小功率光伏逆变器设计

小功率光伏逆变器设计
韩 翠
（中国矿业大学 计算机科学与技术学院 江苏 徐州 221000）
摘 要： 光伏发电系统是由光伏电池板产生电能并将其转换成负载所能使用的电能的一种装置。

本文所设计的小功率光伏逆变器主要包括直流升压电路的设计和逆变电路的设计，逆变器成功的将光电转换成220v 的工频交流电供用户使用，本逆变器具有体积小，转化效率高的特点。

关键词： 光伏发电；逆变器；直流升压
中图分类号：TM91 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0120057－01
0 引言
压器的次级线圈串接在一起；整流滤波电路将高压交流电，整流滤波生成高压直流电，整流滤波电路采用全波整流滤波，由四个二极管组成的整流光伏发电是将太阳的光能转化为电能的发电方式，它包括光化学发桥串联电感和电容组成的滤波电路构成；PWM 生成及稳压控制电路主要由电、光感应发电和光伏发电[1-2]。

光伏发电是利用光伏电池板将太阳光意法半导体公司（ST ）生产的PWM 控制器SG3525A 来完成[5]。

其中的PWM 生的能量直接转化为电能的发电方式。

由于光伏电池和蓄电池是直流电源，成及稳压控制电路如图2所示。

当负载为交流负载时，就需要逆变器将直流电能转换成交流电能的作用。

推挽升压电路中的四个开关器件（Q5、Q6、Q7、Q8）在高频开关信号光伏逆变装置从结构上一般可分为工频和高频两种，工频光伏逆变装置由下工作，并且两个为一组在PWM 信号控制下交替导通。

PWM 控制器用简单的于带有工频变压器，所以体积较大且比较笨重，更主要的是效率较低。

随比例控制方法动态地调节PWM 输出信号的脉宽，当直流电压高于标准值着电力电子元器件的逐步发展，对于功率较小的系统，高频光伏逆变装置时，脉宽占空比为10%，当直流电压低于标准值时脉宽占空比为50%，升压已经得到了广泛的使用，高频光伏逆变装置一般是用DC-DC 高频升压电路电路能够很快的稳定在给定的参考电压上。

先将电压升到高电压再进行DC-AC 逆变，从而获得用户所需要的正弦交流这种直流升压电路，适用于微小功率的光伏逆变装置。

电路结构简电[3]，本文所设计的小功率光伏逆变器属于第二种类型。

单；采用两组推挽电路叠加的升压方式，转换效率较普通的反激电路高，1 直流升压电路设计
对器件的参数要求不高；电路生产成本较低。

本文所设计的是小功率的逆变电源，综合考虑系统的成本以及对器件设计所采用的滤波电路为LC 滤波电路，它由电感L 、电容C 和电阻R 组特性要求，特别是MOSFET 和变压器的参数选择等因素，本文采用两路对称成。

按照调谐频率，LC 滤波电路分为单调谐、双调谐和高通滤波电路几的推挽升压电路输出结果相叠加的升压方式[4]。

具体电路如图1所示。

种。

本设计采用的是单调谐滤波电路，由电容、电感和电阻串联组成的。

这种调谐电路结构简单，调谐也比较容易。

单调谐滤波电路对 次谐波的阻抗 为
式中：n －谐波的次数；w 1－基波角频率
当滤波电路在 谐振时，滤波器对 次谐波的阻抗最小， ，谐波次数 为
频率即可，本文所设计的高频升压电路的工作频率为20kHz ，因此选取
=10kHz 。

2 逆变电路设计
逆变桥是将直流电转换为50Hz 交流电的关键装置。

本文的所设计的逆
变装置功率较小，对设备器件参数要求略低，所以选用Power MOSFET 作为功率开关器件，可以在完成设计要求的前提下降低整个装置的成本。

图1 对称的推挽升压电路
逆变桥电路设计如图3所示。

图3 带变形
RCD 缓冲电路的逆变桥电路
图2 PWM 生成及稳压控制电路
两路对称的推挽电路，输出结果相叠加，产生高压的交流电，两路变
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移。

在反应堆功率运行的所有工况，应遵守25～50ml(STP)/(kg ·H 2O)的氢器，化容系统的离子交换树脂床也起着过滤器的作用，过滤器在所有除盐浓度限值要求。

床的出口，用来阻止树脂碎粒输入系统。

2.3 氯离子
3.2 离子交换（除硼除锂）
一回路冷却剂中还有氯离子的存在，它的存在会破坏系统表面的氧化冷却剂循环净化系统备有三种离子交换器；除锂离子交换器（H 型阳膜，特别是在系统中有溶解氧的情况下，氯的存在会加速系统的应力腐离子树脂交换器也称阳床）；除硼离子交换器（OH 型阴离子交换器也称阴蚀，因此在反应堆功率运行的所有工况氯离子浓度不宜超过0.15mg/kg 。

床）和混床离子交换器。

压水堆核电厂是由H 型阳离子树脂转成Li 型与2.4 氟离子
OH 型阴离子树脂混合后装入离子交换柱而制成（也称混床）。

它们的主要一回路冷却剂中也有氟离子，它的存在也能引起不锈钢结构材料的应功能在于维持合适的冷却剂水质。

冷却剂需要控制非挥发性强碱（通常指-4力腐蚀破裂。

因此压水堆冷却剂的水质在所有工况都要求氟含量应控制在LiOH ）浓度一般不超过3×10mol/L ，相应的水溶液pH 值小于10.50，以避0.15mg/kg 以下。

免非挥发性强碱浓缩造成锆燃料包壳的腐蚀，为此一回路系统设置了除锂＋2.5 铝、钙、镁和硅
离子交换器，当需要除锂时投入运行。

H 型树脂与Li 的交换反应用化学式冷却剂中的杂质钙、镁、铝和硅会沉积在燃料元件的孔隙内，增加热表示为：
阻，进而使燃料包壳的壁温升高，并加速燃料包壳的腐蚀。

因此，压水堆冷却剂的水质正常运行时要求铝含量应控制在0.1mg/kg 以下，钙含量应控除硼离子交换器的作用在于去除冷却剂中的硼酸。

随着反应堆的运制在0.1mg/kg 以下，镁含量应控制在0.1mg/kg 以下，硅含量应控制在行，核燃料的过剩反应性逐渐下降，冷却剂中硼的浓度也要需要随之逐渐0.2mg/kg 以下。

降低。

在换料周期的寿期初，冷却剂硼浓度较高，用注入清水的方法使硼2.6 悬浮物
酸稀释。

而在寿期末，当硼酸浓度已经较低时，充水稀释将引起大量的冷悬浮态的腐蚀产物会以氧化物的形式沉积在燃料包壳的表面上。

限制却剂排放。

另外，硼回收系统的蒸发器冷凝液需重新作为补给水回堆使悬浮物浓度的目的在于减少因活化腐蚀产物的携带和的再分配而导致的燃用，故水中硼浓度不宜超过10ppm 。

为此，该系统设有OH 型除硼离子床，料包壳表面的沉积和系统放射性积累。

当冷凝液不合格时，通过此阴床进一步除硼。

混合离子交换器的作用是除去冷却剂中各种有害阳、阴离子杂质，截3 反应堆冷却剂杂质控制
留部分腐蚀、磨蚀产物，达到水质净化的目的，另一方面还对放射性污染其控制过程如图3所示：一回路主冷却剂维持一定流量的下泄流，经有去除作用，其放射性的去污因子与冷却剂pH 值有关。

再生和下泄热交换器冷却（图中未画出）及降压后，依次通过前置过滤 3.3 冷却剂脱气
器、混合床离子交换器、阳床离子交换器，经喷咀雾化后喷入容积控制冷却剂除气方法可分为化学和物理两大类。

化学方法往往是针对某种箱，而后再经泵加压通过再生热交换器的被加热侧升温补入一回路冷却剂特定气体的，例如，压水堆一回路初装水是未经除氧的去离子水，故反应系统。

前过滤器除去冷却剂中悬浮腐蚀产物颗粒；离子交换器去除可溶性堆启动时需要添加联氨，进行化学除氧；物理方法适用于惰性气体，以及裂变产物和腐蚀产物；在容控箱中净化流雾化的目的在于除去一回路带来H 2、N 2等混合气体，如热力和真空方法的除气。

的裂变气体产物。

综上所述：压水堆核电厂一回路水化学控制措施为：
1）控制一回路反应堆冷却剂中硼浓度以调节反应堆堆芯的反应性。

2）通过硼酸和氢氧化锂的调节，控制一回路反应堆冷却剂的pH 值。

3）控制一回路冷却剂中氢浓度以抑制水的辐照分解，从而控制冷却剂中溶解氧的浓度。

4）通过化学和容积控制系统的过滤、离子交换和除气，减少一回路反应堆冷却剂中的杂质浓度。

在核电厂的实际运行过程中，各种化学指标控制的更加严格以此来延长电厂的寿命，增强其经济性和安全性。

图3 化学控制原理
参考文献：
3.1 过滤
[1]钱达中、谢学军，核电站水质工程[M].中国电力出版社，2008，33-过滤是一种除去水中悬浮颗粒杂质的常用方法，一回路水的过滤属于34.
超纯过滤范围。

如取多层纤维沉积物，烧结金属和烧结高分子材料的过滤
参考文献：
逆变桥设计的一个关键内容就是保护电路的设计，缓冲电路是保护电[1]刘凤君，现代逆变技术及应用[M].北京：电子工业出版社，2006.
路的一种，与软开关技术相比，具有电路简单、成本低和可靠性高等优[2]Ribiro H, Silva F, Pinto S,et al. Single Stage Inverter for 点。

由于器件的开关损耗随着开关频率的增高成正比例上升，所以本文在PV Applications with One Cycle Sampling Technique in the MPPT 高频桥臂侧引入了由R1、R2、C2、C3、D1、D2构成的变形的RCD 缓冲电Algorithm. 35TH ANNUAL CONFERENCE OF IEEE INDUSTRIAL ELECTRONICS: 路，这种缓冲电路中，缓冲电阻R1、R2的功耗只是由过冲电压分量引起IEEE; 2009. pp. 778-785.
的，缓冲电路的损耗减小，因而能使缓冲电容的容量增大，即使在较高的[3]王鹤、杨宏，光伏系统用小功率逆变电源的现状与展望[J].电源技术开关频率下，缓冲电阻的损耗也很小；因为变形的RCD 只吸收过冲分量，应用，2001，9（9）：458-459.
没有抑制du/dt 的作用，所以引入了C1、C2构成的基本关断缓冲电路来限[4]陈亮、谭伟民，新型LED 太阳能电池直流升压电路的研究[J].上海应用制功率开关管两端电压上升率du/dt[1]。

技术学院学报，2007，7（2）：154-156.
3 结束语
[5]冷雄春、刘百芬、赵晓霞，基于SG3525的新型高压开关电源的研制光伏发电作为新能源开发利用的重要内容，对于解决能源和环境问[J].华东交通大学学报，2007，24（1）：79-81.
题，有着深远的意义。

光伏逆变电源是光伏发电过程中的重要环节，本文作者简介：
对逆变系统的拓扑结构进行了研究之后，设计了以高频升压和全桥逆变为韩翠（1982-），硕士研究生，中国矿业大学，计算机科学与技术学院。

拓扑结构的逆变系统，为太阳能的进一步开发利用起到一定的作用。

（上接第57页）。