技術(shù)分享:基于小功率光伏并網(wǎng)逆變器控制的設(shè)計
引言
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/227671.htm21世紀(jì),人類將面臨著實現(xiàn)經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)。在有限資源和保護環(huán)境的雙重制約下能源問題將更加突出,這主要體現(xiàn)在:①能源短缺;②環(huán)境污染;③溫室效應(yīng)。因此,人類在解決能源問題,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展時,只能依靠科技進步,大規(guī)模地開發(fā)利用可再生潔凈能源。太陽能具有儲量大、普遍存在、利用經(jīng)濟、清潔環(huán)保等優(yōu)點,因此太陽能的利用越來越受到人們的廣泛重視,成為理想的替代能源。文中闡述的功率為200W太陽能光伏并網(wǎng)逆變器,將太陽能電池板產(chǎn)生的直流電直接轉(zhuǎn)換為220V/50Hz的工頻正弦交流電輸出至電網(wǎng)。
系統(tǒng)工作原理及其控制方案
2.1 光伏并網(wǎng)逆變器電路原理
太陽能光伏并網(wǎng)逆變器的主電路原理圖如圖1所示。在本系統(tǒng)中,太陽能電池板輸出的額定電壓為62V的直流電,通過DC/DC變換器被轉(zhuǎn)換為400V直流電,接著經(jīng)過DC/AC逆變后就得到220V/50Hz的交流電。系統(tǒng)保證并網(wǎng)逆變器輸出的220V/50Hz正弦電流與電網(wǎng)的相電壓同步。
2.2 系統(tǒng)控制方案
圖2為光伏并網(wǎng)逆變器的主電路拓撲圖,此系統(tǒng)由前級的DC/DC變換器和后級的DC/AC逆變器組成。DC/DC變換器的逆變電路可選擇的型式有半橋式、全橋式、推挽式。考慮到輸入電壓較低,如采用半橋式則開關(guān)管電流變大,而采用全橋式則控制復(fù)雜、開關(guān)管功耗增大,因此這里采用推挽式電路。DC/DC變換器由推挽逆變電路、高頻變壓器、整流電路和濾波電感構(gòu)成,它將太陽能電池板輸出的62V的直流電壓轉(zhuǎn)換成400V的直流電壓。
DC/AC逆變器的主電路采用全橋式結(jié)構(gòu),由4個MOS管(該管內(nèi)部寄生了反并聯(lián)的二極管)構(gòu)成,它將400V的直流電轉(zhuǎn)換成為220V/50Hz的工頻交流電。2.2.1 DC/DC變換器控制方案
DC/DC變換器的控制框圖如圖3所示。控制電路是以集成電路SG3525為核心,由SG3525輸出的兩路50kHz的驅(qū)動信號,經(jīng)門極驅(qū)動電路加在推挽電路開關(guān)管Q1和Q2的門極上。為保持DC/DC變換器輸出電壓的穩(wěn)定,將檢測到的輸出電壓與指令電壓進行比較,該誤差電壓經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后控制 SG3525輸出驅(qū)動信號的占空比。該控制電路還具有限制輸出過流過壓的保護功能。當(dāng)檢測到DC/DC變換器輸出電流過大時,SG3525將減小門極脈沖的寬度,降低輸出電壓,進而降低了輸出電流。當(dāng)輸出電壓過高時,會停止DC/DC變換器的工作。由于推挽式電路容易因直流偏磁導(dǎo)致變壓器飽和,因此,推挽式電路的設(shè)計難點在于如何防止變壓器的磁飽和。在本電路中,除了注意電路的對稱性之外,還設(shè)計了磁飽和檢測電路,當(dāng)流經(jīng)推挽電路的兩個支路電流失衡時,就會啟動SG3525的軟啟動功能,使DC/DC變換器重新啟動,變壓器得以復(fù)位。
偏磁檢測電路如圖4所示。圖中只畫出了磁環(huán)的副邊。原邊兩個線圈接在主電路的變壓器原邊的兩個繞組上,流過兩個線圈中的電流方向要相反。當(dāng)變壓器發(fā)生偏磁時,某一方向的電流異常大,通過電流互感器檢測,可在互感器的輸出電阻R1上產(chǎn)生一個電壓,如果該電壓足夠大,可以使穩(wěn)壓二極管D5導(dǎo)通,在電位器上產(chǎn)生壓降,將電位器的值調(diào)到合適的阻值,使電位器上的壓降大于三極管的門限電壓,使三極管導(dǎo)通,接在芯片SG3525的腳8與地之間的電容放電,然后SG3525中的恒流源對它充電,SG3525重新啟動,從而使變壓器磁心復(fù)位。
2.2.2 DC/AC逆變器控制方案
DC/AC逆變器是光伏并網(wǎng)的重點和難點,因此以下將著重闡述該部分。DC/AC逆變器控制框圖如圖5所示。核心控制芯片采用了TI公司的 TMS320F240。盡管
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