摘要：近年来化石能源开发利用过程中造成的环境污染和生态破坏等问题日趋突出，太阳能、风能等作为绿色无污染的新能源日益受到人们的青睐．新能源发电并网是必然趋势，而光伏并网逆变器是发电并网系统的关键设备，能将光伏阵列所输出的直流电变换成交流电送入电网．本设计主要针对10kW并网等级为380V的三相并网逆变电路进行了设计。
关键词： 新能源，光伏并网，逆变器
一 光伏并网发电系统组成及原理
1.1光伏并网发电系统组成
一套基本的太阳能发电系统是由光伏电池阵列、储能系统、逆变器以及直流控制系统等四部分组成。逆变器的原理是使用具有开关特性的全控功率器件，通过一定的控制逻辑，完成控制光伏阵列最大功率点和向电网注入正弦电流两大主要任务，由主控制电路周期性地对功率器件发出开关控制信号得到我们需要的交流电。
1.2 光伏并网逆变器的组成
光伏并网逆变器结构主要由下列单元组成：
（1） DC/DC单元
（2）DC/AC 单元
（3） 驱动控制单元
（4） 交直流侧电压电流检测单元
1.3本课题逆变电路的设计方案
(1)电路原理图
如图2.1所示升压电路由开关管V，二极管D，电感 L，电容C组成，完成将太阳能电池输出的直流电压Upv升压到Udc。
(2) 工作原理
Boost 电路可以工作在连续或者不连续两种模式。如果电感电流工作在不连续状态，将会导致太阳能光伏阵列的输出电能在每个周期内都会有一部分被浪费，而且纹波也会比较大。因此Boost电路的参数设计应让其工作在连续导电的模式下。
2.2最大功率跟踪原理
光伏电池在光照和外界环境温度一定的情况下,光伏电池有一个最大功率点,就是要对这个点进行实时追踪,对光伏阵列的工作点电压进行控制,能够适应不同的环境,同时输出最大功率。这就是光伏并网发电系统中常用的MPPT控制技术。最大功率点跟踪控制就是通过控制算法预测光伏阵列在当前工况下最大输出功率点,并通过改变当前的负载的阻抗值来满足光伏阵列输出最大功率要求的控制。这样即使在光伏阵列的结温升高,或者光照强度降低,使光伏阵列输出功率减少的情况下,光伏并网逆变器系统仍可运行在当前工况下的最大功率输出状态。
2.3 MPPT及Boost电路最佳控制
前级Boost电路采集物理量包括:直流母线的电压,光伏阵列的电压和电流。光伏阵列的电压和电流作用为MPPT功率计算,MPPT输出控制Boost电路的参考电压;直流母线的电压作用是与MPPT提供的参考电压作比,计算出PWM输出的占空比,通过数字信号处理器的PWM生成模块输出PWM脉冲,经过驱动电路接入Boost电路的开关管,从而控制Boost电路实现最大功率点跟踪和升压的作用。
电压型三相桥式逆变电路如图2.5所示。电路由三个半桥电路组成，开关管可以采用全控型电力电子器件（图中以IGBT为例），T1~T6为续流二极管。电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式为180°导电型，即每个桥臂的导电角为180°。同一相上下桥臂交替导电。各相开始导电的时间一次相差120°。在一个周期内 ，6个开关管触发导通的次序为 T1-T2-T3-T4-T5-T6，依次相隔 60°，任意时刻均有三个管子同时导通，导通的组合顺序为T1-T2-T3，T2-T3-T4，T3-T4-T5，T4-T5-T6，T5-T6-T1每种组合工作[7]。
三 主电路的设计
3.1 主电路拓扑图
本文三相光伏并网逆变器采用的是两级结构，DC-DC升压电路和DC-AC的逆变电路，系统的拓扑原理图如图3.2所示。
图 3.2三相光伏并网逆变器的主电路图
3.3.1 前级 DC-DC 升压电路参数设计
前级DC-DC升压电路是由光伏阵列、电感、功率开关管、二极管以及电容构成。功率开关管处于通态时，光伏阵列向电感充电；功率开关管处于断态时，光伏阵列同电感一起向电容充电。通过储能电感使电压的泵升以及电容保持输出电压的不变实现升压的目的。
（1）输入电感的选择
电感在工作状态中需要不断的消耗能量，并且电感值的大小和其所消耗的能量有关，电感值越大，其所消耗的能量也越大。理论上电感值取得越小越好，这样可以最大程度上减小电感上的能量损耗，但是如果电感值太小的话不能满足整个光伏系统的正常工作，因此需要根据实际情况对电感进行选取。流过电感中的电流用 表示，其纹波电流用 表示。那么当电感工作在电流连续状态时，其纹波电流是电感中电流的 2 倍，用公式表示为：
电容的作用主要是储能和滤除纹波。它通过充电来储存能量，并在放电时使输出电压保持基本不变，这就要求电容的容量值比较大。经计算得电容器取值为2000μF。设光伏阵列输出电压为 ，直流侧输出电压为 ，输出电流为 ，功率开关管的导通时间为 那么电容两端电压与电流的关系由
经过计算得电容器取值为 2000μF。
3.4保护电路的设计
保护电路主要包括母线电压过压、母线电流过流、逆变器输出过压过流、电网过压。保护电路。LM339 芯片内部装有4个独立的电压比较器[12]，以上被检测的电压电流通过LM339搭建的电压比较电路之后，当发生过压过流时，LM339输出为高。将此输出通过或非门后送入控制芯片。当DSP端口检测到为低时，就封锁 PWM输出信号并断开接触器，及时与电网脱离。
5.本文总结
本设计分析了光伏发电技术中的最大功率跟踪和并网逆变器两个方面，由于学识经验有限，光伏并网逆变电路中还有很多问题需要解决，其中主要有：光伏并网逆变电路的国际最高效率可达95%上下，在不影响逆变电路性能的前提下，可以进一步提高并网逆变器的效率。
参考文献：
[1] 赵争鸣，刘建政等.太阳能光伏发电及其应用[M].北京:科学出版社，2005.
[2] 汪光裕.光伏发电与并网技术[M].北京:中国电力出版社，2010.
[3] 王健强.并网光伏发电系统[J].电力电子技术，2009(4):45-49.
论文作者:陈翠利
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/22
标签：光伏论文; 电路论文; 电压论文; 电感论文; 阵列论文; 逆变器论文; 电流论文; 《电力设备》2017年第26期论文;