特性較好、損耗較小的CBB電容[4]。本文設計的逆變器的功率器件開關頻率為15kHz，設計截止頻率fC為2kHz。考慮到系統裕量，經計算與綜合考慮，選擇濾波電感9mH，濾波電容3μF。

　　4 控制電路結構及控制策略

　　控制電路主要包含：信號檢測電路，驅動電路，保護電路，通訊電路四個部分，如圖3所示。

　　控制策略主要采用PI控制。其中，獨立逆變采用電壓平均值外環和電壓瞬時值內環的雙閉環控制方案，實現電壓的穩定輸出;并網逆變采用CVT型最大功率點跟蹤，通過電壓的實時跟蹤產生電流內環的參考電流，電流內環采用瞬時值反饋實現對并網電流的跟蹤控制，實現太陽能量饋入電網。