500W光伏并網(wǎng)逆變器方案設(shè)計(jì)

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是光伏系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。根據(jù)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一套額定功率為500W的光伏并網(wǎng)逆變器,該并網(wǎng)逆變器能實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤和反孤島效應(yīng)控制功能,控制部分采用基于TMS320F240型DSP的電流跟蹤控制策略,實(shí)現(xiàn)了與網(wǎng)壓同步的正弦電流輸出。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能;光伏系統(tǒng);最大功率點(diǎn)跟蹤;孤島效應(yīng);并網(wǎng)逆變器

1 引言

　　太陽(yáng)能的大規(guī)模應(yīng)用將是21世紀(jì)人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步的重要標(biāo)志,而光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是光伏系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是不用蓄電池儲(chǔ)能,因而節(jié)省了投資,系統(tǒng)簡(jiǎn)化且易于維護(hù)。這類(lèi)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要用于調(diào)峰光伏電站和屋頂光伏系統(tǒng)。目前,美、日、歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家都推出了相應(yīng)的屋頂光伏計(jì)劃,日本提出到2010年要累計(jì)安裝總?cè)萘窟_(dá)50 000MW的家用光伏發(fā)電站。作為屋頂光伏系統(tǒng)的核心,并網(wǎng)逆變器的開(kāi)發(fā)越來(lái)越受到產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注[1]。

2 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

光伏并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。光伏并網(wǎng)逆變器主要由二部分組成：前級(jí)DC-DC變換器和后級(jí)DC-AC逆變器。這2部分通過(guò)DClink相連接,DClink的電壓為400V。在本系統(tǒng)中,太陽(yáng)能電池板輸出的額定直流電壓為100V～170V。DC—DC變換器采用boost結(jié)構(gòu),DC—AC部分采用全橋逆變器,控制電路的核心是TMS320F240型DSP。其中DC-DC變換器完成最大功率跟蹤控制(MPPT)功能,DC-AC逆變器維持DClink中間電壓穩(wěn)定并將電能轉(zhuǎn)換成220V／50Hz的正弦交流電。系統(tǒng)保證并網(wǎng)逆變器輸出的正弦電流與電網(wǎng)的相電壓同頻和同相。

2.2 控制電路設(shè)計(jì)

2.2.1 TMS320F240控制板

　　TMS320F240控制板如圖2所示,以TI公司的TMS320F240型DSP為核心,外圍輔以模擬信號(hào)調(diào)理電路、CPLD、數(shù)碼管及DA顯示、通信及串行E2PROM,完成電壓和電流信號(hào)的采樣、PWM脈沖的產(chǎn)生、與上位機(jī)的通信和故障保護(hù)等功能。

2.2.2 電壓和電流信號(hào)檢測(cè)電路

模擬信號(hào)檢測(cè)電路的功能是把強(qiáng)電信號(hào)轉(zhuǎn)換為DSP可以讀取的弱電數(shù)字信號(hào),同時(shí)要保證強(qiáng)電和弱電的隔離。筆者選用惠普公司的HCPL7800A型光電耦合器,其非線性度為0.004％,共模電壓為l 000V時(shí)的共模抑制能力為15kV／lμs,增益溫漂為0.000 25V／℃,帶寬為100kHz。具體隔離檢測(cè)電路如圖3所示。

2.2.3 IGBT驅(qū)動(dòng)電路

　　DSP控制電路產(chǎn)生的PWM信號(hào)先通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路,然后控制IGBT開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通狀態(tài)。筆者選用惠普公司的HCPL3120型專(zhuān)用IGBT驅(qū)動(dòng)電路,如圖4所示。驅(qū)動(dòng)電路的輸入和輸出是相互隔離的,驅(qū)動(dòng)電路還有電平轉(zhuǎn)換功能,將DSP的+5V控制電壓轉(zhuǎn)換為+15V的IGBT驅(qū)動(dòng)電壓,驅(qū)動(dòng)電路電源采用金升陽(yáng)公司的B0515型隔離電源模塊。

2.2.4 輔助電源

　　為了給光伏并網(wǎng)逆變器的控制電路、信號(hào)采集電路及開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路等提供各種工作電源,需要設(shè)計(jì)1個(gè)與主電路隔離的輔助電源。輔助電源的輸入電壓為100VDC～170VDC;輸出的3路電壓分別為+15VDC(2.5W)、-15VDC(2.5W)和+5VDC(5W);輸出電壓波動(dòng)小于1％。筆者采用最新的Topswitch系列FOP222型電路進(jìn)行輔助電源的設(shè)計(jì)[3]。輔助電源主電路采用單端反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如圖5所示。