兩級(jí)式單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

1、兩級(jí)式單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案1.1系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際情況，本論文選擇了無(wú)變壓器的兩級(jí)結(jié)構(gòu)，即前級(jí)DC/DC變換器和后級(jí)DC/AC逆變器，兩部分通過(guò)DCIink連 接。前級(jí)的DC/DC模塊采用Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，后級(jí)的DC/AC逆 變器采用逆變?nèi)珮驅(qū)崿F(xiàn)逆變，向電網(wǎng)輸送功率。系統(tǒng)的控制 部分由以TMS320F281為核心的控制單元完成。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 圖如圖3-1所示。圖3-1光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖1.2主電路設(shè)計(jì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖3-5所示。光伏陣列輸出的額定直流電壓為50-80V之間，通過(guò)DC/DC變換器轉(zhuǎn)換為DClink的直流電。后級(jí)的 DC/AC逆變器，采用逆 變

2、全橋，作用是將 DClink直流電轉(zhuǎn)換為220V/50HZ的正弦交 流電，實(shí)現(xiàn)逆變向電網(wǎng)輸送功率。DClink的作用除了連接DC/DC變換器和DC/AC逆變器，還實(shí)現(xiàn)了功率的傳遞。前級(jí)DC/DC變換器，可選擇的形式有降壓式變換電路 (Buck Converter) ，升壓式變換電路 (Boost Converter) ， 升降壓式變換電路 (Boost-Buck Converter) ，庫(kù)克式變換電 路 (Cuk Converter) 等。由于Buck電路的輸入工作在斷續(xù)狀態(tài)下，若不加入儲(chǔ)能 電容，光伏陣列的工作時(shí)斷時(shí)續(xù)， 不能工作在最佳工作狀態(tài)， 加入了儲(chǔ)能電容后，Buck電路功率開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)

3、光伏陣列對(duì)儲(chǔ) 能電容充電，使太陽(yáng)能電池始終處于發(fā)電狀態(tài)，此時(shí)調(diào)節(jié) Buck電路占空比才能有效跟蹤最大功率點(diǎn)，因此儲(chǔ)能電容對(duì) 于利用Buck電路實(shí)現(xiàn)MPP功能是必不可少的，然而在大負(fù)荷 情況下，儲(chǔ)能電容始終處于大電流充放電的狀態(tài)，對(duì)其可靠 工作不利，同時(shí)由于儲(chǔ)能電容通常為電解電容，增大了 MPPT 裝置的體積，使整個(gè)系統(tǒng)變得笨重。此外，后級(jí)DC/AC電路為了能得到正常的輸入工作電壓，前級(jí)的輸出電壓不能太 低，而光伏陣列的電壓隨著日照等因素變動(dòng)較大，其輸出電 壓低時(shí)若通過(guò)Buck電路降壓，則逆變器無(wú)法工作，所以不采 用Buck電路。相比之下， Boost 變換器可以始終工作在輸入電流連續(xù) 的狀態(tài)下

4、，只要輸入電感足夠大，電感上的紋波電流小到接 近平滑的直流電流，因此只需加入通量較小的無(wú)感電容甚至 不加電容，避免了加電容帶來(lái)的弊端。 Boost 電路簡(jiǎn)單，功 率開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方便，因此，選用Boost升壓電路12。1.2.1 前級(jí)(DC/DC電路的工作原理(1) 電路原理圖Boost電路的原理圖如圖3-2所示。Boost電路由開(kāi)關(guān)管Q1,二極管D,電感L,電容C組成。Boost電路的作用是將電 壓Upv升壓Udc，其中，Upv是光伏陣列的輸出電壓，Udc是Boost 電路的輸出電壓。AD iciki圖3-2 Boost電路原理圖(2 )工作過(guò)程在每個(gè)斬波周期內(nèi)，開(kāi)關(guān)管 QI導(dǎo)通、關(guān)斷各

5、一次。開(kāi)關(guān) 管Q1導(dǎo)通時(shí)，等效電路如圖4-3(a)所示，流過(guò)電感L的電流 為iL，在電感未飽和前，電流線性增加，電能以磁能的形式 儲(chǔ)存在電感L中。此時(shí)，由于二極管陽(yáng)極接在電源負(fù)極，二 極管關(guān)斷，電容C只能向電阻RL放電，提供電阻電流iRL。當(dāng)二極管關(guān)斷時(shí)，其等效電路如圖 4-3(b)所示，由于流過(guò)電感的 電流不能突變，電感L兩端的電壓極性改變，此時(shí)，電源和 電感串聯(lián)，向電容和電阻供電。簡(jiǎn)言之，開(kāi)關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí)，二極管反偏，輸出級(jí)隔離，由輸入端向電感提供能量；開(kāi)關(guān) 管Q1斷開(kāi)時(shí)，輸出級(jí)吸收來(lái)自電感和輸入端的能量。VLrrrVx I%電UpvrZ（a） Q1導(dǎo)通,D關(guān)斷（b）Q1關(guān)斷.D導(dǎo)通圖3-

6、3 Boost電路的工作過(guò)程根據(jù)上述分析，列出工作過(guò)程中的關(guān)系表達(dá)式如下：U pv DTs U pv U de 1 DTs 0（3-1）式中，Ts為開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)周期；D為占空比；DTs為開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間；1 DTs為開(kāi)關(guān)管的截止時(shí)間。整理后得1Ude 1 U Pv（3-2）（3 ）工作原理根據(jù)電感電流在周期開(kāi)始是否從零開(kāi)始，是否連續(xù)，可分為連續(xù)的工作狀態(tài)或不連續(xù)的工作狀態(tài)兩種模式。由于電路在斷續(xù)工作時(shí)，電感電流的不連續(xù)意味著光伏陣列輸出的電能在每個(gè)周期內(nèi)都有一部分被浪費(fèi)了，而且紋波也會(huì)大些。因此一般把Boost電路設(shè)計(jì)為連續(xù)導(dǎo)通的工作狀態(tài)122 后級(jí)（DC/AQ電路的工作原理（1）電路原理圖光

7、伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的逆變器采用單相全橋逆變器結(jié)構(gòu)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖4-4所示。圖3-4單相全橋逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（2 ）工作原理如圖4-4所示是單相全橋并網(wǎng)逆變器主電路結(jié)構(gòu)圖， 其中Un t 是電網(wǎng)電壓，-堤輸入的恒定的直流電壓， Us t是逆變器的 輸出電壓，iN t是從逆變器輸出到電網(wǎng)的電流。 Ln為交流輸 出電感，Cdc為直流測(cè)支撐電容，即前級(jí) Boost電路的輸出電 容，T1T4是主開(kāi)關(guān)管，DID4是其反并聯(lián)二極管。對(duì)四個(gè)開(kāi) 關(guān)管進(jìn)行適當(dāng)?shù)腜W控制，就可以調(diào)節(jié)iN t為正弦波，并且與 電網(wǎng)電壓 uN t 保持同相位。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)要求在并網(wǎng)逆變器的輸出側(cè)實(shí)現(xiàn)功率因 數(shù)為 1 ，波形為正弦波，輸出電流與網(wǎng)壓同頻同相，其控制 策略與一般獨(dú)立的電壓型逆變器的控制策略有所不同，如圖3-4 中，每個(gè)開(kāi)關(guān)器件上都反并聯(lián)一個(gè)二極管，起著續(xù)流的 作用。交流側(cè)電感的作用在于：(1) 有效抑制輸出電流的過(guò)分波動(dòng)；(2) 將開(kāi)關(guān)動(dòng)作所產(chǎn)生的高頻電流成分濾除；(3) 由于輸出電感的存在，輸出電流is的基波分量iNi在其上產(chǎn)生一個(gè)電壓jwLI N1，這樣，變換器的輸出電壓 Us的基波Usi 和電網(wǎng)電壓Un之間將產(chǎn)生一個(gè)位移量，通過(guò)PW控