太阳能光伏并网逆变器的设计原理框图

跟着生态环境的日趋恶化，人们渐渐认识到一定走可连续发
展的道路，一定达成从增补能源向代替能源的过渡。

光伏并
网是太阳能利用的发展趋向，光伏发电系统将主要用于调峰
电站和屋顶光伏系统。

在光伏并网系统中，并网是中心部分。

当前并网型系统的研究主要集中于DC-DC和 DC-AC 两级能量变换的构造。

DC-DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其追踪最大功率点;DC-AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获取单位功率因数。

此中DC-AC 是系统的重点设计。

太阳能光伏并网系统构造图如图 1 所示。

本系统采纳两级式设计，前级为升压斩波器，后
级为全桥式逆变器。

前级用于最大功率追踪，后级实现对并网电流的控制。

控制都是由DSP芯
片 TMS320F2812 协调达成。

图1 光伏并网系统构造图
逆变器的设计
太阳能并网逆变器是并网发电系统的中心部分，其主要功能是将发出的直流电逆变为单相沟
通电，并送入电网。

同时实现对中间电压的稳固，便于前级升压斩波器对最大功率点的追踪。

而且拥有完美的并网保护功能，保证系统能够安全靠谱地运转。

图 2 是并网逆变器的原理图。

图2 逆变器原理框图
控制系统以TI 企业的TMS320F2812 为中心，能够实现反应信号的办理和A/D 变换、
DC/DC 变换器和PWM 逆变器控制脉冲的产生、系统运转状态的监督和控制、故障保护和存
储、 485 通信等功能。

实质电路中的中间电压VDC、网压、并网电流和太阳能电池的电压
电流信号采样后送至F2812 控制板。

控制板主要包含：CPU及其外头电路，信号检测及调治电路，驱动电路及保护电路。

此中信号检测及调治单元主要达成强弱电隔绝、电平变换和信号放大及滤波等功能，以知足DSP 控制系统对各路信号电平范围和信号质量的要求。

驱动
电路起到提升脉冲的驱动能力和隔绝的作用。

保护逻辑电路则保证发生故障时，系统能从硬
件上直接封闭输出脉冲信号。

在实现同频的条件下可用矢量进行计算，从图 3 能够看出逆变器输出端存在如图3a 所
示的矢量关系，关于光伏并网逆变器的输入端有以下基本矢量关系式：
Vac=Vs+jωL·IN+RS·IN (1)
式中 Vac—电网基波电压幅值，Vs—逆变器输出端基波幅值。

图 1 光伏并网系统构造图
图 3 控制矢量图
在网压 Vac(t)为必定的状况下，IN(t) 幅值和相位仅由光伏并网逆变器输出端的脉冲电压
中的基波重量 Vs(t)的幅值，及其与网压 Vac(t)的相位差来决定。

改变 Vs(t)的幅值和相位就能够
控制输入电流 IN(t) 和 Vac(t)同相位。

PWM 整流器输入侧存在一个矢量三角形关系，在实质系统中RS 值的影响一般比较小，往常能够忽视不计获取如图 3b 所示的简化矢量三角形关系，即下式：
(2)
在一个开关周期内对上式进行周期均匀并假定输入电流能在一个开关周期内追踪电流
指令即可推导出下式：
(3)式中 K= L/TC， TC 为载波周期。

从该模型即能够获取本系统所采纳的图 4 所示的控制框图。

此方法称为鉴于改良周期均匀模
型的固定频次电流追踪法。

图 4 逆变器控制框图
逆变器的控制框图中参照电压Vref 与光伏电池实质输出电压VDC对比较后，偏差经 PI 调理获取电流指令 I* ，再与正弦波形相乘获取正弦指令Iref ，Iref 与实质输出的电流对比较后，偏差经 P 调理后获取的值 (物理意义上就相当于逆变器输出侧电感上产生的电压)与网压Vac(t)相加获取的波形与三角波比较，便产生了 4 路 PWM 波控制逆变器开关管的通断，这
样就实现了光伏电池输出电压基本工作在Vref 邻近，系统输出正弦电流波形幅值为I* 。

方案中对并网电流的采纳了固定开关频次的控制方法。

固定开关频次控制是将电流偏差
P 调理后作为调制波与三角载波比较产生PWM 波。

其弊端是一定与实质电流存在偏差才能
产生 PWM 波。

所以在固定开关频次控制的基础上有所改良，加人了沟通侧网压Vac 的计算，
即电流偏差信号 Iref 经过 PI 调理后与 Vac 相加，获取的值再与三角载波进行比较。

Δi在物
理意义上就相当于逆变器输出侧电感上产生的电压。

i ×P与 Vac 之和，就相当于逆变器输出脉冲电压，这样组成的矢量图与逆变器输出向量图一致。

改良的固定开关频次的控制策略在
保持原有长处的同时，电流追踪偏差显着减小，改良了PWM 整流器的电流追踪性能。

最大功率追踪和反孤岛效应的检测
MPPT 控制的最总目的在于动向的找寻太阳能电池板的最大功率点。

常用的方法有固定
电压追踪法、扰动观察法、导纳微增法和间歇扫描追踪法。

本文采纳的是最后一种方法。

这
种方法的原理是准时扫描太阳能电池板阵列的输出功率，而后逐次比较，直到追踪到最大功
率点。

因为电池板最大功率点受光照的影响变化不是很强烈，所以笔者对这类方法进行了改
进，只要要在最大功率点邻近搜寻扫描即可找到最大功率点。

改良后的间歇扫描法控制既保持了
追踪的控制精度又提升了系统运转的稳固性。

所谓孤岛效应就是当电力企业的供电系统，因故障事故或停电维修等原由此停止工作
时，安装在各个用户端的光伏并网发电系统未能即时检测出停电状态而快速将自己切离市
电网络，因此形成了一个由光伏并网发电系统向四周负载供电的一个电力企业没法掌握的
自给供电孤岛现象。

其详细实现思想就是:系统经过软硬件电路周期性地检测出相邻两次电网电压过零点的
时辰，计算出电网电压的频次f，而后在此频次 f 的基础上引入偏移量△f,最后将频次(f士△f) 作为输出并网电流的给定频次，而且在电网电压每次过零时使输出并网电流复位。

那么，当电网无故障时，负载上的电压频次即为电网电压频次，所以DSP 每次检测到的电网电压频
率基本不变 ;而当市电脱网时，光伏阵列的输出并网电流独自作用于负载上，因为输出并网
电流频次的逐周期偏移，所以，DSP每次检测到的负载电压频次就会相应地改变，这样，就
形成了给定输出并网电流频次的正反应，使得负载电压的频次很快就会超出频次保护的上、
下限值，进而使系统有效检测出市电脱网，所以，主动频次偏移法使系统拥有了优秀的反孤
岛效应功能。

实验结果
依据以上设计方案，已在搭建达成额定功率100-300V，输出并网电流为。

输出功率约为
的光伏并网实验样机。

输入为
1kw，频次为50Hz。

并网电流与电网电压
同同样频，功率因数靠近为1。

实验波形如图 5 所示。

图5 1500W 实验时输出电流电压波形
结语
当前已经制作出2KW 的实验样机，并已达成1500W 的并网实验。

本文介绍的小功率光
伏并网逆变器采纳改良的固定开关频次的电流控制并网方案，使输出功率因数靠近为1。

采用 TMS320F2812 作为控制芯片，使系统拥有很好的动向相应，保护完美，提升了并网效率。

运用了拥有最大功率追踪和反孤岛效应的软件设计，经过实考证明该系统工作稳固靠谱，性能优秀。