小功率光伏并网逆变器
光伏并网逆变器
光伏并网逆变器是将太阳能电池板或者光伏电池板上的直流电转换成交流电的装置。
现代已经成为了光伏发电行业的核心技术之一。
光伏发电随着技术的不断发展，已经成为了清洁能源领域的主流。
而的出现和发展，使得光伏发电不再是单纯的供给给自己使用的能源，而可以将其余电的多余部分提供给电网使用。
因此，的作用不容小觑。
的核心技术是直流电转换成交流电，这涉及到了电压快速检测、电压控制、功率控制和电网反馈等多个方面的技术。
而这些技术的研究和发展都是为了提高光伏发电的发电效率和产生更稳定的电流。
的应用范围非常广泛。
它不仅可以用于小型的家庭光伏发电系统，也可以用于大型的光伏电站系统。
这样一来，人们不仅可以将自己多余的光伏发电提供给电网，还可以获取像政府太阳能补贴这样的奖励。
除了广泛的应用范围之外，也有许多优点。
首先，它可以将直流发电变成与电网的交流发电相匹配的电流。
其次，可以通过基于数字信号处理器的控制系统和一系列的保护措施，来确保系统的运行稳定。
此外，还可以通过提供数据接口来进行监控和控制光伏发电系统。
的种类也非常多。
其中有普通光伏逆变器，适用于小功率的家庭发电系统。
另外，还有多级光伏逆变器和中央逆变器，适用于大规模的商业和工业光伏电站。
此外，还有微逆变器和功率优化器，可以用于解决光伏电池板之间的阴影问题。
总之，的作用不仅仅是将直流发电变成交流发电，它对于光伏发电的效率和稳定性也有很大的帮助。
随着光伏发电技术的不断发展和推广，相信的性能和技术也会不断提升。
同时，在节能环保方面也有着非常重要的意义，对于推动清洁能源的发展有着不可替代的作用。
单相光伏逆变器KSG3.2~5K DM系列
3680W
4000W
4600W
5000W
额定电网电压
230Vac
额定电压频率
50/60Hz
结构参数
参考尺寸（W/L/D)in mm
329*466*149
环境参数
散热方式
自然散热
防护等级
IP65
单相光伏逆变器KSG3.2~5K DM系列(2路MPPT)
KSG 3.2～5K系列光伏并网逆变器是科士达专为光伏电站特别设计的一款单相组串式逆变器。可灵活应用于分布式发电系统中。它兼具高效以及高可靠度等特点，紧凑的设计以及易于安装的特性。
产品核心卖点
1.DC电压500V。
2.双路MPPT。
3.无风扇免维护安装。
7.高效率拓扑，最高效率＞97.5%。
技术参数
型号
3.2K-DM
3.6K-DM
4K-DM
4.6K-DM
5K-DM
输入参数（DC）
直流最大输入电压/额定输入电压
500Vdc/380Vdc
MPPT电压范围
100~490Vdc
输出参数（AC）
最大输出功率
一款小功率光伏并网逆变器控制
一款小功率光伏并网逆变器控制的设计引言21世纪，人类将面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战。
在有限资源和保护环境的双重制约下能源问题将更加突出，这主要体现在：①能源短缺；②环境污染；③温室效应。
因此，人类在解决能源问题，实现可持续发展时，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源。
太阳能具有储量大、普遍存在、利用经济、清洁环保等优点，因此太阳能的利用越来越受到人们的广泛重视，成为理想的替代能源。
文中阐述的功率为200W太阳能光伏并网逆变器，将太阳能电池板产生的直流电直接转换为220V/50HZ的工频正弦交流电输出至电网。
b5E2RGbCAP系统工作原理及其控制方案1光伏并网逆变器电路原理太阳能光伏并网逆变器的主电路原理图如图1所示。
在本系统中，太阳能电池板输出的额定电压为62V的直流电，通过DC/DC变换器被转换为400V直流电，接着经过DC/AC逆变后就得到220V/50HZ的交流电。
系统保证并网逆变器输出的220V/50HZ正弦电流与电网的相电压同步。
plEanqFDPw图1电路原理框图2系统控制方案图2主电路拓扑图图2为光伏并网逆变器的主电路拓扑图，此系统由前级的DC/DC变换器和后级的DC/AC逆变器组成DC/DC变换器的逆变电路可选择的型式有半桥式、全桥式、推挽式。
考虑到输入电压较低，如采用半桥式则开关管电流变大，而采用全桥式则控制复杂、开关管功耗增大，因此这里采用推挽式电路。
DC/DC变换器由推挽逆变电路、高频变压器、整流电路和滤波电感构成，它将太阳能电池板输岀的62V的直流电压转换成400V的直流电压。
DXDiTa9E3dDC/AC逆变器的主电路采用全桥式结构，由4个MOS管（该管内部寄生了反并联的二极管> 构成，它将400V的直流电转换成为220V/50HZ的工频交流电。
RTCrpUDGiT2.1 DC/DC变换器控制方案图3 DC/DC变换器的控制框图DC/DC变换器的控制框图如图3所示。
光伏并网逆变器工作原理
光伏并网逆变器工作原理
光伏并网逆变器是一种将光伏发电系统产生的直流电转换为交流电并与电网进行连接的设备，其工作原理如下：
1. 光伏发电：光伏电池板将太阳光转换为直流电。
当太阳光照射到光伏电池板上时，光子的能量激发电池中的电子，从而产生直流电。
2. MPPT控制：光伏并网逆变器内部配备了最大功率点跟踪（MPPT）控制器。
MPPT控制器可以监测光伏电池板的输出电压和电流，并通过适当调节输出电流和电压的方式，以最大效率地提取光伏电池板所能提供的最大功率。
3. 直流-交流转换：光伏并网逆变器将从光伏电池板获得的直流电转换为电网所需的交流电。
首先，逆变器内部的整流器将输入的直流电转换为中间直流电，然后通过高频变压器将中间直流电转换为交流电。
4. 同期控制：为了保证光伏发电系统并网运行时能够与电网保持同频同相，光伏并网逆变器内部配备了同期控制器。
同期控制器可以通过监测电网的电压和频率，并相应调整逆变器输出的电流和电压，以确保光伏发电系统与电网保持同步运行。
5. 并网连接：光伏并网逆变器将转换后的交流电与电网进行连接。
逆变器会通过电网侧的保护装置，如断路器和接地装置，确保逆变器与电网之间的安全连接。
通过以上工作原理，光伏并网逆变器能够将光伏发电系统产生的直流电转换为交流电，并将其注入电网中，实现对电网的供电。
并网逆变器简介介绍
针对风力发电系统的特性，并网逆变器需具备低 电压穿越能力，确保在电网故障时能够保持持续 运行。
风能资源最大化利用
并网逆变器配合风力发电机组，实现风能资源的 最大化利用，提高风力发电系统的经济效益。
并网逆变器的发展趋势与前景展望
高效率与高可靠性
智能化与数字化
未来并网逆变器将更加注重提高转换效率 与运行可靠性，降低设备故障率，提高整 个发电系统的经济效益。
各种并网逆变器的特点比较
适用场景不同，各有优缺点。
不同类型的并网逆变器适用于不同的场景和 需求，具有各自的优缺点。单相并网逆变器 适合小型应用，成本低但效率相对较低；三 相并网逆变器适合大型应用，效率高但成本 相对较高；模块化并网逆变器则具有灵活性 和可维护性优势。在实际应用中，需根据具 体需求和预算选择合适的并网逆变器类型。
可靠性：电力电子技术可确保逆变器在宽电压范围内稳定工作，且具有高可靠性和 长寿命。
通过以上核心技术的运用，并网逆变器能够实现高效、稳定、安全的运行，为太阳 能光伏发电系统的并网发电提供重要保障。
04发电系统中的应用
光伏并网逆变器概述
在光伏发电系统中，并网逆变器扮演着关键角色，它将光伏组件 产生的直流电转换为交流电，并同步并入公用电网。
并网逆变器简介介 绍
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目 录
• 并网逆变器概述 • 并网逆变器的类型与特点 • 并网逆变器的核心技术 • 并网逆变器的应用与发展趋势 • 并网逆变器的选择与考虑因素
01
并网逆变器概述
并网逆变器定义
• 并网逆变器，又称并网型逆变器，是一种将直流电转换为交流 电，并使其与电网同步运行的逆变器。它能够把由太阳能、风 能等可再生能源产生的直流电转换为与电网兼容的交流电，实 现向电网输送电能的功能。
光伏并网逆变器简介
U`L1,2,3 UL1,2,3
Power supply
DC Filter
Control System
RS485 RS485 PC
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AC Filter
二.光伏并网逆变器的输入输出特性
光伏并网逆变器的输入能量为太阳电池阵列转换的太阳能， 所以，其动态性很强，受日照，天气，季节，温度影响较大。
常见的mppt跟踪方法有以下几种： 定电压跟踪法，扰动观察法，电导增量法，扰动 观察与定电压结合法等
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二.光伏并网逆变器的输入输出特性
定电压跟踪法： 将光伏电池输出电压控制在其最大功率点附近的 某一定电压处，光伏电池将获得近似的最大功率输出， 这种控制就是定电压跟踪法，其实际上是一种开环的 MPPT算法。
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二.光伏并网逆变器的输入输出特性
扰动观察法： 扰动光伏电池的输出电压（或电流），然后观测光 伏电池的输出功率的变化，根据功率变化的趋势连续改 变扰动电压（或电流）方向，使光伏电池最终工作在最 大功率点。
电导增量法： 通过比较太阳能电池阵列的瞬时电导与电导的变化量, 根据比较结果进行相应的调制来完成最大功率点跟踪的 功能。
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二.光伏并网逆变器的输入输出特性
从中图（a）中，可以看出 短路电流近乎与日照强度 成正比增加，开路电压随 着日照强度的增大而略微 增加。随着日照强度的降 低，总体效果会造成太阳 能电池的输出功率下降如 图（b）；从图（c）中可 以看出，温度上升使太阳 电池开路电压下降，短路 电流Isc则轻微增大。总体 上，温度升高会造成太阳 能电池的输出功率下降， 如图（d）所示。
单相小功率高频并网逆变器的研制
摘 要 ：笔 者 介 绍 了 光 伏 并 网 逆 变 器 的 系 统 结 构 ， 给 出 了 系 统 中 主 要 无 源 器 件 的 设 计 方 法 ． 同 时 设 计 了 以
（ １ ． Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｊ ｉ ｎ ｇ ｙ ｉ Ｒ ｅ ｎ ｅ ｗ ａ ｂ ｌ ｅ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｅｅ ｎ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｂ ｅ ｊ ｉ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ０ ９ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
Ｔ Ｍ￥ ３ ２ ０ Ｆ ２ ８ ３ ３ ５为 核 心 的控 制 系统 ， 控 制 算 法 中加 入 了 ＭＰ 控制 ， 为 了保 证 并 网 电 流 实 时 跟 踪 电 网 电 压 的 相 位 ． 采
用 了软 件 锁 相 环 （ Ｓ Ｐ Ｌ Ｌ） ； 最后 。 通 过 实验 验 证 了设 计 的 可行 性 。
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｖ ｏ ｈ ａ ｉ ｃ （ ｐ ｖ ）ｇ ｒ ｉ ｄ － ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ， ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ － ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｌ ｏ ｗ－ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｈ ｉ ｇ ｈ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｇ ｒ ｉ ｄ － ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ
小功率单相并网逆变器并网电流的比例谐振控制
小 功 率 单 相 并 网 逆 变 器 并 网 电 流 的 比例 谐 振 控 制
马 琳 金 新 民 唐 ， ， 芬 梁京 哲２ ，
（． １北京交通大学 电气 工程 学院 ， 北京 １０ ４ ； ． ０ ０ ４ ２ 北京 航天发射技术研究所 ， 北京 １ ０７ ） ０ １６
摘
要 ： 对 小功 率单相 并 网逆 变 器传 统 网压前馈 的 Ｐ （ 针 Ｉ比例 积 分 ） 控制 器 在跟 踪 正 弦 电流 指令 时
第３ ４卷 第 ２期
２ｌ ０ Ｏ年
大
学
学
报
Ｖｏ ． ４ Ｎｏ ２ １３ ．
ＡｒＴ ０１ Ｉ．２ Ｏ
ＯＵＲＮＡＬ ０Ｆ Ｂ ＪＮＧ Ｉ ＥＩＩ ＪＡ０ＴＯＮＧ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ Ｉ
文章编号 ：６ ３０ ９ （０ ０ ０ ．１ ８ ５ １７ ．２ １２ １ ）２０ ２ ． ０
验平台， 对理论分析结果进行验证． 结果表明 Ｐ Ｒ控制器在单相并网电流控制更具有优越性 ． 关键 词 ： 单相 并 网逆 变器 ； 比例谐振 控制 ； 电流环控 制 ； 闭环控 制 双 中图分类号： Ｍ６５ Ｔ ４４ Ｔ １ ； Ｍ ６ 文献标志码 ： Ａ
Ｐｒ ｐ ｒｉ ｎａ — ｓ ｎ ｎ ｉｄ Ｃｏ ｎｅ ｔｄ Ｃｕ ｒ ｎ ｎ ｒ ｌ ｏ ｏ ｔｏ ｌＲｅ ｏ ａ ｔＧ ｒ － ｎ ｃ ｅ ｒ ｅ ｔＣｏ ｔｏ
ａ ｄｌ ｉ ｄｄｓ ｒａｃ ｊｃｉ ａａ ｉｔ ， ｎ ｏｅ ｃ ｒ ｎ ｏ ｔ ｌｃ ｅ ａ ｄＰ Ｐ ｏ ｏｔ ｎｌ ｎ ｍ ｔ ｉ ｕｂ ｎｅｒ ｅｔ ｎｃｐ ｂｌｙ ｏ ｅ ｖ ｌｕ ｒ ｔ ｎｒ ｈ ｍｅ ｍｅ Ｒ（ ｒｐ ｒｉ ａ— ｉ ｅ ｔ ｅ ｏ ｉ ｎ ｅ ｃ ｏｓ ｎ ｏ
太阳能光伏并网逆变器的设计原理框图
随着生态环境的日益恶化，人们逐渐认识到必须走可持续发展的道路，太阳能必须完成从补充能源向替代能源的过渡。
光伏并网是太阳能利用的发展趋势，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，并网逆变器是核心部分。
目前并网型系统的研究主要集中于DC-DC 和DC-AC两级能量变换的结构。
DC-DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点;DC-AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。
其中DC-AC 是系统的关键设计。
太阳能光伏并网系统结构图如图1所示。
本系统采用两级式设计，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协调完成。
图1 光伏并网系统结构图逆变器的设计太阳能并网逆变器是并网发电系统的核心部分，其主要功能是将太阳能电池板发出的直流电逆变成单相交流电，并送入电网。
同时实现对中间电压的稳定，便于前级升压斩波器对最大功率点的跟踪。
并且具有完善的并网保护功能，保证系统能够安全可靠地运行。
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公司的TMS320F2812为核心，可以实现反馈信号的处理和A/D转换、DC/DC变换器和PWM逆变器控制脉冲的产生、系统运行状态的监视和控制、故障保护和存储、485通讯等功能。
实际电路中的中间电压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。
控制板主要包括：CPU及其外围电路，信号检测及调理电路，驱动电路及保护电路。
其中信号检测及调理单元主要完成强弱电隔离、电平转换和信号放大及滤波等功能，以满足DSP控制系统对各路信号电平范围和信号质量的要求。
驱动电路起到提高脉冲的驱动能力和隔离的作用。
保护逻辑电路则保证发生故障时，系统能从硬件上直接封锁输出脉冲信号。
在实现同频的条件下可用矢量进行计算，从图3可以看出逆变器输出端存在如图3a所示的矢量关系，对于光伏并网逆变器的输入端有下列基本矢量关系式：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。
小功率并网逆变器变大功率输出使用说明
防 雷 低 压
国 家 电 网
配
电
柜
雷高 压 合 闸 及 防
大型升压变压器
小功率微型逆变器的概论和应用
微型逆变器的概念提出已经是有些时日了，但在2008年之前，并没有引起再生能源产业界人士太多关注。 就优化太阳能系统的效率和可靠性而言，一种较新的手段是采用每个太阳能板连接一台微型逆变器（Micro-inverter）。 为每块太阳能面板配备单独的微型逆变器使得系统可以适应不断变化的负荷和天气条件，从而能够为单块面板和整个系统 提供最佳转换效率。微型逆变器架构还可简化布线，这也就意味着更低的安装成本。通过使太阳能发电系统更有效率， 投入太阳能发电系统的成本所需的时间将会缩短。再者，因为安装一套大功率逆变器的太阳能发电投入太高，很难在广大的， 以家庭为单位的普罗大众中应用。所以，直接输出正弦波电流并且直接能并网的微型逆变器得到了越来越多人士的重视。 以民用家居式的太阳能发电来说，很多时候白天不在家，家居用不完自家太阳能发出的电量，这时候家居所发出的电能 就近上传到电网供其它用户使用，发电最终将实现并网运行，才是达到用电户与电网运营商双赢的局面，太阳能并网逆变 系统正在成为光伏发电的主流。它将会是以化整为零的方案，向家庭微型太阳能发电系统进化，相对于大功率逆变器的高 成本投入，微型逆变器对于家庭或个人的绿色能源梦不再遥不可及，而变成了家家可装，人人可参与的环保现实生活。 盛扬微型逆变器不同于传统大功率集中式逆变器，微型逆变器的输入电压要求低，输出的功率小；因为一般单块光伏板 输出的电压为18-36VDC，而功率也只有100W-250W左右。正因为微型逆变器是专门针对单块光伏板而设计，所以，它的最大 功率追踪只针对单块光伏板，功率锁定可以低至5W左右，换而言之，它的抗光伏板污糟和阴影能力超强，即使阴天或夏季 小雨天气，它一样能输出交流电，只要太阳能板仍有电流输入！它的体积可以很小，并且，微逆变器因为体积小，可以随意 就近安装在光伏板输出旁边，安装简单方便，没有DC损耗和更多的布线成本。同时，因为微型逆变器是直接输出与民用电 相同的正弦波电流，它可以直接并入家庭电网中，自用或多余的就上传市电电网，卖电给供电电网运营商。作为环保省电 来说，这是最好的家庭屋顶推广计划方案。每个家庭或个人，都可以按当时自身的财力和需求，安装多些或少些。因为 微型逆变器可以安装在光伏板背面，直接输出交流电，无论安装多大的光伏阵列，也只需布线一组输电电缆。安装和日后 想要扩展都非常方便。微型并网逆变器的出现，让家家都能利用绿色环保的太阳能/风能发出的交流电的屋顶太阳能计划， 和阳台太阳能计划变得更为现实。下面是微型逆变器的几种使用方式的连接示意图。
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EA 产品与技术 系统 ＆ 装置
光伏电池的输出电压 Ｕｄｃ 在任何太阳照度及温度下 都能实 时地保持相应的最大功率点所对应的电压值 就可以保证在 任何瞬间都输出其最大功率 通过对光伏电池当前输出电压 与电流的检测 得到当前光伏电池输出功率并与已存储的前 一时刻光伏电池功率相比较 舍小存大 再检测并比较 如 此不停地周而复始 便可使光伏电池动态地工作在最大功率 点上 本系统通过控制 Ｕｒｅｆ 的值来跟踪光伏电池的最大功率 点 具体实现方法如图 ７ 软件框图所示 从而可实时搜索到光 伏电池的最大输出功率点并动态地保持它
试 验 结 果
根据以上控制原理方案 已搭建好了一套额定 ５００ Ｗ 的光伏并网试验装置 因为输出电流较小 所以采用在电 流钳上绕 ６ 匝的方法测量 输入电压为 ５０ １００ Ｖ 图 ６ 为 使用电能质量分析仪得到的一组并网试验波形 其实时功 率为 １．２５ ｋＷ 功率因数为 ０．９７ 频率为 ５０．１ Ｈｚ 从波形 图可以看出并网电流与网压同频 功率因数接近 １ 误差很
电转换成为 ２２０ Ｖ ５０ Ｈｚ 的工频交流电 图 ４ 为光伏逆变器 的结构框图
ＤＣ ＡＣ 逆变器
电感滤波
电网
检测电池 电压
脉冲驱动 电路
检测输出 电流
同步信号 检测电路
ＴＭＳ３２０Ｆ２４０
检测电网 电压
图４ ＤＣ ＡＣ变换器的控制框图
３．并网同步的实现 并网的关键是要求输出正弦电流与电网电压同频 同相 要做到这一点 首先要产生同步信号 将电网电压信号经滤 波 整形产生同步方波信号 同步方波信号输入 ＤＳＰ 的外部 中断口 ＸＩＮＴ１ 捕捉电网电压的过零点 当 ＤＳＰ 检测到同步 信号的上跳沿时 便产生同步中断 在同步中断中 正弦指 针复位到零 然后每当 Ｔ１ 下溢时 正弦指针加 １ 另外由于同步信号易受干扰 因此在软件上还要加入滤 波程序 产生了同步信号 正弦表指针同网压同步 将 ＰＩ 调 节后得到的电流指令ｉｄ与正弦表指针所对应数据相乘 形成幅 值可调的正弦电流指令 Ｉ 通过闭环控制使输出的电流跟踪
就实现了光伏电池输出电压基本工作在 Ｕｒｅｆ 附近 系统输出正 弦电流波形幅值为 ｉｄ
ＶｄｃＩｄｃ 最大功率 Ｖｒｅｆ 点追踪器 Ｖｄｃ
ｉ
ｉ＊ Ｎ（ｔ）
ＰＩ 调节 ｄ
ｓｉｎ（ ｔ） 控制
ｉＮ（ｔ） Ｐ 调节 ｕＮ（ｔ）
ＰＷＭ 产生
图３ 电流追踪控制原理框图
光伏并网系统的设计
１．ＤＣ ＤＣ 变换器设计
光伏并网逆变器的控制方法
Ｄ Ｃ Ａ Ｃ 逆变器的控制是光伏并网逆变器的核心和难 点 下面重点分析此逆变器的控制原理 策略和实现的方法
１．控制理论的推导
在实现同频的条件下 可用矢量进行计算 从图 １ 可以
看出逆变器输出端存在如图 ２ａ 所示的矢量关系 对于光伏并
网逆变器的输入端 存在如公式（１）的基本矢量关系式
１１４ ｜ 电气时代 ２００６ 年第 ３ 期
图１ 主电路拓朴
ｊ ＬＩ Ｎ
ｊ ＬＩＮ
Ｒｓ ＩＮ
Ｕ
ＵＳ
ＵＮ
ＵＳ
Ｎ
ＩＮ
Ｉ Ｎ
（ａ）
（ｂ）
图２ 控制矢量图
在网压ｕ 为一定的情况下 ｉ 幅值和相位仅由光伏并
Ｎ（ｔ）
Ｎ（ｔ）
网逆变器输出端的脉冲电压中的基波分量 ｕＳ（ｔ）的幅值及其与
网压ｕＮ（ｔ）的相位差来决定 改变ｕＳ（ｔ）的幅值和相位 就可以控
ｒｅｆ
正弦电流指令实现电流跟踪控制 这样就实现了输出电流与 网压同频 同相
４．最大功率点的跟踪 光伏电池的 Ｐ Ｕ 特性和 Ｉ Ｕ 特性如图 ５ａ ｂ 所示 我 们可以看出光伏电池的最大功率输出点是随光强和温度的变 化而变化的 因此 为充分利用太阳能 系统必须实现最大 功率点的跟踪 最大功率点的跟踪实际上是一个自寻优过程 只要保持
系 统 结 构
太阳能光伏并网逆变装置的主原理图如图 １ 所示 在本 系统中 太阳能电池板输出的额定电压为 ５０ １００ Ｖ 的直流 电通过 ＤＣ ＤＣ 变换器被转换为 ４００ Ｖ 直流电 接着经过 ＤＣ
ＡＣ 变换器逆变后就得到 ２２０ Ｖ ５０ Ｈｚ 的交流电 并且保 证并网逆变器输出的 ２２０ Ｖ ５０ Ｈｚ 正弦电流与电网的相电压 同步 为了便于实现 ＭＰＰＴ 的控制方案 两部分采用同一个控 制芯片 ＴＭＳ３２０Ｆ２４０ 作为控制芯片进行协调控制 便于系统 的统一控制和实现最大功率点的追踪 因为此系统是设计为 小功率并网应用 所以太阳能电池列阵的输出电压较低 只 有 ５０ １００ Ｖ 之间 不便于直接进行逆变并网 根据系统的 输入输出特点 整个变换器分为两级 前级的 ＤＣ ＤＣ 变换 器和后级的 Ｄ Ｃ Ａ Ｃ 逆变器
EA 产品与技术 系统 ＆ 装置
文 ／ 北京交通大学电气工程学院 王守仁 金新民 杨海柱
小功率光伏并网逆变器
该光伏并网逆变器由 ＤＣ ＤＣ 变换器与 ＤＣ ＡＣ 变换器两部分组成 应用升压斩波 ＳＰＷＭ 技术等技术将光伏电池电压逆变成标准的正弦单相 ２２０ Ｖ ５０ Ｈｚ 交流电压 两部分 采用同一个数字芯片 ＴＭＳ３２０Ｆ２４０ 来控制 能确保逆变电源的输出功率因数接近 １ 输出电 流为正弦波形
小 试验证明本系统设计合理 实现了并网电流与网压同频 同相的并网发电
本文介绍的小功率光伏并网逆变器采用采用改进的固定 开关频率的电流控制并网控制方案 使输出功率因数接近 １ 采用 ＴＭＳＦ３２０Ｆ２４０ 作为主要控制芯片 使系统具有很好的动 态响应 设计具有跟踪光伏电池最大功率点的功能 充分利 用能源 采用改进的固定开关频率的电流控制方法使输出电 流跟踪误差明显减小 通过实验证明该控制方法的正确性并 已使系统工作稳定可靠 性能良好 EA
我国正处在经济转轨和蓬勃发展期 而能源问题将更加 突出 主要体现在 能源短缺 环境污染 温室效应 实现可持续发展 只能依靠科技进步 大规模地开发利用可再 生洁净能源 而太阳能具有储量大 普遍存在 利用经济 清 洁环保等优点 因此太阳能的利用越来越受到人们的广泛重 视 本文介绍了一种新颖的太阳能光伏电池并网逆变器 它将 太阳能电池板产生的直流电直接转换为 ２２０ Ｖ／５０ Ｈｚ 的工频正 弦交流电输出至电网 本文介绍了该太阳能光伏并网逆变器装 置的电路结构并重点论述了逆变器部分的控制原理和方法
图６ 并网电压与电流波形
开始
检测光伏电池 输出电压电流
计算输出功率 Ｐ（ｋ）
检测光伏电池 输出电压电流
Ｎ Ｐ（ｋ） Ｐ（ｋ １）
Ｙ Ｙ ａ（ｋ １） ０ Ｎ
ａ（ｋ） Ｖ
ａ（ｋ）
Ｖ
Ｙ ａ（ｋ １） ０ Ｎ
ａ（ｋ）
Ｖ
ａ（ｋ） Ｖ
Ｕｒｃｆ（ｋ） Ｕｒｃｆ（ｋ １） ａ（ｋ）
图７ 最大功率点实现框图
ＤＣ ＤＣ 变换器的逆变电路可选择的型式有半桥式 全
桥式 推挽式和 Ｂｏｏｓｔ 式 考虑到输入电压较低 如采用半桥
式则开关管电流变大 输出电压太低 而采用全桥式则控制
复杂 开关管功耗增大 因此这里采用结构简单 控制方便
的 ＢＯＯＳＴ 升压电路 它将太阳能电池板输出 ５０ １００ Ｖ 的直
流电压转换成 ４００ Ｖ 的中间直流电压． 为保持 ＤＣ ＤＣ 变换
本系统采用 ＰＬＣ 控制笆斗式清污机实现了取水口杂物清 除的自动化 大大提高了工人的操作效果 通过计算机可方
图３ 上位机界面
便地观察到取水处的情况 还可以实现远程操作 提高了自 动化水平 通过运行表明该系统具有很好的稳定性 可靠性 和可维护性 达到了当初的设计要求 EA
（收稿日期 ２００５．１１．１５）
制输入电流 ｉ 和 ｕ 同相位 ＰＷＭ 整流器输入侧存在一个
Ｎ（ｔ）
Ｎ（ｔ）
矢量三角形关系 在实际系统中 ＲＳ 值的影响一般比较小 通
常可以忽略不计 得到如图 ２ｂ 所示的简化矢量三角形关系
即公式（２）
１１２ ｜ 电气时代 ２００６ 年第 ３ 期
系统 ＆ 装置 EA 产品与技术
ｕＳ（ｔ） ｕＮ（ｔ） ＬｄｉＮ（ｔ）／ｄｔ （２） 在一个开关周期内对上式进行周期平均并假设输入电流
最大功率点
Ｐ／Ｗ
１ｐ．ｍ
３
２ ３ｐ．ｍ
１
５０ １００ Ｕ／Ｖ
（ａ）Ｐ Ｕ 特性
Ｉ／Ａ
１ｐ．ｍ
３
２
３ｐ．ｍ
１
５０ １００ Ｕ／Ｖ （ｂ）Ｉ Ｕ 特性
图５ 光伏电池特性
电气时代 ２００６ 年第 ３ 期 ｜ １１３
ＵＮ ＵＳ ｊ Ｌ ＩＮ ＲＳ ＩＮ （１）式中 Ｕ电网基波电压幅值 NhomakorabeaＸ
Ｕ 逆变器输出端基波幅值 Ｓ
太阳能 电池阵列
Ｌ１
Ｖ １
ＶＴ３
ＶＴ
Ｃ
ＶＴ４
Ｖ ５ ＶＴ５
Ｖ ６ＶＴ ６
Ｖ７ Ｕ
ｓ
Ｌ２
Ｕ
２２０ Ｖ／５０ Ｈｚ
Ｎ
ＩＮ Ｖ８
（收稿日期 ２００５．０７．２２）
（上接第１１１页） 制的需要 增设了测试按钮和反馈信号指示灯 按动某功能 按钮 程序就从串行口发出响应的命令字符串 等收到 ＰＬＣ 正确的返回信息后 该按钮上方的反馈信号指示灯就会由红 色变成绿色表示通信成功 同时在信息窗口中也会显示 写 出成功
系统在调试过程中 遇到了两个主要问题 一是由于安 装在悬臂前端的采集开关有损而使清污机不能正常放下笆斗 修整后正常工作 二是在远程控制调试时 由于控制和监视 查询发送字符串调用的是同一个发射程序 出现了远程控制 和监视争夺串行口的问题 使得上位机经常出现写出错或读 不到数据 经过反复试验 在控制和监视查询两部分程序中 加入互锁程序 解决了问题
追踪法
２．控制框图
图 ３ 所示的控制框图中参考电压 Ｕｒｅｆ与光伏电池实际输出 电压 Ｕｄｃ 相比较后 其误差经 ＰＩ 调节得到电流指令 ｉｄ 再与正 弦波形相乘得到正弦指令ｉ ＊ ｉ ＊ 与实际输出的电流相比较