一種新型小功率光伏并網(wǎng)逆變器設(shè)計(jì)

黃杰高　金建良

【摘 要】采用一種新型電力電子器件應(yīng)用于微型逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，對(duì)微型光伏并網(wǎng)逆變器進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了一臺(tái)300W的微型逆變器樣機(jī)，通過(guò)并網(wǎng)試驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，驗(yàn)證了系統(tǒng)的高性能，具有適應(yīng)性強(qiáng)、安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】新能源；光伏并網(wǎng)；微型逆變器

0 引言

太陽(yáng)能作為清潔高效的新能源，目前，已成為新能源發(fā)電的重要發(fā)展方向。光伏并網(wǎng)逆變器是實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵，其性能直接決定了發(fā)電系統(tǒng)的效率及成本。目前，現(xiàn)有光伏并網(wǎng)逆變器成本高、發(fā)電效率低、可靠性有待驗(yàn)證，其性能的提升一直是學(xué)者研究的重點(diǎn)。氮化鎵（GaN）MOSFET作為一種新型材料開(kāi)關(guān)管，具有代替硅半導(dǎo)體和碳化硅半導(dǎo)體的突出性能。本文采用氮化鎵（GaN）MOSFET開(kāi)關(guān)器件應(yīng)用于微型逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，設(shè)計(jì)了一種新型小功率光伏并網(wǎng)逆變器，具有適應(yīng)性強(qiáng)、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

1 整體方案

系統(tǒng)整體方案如圖1所示。功率電路中，光伏電池電壓經(jīng)有源鉗位并聯(lián)反激電路實(shí)現(xiàn)升壓功能，以滿足逆變器輸入直流300V的要求；逆變器拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)采用全橋逆變電路形式，完成與電網(wǎng)電壓同頻同相的交流電輸出；濾波電路對(duì)逆變輸出波形進(jìn)行整形，降低紋波，提高并網(wǎng)電能質(zhì)量；去耦電容隔離光伏電池和后級(jí)主電路。控制電路中，PLL鎖相環(huán)使得逆變器輸出與電網(wǎng)的電壓同頻率同相位，實(shí)現(xiàn)并入電網(wǎng)電能的功率因數(shù)接近1，提高效率；ADC模塊采集各種電流、電壓和溫度信號(hào)；模擬比較器對(duì)發(fā)生的過(guò)壓和欠壓故障進(jìn)行快速保護(hù)；PWM模塊產(chǎn)生的脈沖分別控制反激電路和全橋逆變電路；輔助電源為所有的控制電路供電。

2 硬件實(shí)現(xiàn)

所設(shè)計(jì)的微型逆變器的硬件整體原理如圖2所示。微型逆變器的輸入直流電壓范圍為20～45V，輸出電壓為單相交流電220V，額定功率為300W，最大開(kāi)路電壓約為55V。微型逆變器采用dsPIC33FJ16GS504作為控制器核心，外圍有電池電壓、反激電流、電網(wǎng)電流、電網(wǎng)電壓等6個(gè)采樣電路，將采集信號(hào)輸入控制核心，以實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)追蹤（MPPT）、數(shù)字鎖相環(huán)（Phase Lock Loop，PLL）、系統(tǒng)孤島運(yùn)轉(zhuǎn)和故障處理等功能。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用微型逆變器、光伏電池模擬器、示波器、隔離變壓器等搭建微型逆變器的試驗(yàn)平臺(tái)，開(kāi)展功能實(shí)驗(yàn)。圖3為電網(wǎng)電壓和逆變器并網(wǎng)電流，圖4、圖5為系統(tǒng)孤島運(yùn)轉(zhuǎn)和故障處理等功能。

）實(shí)驗(yàn)測(cè)試出了實(shí)際的并網(wǎng)電壓和電流波形，輸出電壓波形紋波較小，接近理想正弦波，因而，從輸出的電壓和電流波形可以得出，所設(shè)計(jì)的微型逆變器樣機(jī)可以很好地實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電功能。

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[責(zé)任編輯：王楠]