周敏敏

摘要：太陽能光伏并網(wǎng)微型逆變器作為優(yōu)化光伏發(fā)電效率和更智能化的設(shè)備，現(xiàn)在已經(jīng)得到了光大光伏電站的青睞，傳統(tǒng)的光伏并網(wǎng)逆變器架構(gòu)連接方式是通過組件串并聯(lián)組成光伏陣列后連接大功率并網(wǎng)逆變器，存在當(dāng)有陰影時組件和逆變器功率不匹配、工作溫度高、壽命不長、監(jiān)控能力有限等問題。光伏并網(wǎng)微型逆變器是為解決上述問題而提出來的。其獨(dú)特的架構(gòu)使太陽能光伏并網(wǎng)微型逆變器具有可以模塊化設(shè)計、即插即用、安裝方便、擴(kuò)展方便的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：并網(wǎng)；微型逆變器；光伏；最大功率點(diǎn)追蹤

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）48-0210-02

一、整體設(shè)計

本文從硬件設(shè)計上提出更加貼合實(shí)際運(yùn)用的硬件拓?fù)浜蛥?shù)設(shè)計，使整個系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，整個發(fā)電系統(tǒng)更加安全有效；從軟件設(shè)計角度分析整個光伏并網(wǎng)微型逆變器的可行性，使設(shè)計在一個嚴(yán)謹(jǐn)可靠的計劃中執(zhí)行；最終，設(shè)計一套基于飛思卡爾MC56F8013的太陽能光伏并網(wǎng)微型逆變器，采用兩級設(shè)計結(jié)構(gòu)，前級采用上下交錯反激電路，利用一個獨(dú)立的SPWM波控制器實(shí)現(xiàn)升壓和MPPT控制；后級采用正弦翻轉(zhuǎn)電路，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)功能。并網(wǎng)微型逆變器的控制策略采用電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)的控制方式，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)電壓同頻同相的跟蹤。搭建了實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計的并網(wǎng)逆變器的可行性。

1.硬件設(shè)計。為實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)單相微型逆變器的寬范圍電壓輸入，采用兩級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，前級采用上下交錯反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將太陽能光伏組件輸出的低電壓提升至逆變器逆變所需的直流高壓，產(chǎn)生與電網(wǎng)同頻同相的正弦半波，同時在前級中實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤，實(shí)現(xiàn)太陽能光伏系統(tǒng)的最大能量輸出。后級采用全橋逆變電路，以兩倍工頻的開關(guān)頻率折疊正弦半波，實(shí)現(xiàn)正弦半波到正弦全波的電路翻轉(zhuǎn)，同時將逆變器輸出的電能并入到電網(wǎng)中。光伏并網(wǎng)單相微型逆變器的設(shè)計參數(shù)為：電網(wǎng)電壓范圍：210 VAC～264 VAC；標(biāo)稱輸出電壓：230VAC；電網(wǎng)頻率范圍：47 ～53 Hz；標(biāo)稱輸出頻率：50HZ；輸入電壓范圍：210 VAC～264 VAC；最大輸出功率：185W；標(biāo)稱輸出電流：0.8A；功率因數(shù)：>0.95；總諧波失真：<5%；最高效率：95%。

2.軟件設(shè)計。整個光伏發(fā)電并網(wǎng)微型逆變器的系統(tǒng)算法框圖如圖1所示。

光伏并網(wǎng)微型逆變器前級反激電路中，反激開關(guān)管使用PWM波正弦調(diào)制，將光伏組件能量傳送到并網(wǎng)逆變器的輸出電容上，光伏并網(wǎng)微型逆變器的最終輸出電流波形是通過電流控制環(huán)來控制的。

3.測試初始條件設(shè)置。太陽能光伏并網(wǎng)微型逆變器并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)中，標(biāo)準(zhǔn)光伏組件，在標(biāo)準(zhǔn)測試條件（STC）：太陽能輻射通量1000W/m2，大氣參數(shù)1.5，組件溫度25℃下，JTM190-72M光伏組件電性能參數(shù)：峰值功率（Pmax）：190W；峰值工作電壓（Vmpp）：36.5V；峰值工作電流（Impp）：5.2V；開路電壓（Voc）：43.8V；短路電流（Isc）：5.83；組件效率：14.9%；功率偏差（正）：+5%。公共電網(wǎng)作為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)載接入光伏并網(wǎng)微型逆變器的輸出端。示波器探頭的開關(guān)設(shè)定為1X。

4.測試結(jié)果及其分析。太陽能光伏并網(wǎng)微型逆變器并入公共電網(wǎng)后，在輸出端可檢測到交流電流和交流電壓狀況，這兩個波形是經(jīng)過縮放電路后的輸出波形。檢測到的輸出交流電流如圖2所示，電網(wǎng)電壓檢測結(jié)果如圖3所示。

由波形可以看出光伏并網(wǎng)微型逆變器已能夠?qū)崿F(xiàn)逆變功能，但可以看到輸出波形諧波較大。在電網(wǎng)跟隨上輸出電基本跟隨電網(wǎng)。由電力質(zhì)量分析儀得出逆變輸出的電壓THD值在3%左右，所以還是滿足THD小于5%的要求。全橋逆變電路中，需要對反激變換后的正弦輸出電流進(jìn)行換相處理，使正弦半波轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)同頻同相的交流電，并入電網(wǎng)后，在處理波形是要注意零點(diǎn)出的畸形，較小畸形使得其并網(wǎng)動作對電網(wǎng)的影響降到最低。使用功率分析儀測得數(shù)據(jù)為：

輸入功率W：101，123，146，158；

輸出電壓V：220.69，220.09，220.45，220.15；

輸出電流A：0.403，0.548，0.599，0.653；

效率：0.880，0.892，0.904，0.910；

THD%：3.32，3.40，3.23，3.32。并網(wǎng)測試結(jié)果及存在的問題：①測試獲得此光伏并網(wǎng)微型逆變器的效率為84%～93%，在PV板功率高時效率也較高，反之則較差，預(yù)期設(shè)計目標(biāo)最大效率是95%，和設(shè)計目標(biāo)存在一定距離。②在控制上MPPT效果比較理想，在PV板被遮擋出現(xiàn)陰影時，系統(tǒng)能快速跟蹤，使得功率改變小。③在輸出端的電流波形不夠理想，電能質(zhì)量分析儀顯示THD在3%以上，在電流控制上還需要進(jìn)一步研究以降低電流紋波，但是符合預(yù)期設(shè)計目標(biāo)THD要控制在5%以內(nèi)。④在負(fù)載平衡輸出中可以看到兩個控制信號差異較大，在軟件的計算上需要進(jìn)一步改進(jìn)。

二、結(jié)語

本文選用電壓型高頻鏈微型逆變器進(jìn)行電路設(shè)計，硬件電路包括主電路設(shè)計、驅(qū)動電路設(shè)計、保護(hù)電路設(shè)計、檢測電路設(shè)計、輔助電源電路設(shè)計，并對變壓器和關(guān)鍵器件進(jìn)行選型。分析了光伏并網(wǎng)微型逆變器的軟件整體架構(gòu)，分析了DC/DC反激變換電路占空比D的構(gòu)成部分，著重分析了逆變器的狀態(tài)機(jī)部分，通過不同工作模式之間的切換，實(shí)現(xiàn)逆變器的正常工作，同時也分析鎖相環(huán)程序，計算相位時加入了分?jǐn)?shù)角累積的值，旨在將在一段時間內(nèi)忽略的誤差計入相位計算中，以此優(yōu)化跟隨效果。并對搭建出的硬件平臺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，包括并網(wǎng)后的電網(wǎng)電壓，交錯反激電流波形，驅(qū)動信號等測試。結(jié)果表明都能實(shí)現(xiàn)太陽能光伏并網(wǎng)微型逆變器的基本功能。endprint