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一种新型小功率光伏并网逆变器设计

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-12-02 浏览次数:629

太阳能作为清洁高效的新能源,目前,已成为新能源发电的重要发展方向。光伏并网逆变器是实现并网发电的关键,其性能直接决定了发电系统的效率及成本。目前,现有光伏并网逆变器成本高、发电效率低、可靠性有待验证,其性能的提升一直是学者研究的重点。氮化镓(GaN)MOSFET作为一种新型材料开关管,具有代替硅半导体和碳化硅半导体的突出性能。本文采用氮化镓(GaN)MOSFET开关器件应用于微型逆变器拓扑结构中,设计了一种新型小功率光伏并网逆变器,具有适应性强、维护方便等优点。

1 整体方案

系统整体方案如图1所示。功率电路中,光伏电池电压经有源钳位并联反激电路实现升压功能,以满足逆变器输入直流300V的要求;逆变器拓补结构采用全桥逆变电路形式,完成与电网电压同频同相的交流电输出;滤波电路对逆变输出波形进行整形,降低纹波,提高并网电能质量;去耦电容隔离光伏电池和后级主电路。控制电路中,PLL锁相环使得逆变器输出与电网的电压同频率同相位,实现并入电网电能的功率因数接近1,提高效率;ADC模块采集各种电流、电压和温度信号;模拟比较器对发生的过压和欠压故障进行快速保护;PWM模块产生的脉冲分别控制反激电路和全桥逆变电路;辅助电源为所有的控制电路供电。

2 硬件实现

所设计的微型逆变器的硬件整体原理如图2所示。微型逆变器的输入直流电压范围为20~45V,输出电压为单相交流电220V,额定功率为300W,最大开路电压约为55V。微型逆变器采用dsPIC33FJ16GS504作为控制器核心,外围有电池电压、反激电流、电网电流、电网电压等6个采样电路,将采集信号输入控制核心,以实现最大功率点追踪(MPPT)、数字锁相环(Phase Lock Loop,PLL)、系统孤岛运转和故障处理等功能。

3 实验结果

采用微型逆变器、光伏电池模拟器、示波器、隔离变压器等搭建微型逆变器的试验平台,开展功能实验。图3为电网电压和逆变器并网电流,图4、图5为系统孤岛运转和故障处理等功能。

实验测试出了实际的并网电压和电流波形,输出电压波形纹波较小,接近理想正弦波,因而,从输出的电压和电流波形可以得出,所设计的微型逆变器样机可以很好地实现并网发电功能。

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