3kW家用单相光伏并网逆变系统设计

作者:荆红莉;蒋晓雁;赵鹏 刊名:国外电子测量技术 上传者:毛俊杰

【摘要】为了有效利用太阳能,缓解供电压力,本文提出了适用于家用的3kW小功率单相光伏并网发电系统的设计方案;介绍了光伏并网逆变系统的组成;通过理论分析、计算确定了各部分电路主要元器件的参数;采用电流跟踪的控制策略设计了PI控制的电压、电流双闭环控制系统;利用MATLAB仿真软件对系统进行了建模、仿真。通过仿真实验,验证了该系统能在光照扰动的情况下迅速的跟踪最大功率点,系统并网电流能与电网电压保持同频同相,实现高功率因素的并网要求。

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1引言太阳能发电作为一种全新的电能生产方式,具有清洁环保、资源永不衰竭且维护简单等特点,因而越来越受到广泛关注。美国参议院批准通过的“千万屋顶计划”,日本的“低碳行动计划”,德国的“上网发电”等无不表明世界各国都在优先发展自己的光伏发电技术。我国对大功率光伏发电系统的研究比较少,技术稍显落后。但我国西部光照资源丰富,因此发展户用型小功率光伏并网发电系统对有效利用太阳能,缓解供用电压力具有重要的实际意义。而逆变器是实现光伏并网的核心设备之一,其性能的优劣将直接影响并网效果,本课题给出了家用小功率光伏发电系统的设计方案,重点对两级非隔离并网逆变器进行了研究,通过分析、计算确定了逆变器各部分电路的参数并对逆变器的控制方法进行了设计。2家用并网光伏系统组成户用小功率光伏并网系统,设计为非隔离式两极光伏逆变系统,其硬件结构如图1所示。它是一个可实现单相逆变、带储能环节的可并网光伏发电系统。该系统可根据实际需要实现独立和并网工作两种工作模式。白天光照充分的情况下光伏组件发电,通过DC-DC变换器实现MPPT及直流升压作用,将光伏阵列输出的电能变换为稳定的直流电,并通过单相逆变桥及滤波电路将直流电转化成符合并网标准的交流电。图1中控制器及储能装置的主要作用是当光伏系统受外界因素的影响很大时,采用储能装置将电能储存起来,这不仅可以使系统更加稳定的运行,而且有利于能量回馈的控制[1]。图1家用光伏并网系统组成3光伏并网系统的设计3.1光伏阵列设计系统的光伏阵列是由16块型号为RX-DBG的单晶硅光伏组件组成。其具体参数为:最大输出功率190 W,最佳工作电压36V,工作电流5.2A,开路电压44V,短路电流5.8A。光伏阵列采用8串2并的拓扑结构,系统最高工作电压288 V,最大工作电流10.4A,开路电压352V,短路电流11.6A。根据允许载流量,可选择光伏专用电缆YJVR22-2×2.5 mm2将光伏组件连接至汇流箱[2]。3.2 DC-DC升压电路设计升压部分采用Boost变换电路,通过对Boost电路的设计完成直流电压的变换及MPPT功能。改变Boost电路主开关的占空比即可改变太阳能电池的输出电压,从而实现MPPT功能。根据Boost电路的参数计算公式以及系统的电流纹波要求可得:Lb≥4Udc2·T27ηPpv(1)式中:Ppv为光伏阵列输出功率,η为电流纹波系数,取值0.2。3.3逆变电路的设计逆变器采用单相全桥结构,其中4个主开关采用相同型号IGBT。并网逆变器输出功率为3kW,考虑具备1.1倍的过载能力,流过IGBT的最大电流为15A,则流过开关管的最大峰值电流为21.21A。如考虑到安全余量、寄生参数的影响,选择功率开关管的耐流值为50A以上,耐压值应大于800V。3.4 LC滤波器的设计对于大功率的逆变装置,开关频率不高,所以选用LCL型滤波器进行滤波;而针对本设计3kW的中小功率的逆变器,由于开关频率较高,因此采用LC滤波器以降低滤波器体积的和损耗。1)滤波电感的设计纹波电流ΔI一般取峰值电流的0.15~0.2倍,本设计取0.15。设输出电压为UO,开关管开关周期为T,占空比为D则:ΔI=0.15×槡2PUO(2)根据电感量的计算公式:ΔI=(Udc-Uo)×UoLfcUdc(3)当Uo=Udc/2时,纹波电流有最大值Udc/4Lfc,所以取:L≥Udc4fcΔIm(4)设计中,纹波电流ΔI取3A,开关频率fc=20kHz,Udc=550V,由此可得滤波电感L=2.3 mH,本设计取5mH。2)滤波电容的设计滤波电容和滤波电感共同作用,能够

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