单相两级式光伏并网发电系统的研究与设计

作者:张珍;韦忠朝 刊名:湖北工业大学学报 上传者:陈新瑶

【摘要】设计了一套基于英飞凌XE164单片机的单相两级式500W光伏并网发电系统.分析了系统的结构和控制原理,进行了孤岛保护的软件设计.实验结果表明,可输出稳定的220 V交流电压,实现了光伏系统电流型并网.通过高频变换降低成本,实现装置的小型化.

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第 26 卷第 1 期 湖  北  工  业  大  学  学  报 2011 年 02 月 Vol. 26 No. 1   Journal of Hubei University of Technology Feb. 2011 [收稿日期] 2010 - 11 - 15 [作者简介] 张珍(1987 - ) ,女 ,广西平南人 ,华中科技大学硕士研究生 ,主要研究方向为电力电子技术及电机控制. [文章编号]1003 - 4684(2011)01 - 0020 - 05 单相两级式光伏并网发电系统的研究与设计 张  珍 ,韦忠朝 (华中科技大学电气与电子工程学院 ,湖北 武汉 430074) [摘  要] 设计了一套基于英飞凌 XE164 单片机的单相两级式 500W 光伏并网发电系统. 分析了系统的结构和控制原理 ,进行了孤岛保护的软件设计. 实验结果表明 ,可输出稳定的 220 V 交流电压 ,实现了光伏系统电流型并网. 通过高频变换降低成本 ,实现装置的小型化. [关键词] 光伏并网 ;拓扑 ;控制策略 ;孤岛保护 [中图分类号] TP23 [文献标识码] :A   随着光伏组件价格的不断降低和光伏技术的发展 ,太阳能光伏发电系统将逐渐由现在的补充能源向替代能源过渡. 1  拓扑结构 光伏发电系统可分为独立型光伏发电系统和并网型光伏发电系统. 独立光伏发电系统不与常规电力系统相连 ,变频器由电池供电 ,产生方波或弦波型式的交流输出 ,提供独立系统的用电 ,通常建设在远离电网的边远地区或作为野外移动式便携电源 ,主要目的是解决无电问题. 并网光伏发电系统与电力系统连接在一起 ,直接将太阳能转换的电能馈入电网 ,不需要体积庞大、价格高、不易维护的电池组 ,有如一个独立的小型发电机 ,因此降低了系统运行成本 ,提高了系统运行和供电稳定性. 光伏并网系统的电能转换效率要大大高于独立系统 ,而且随着光伏电池材料的进步与工艺的改进 ,电力电子与控制技术的进步 ,以及未来石油价格上扬等因素 ,以家庭用户与小型发电中心为应用对象的并网型太阳能光伏系统(linetied photovoltaic inverter) 将成为光伏发 电的最合理发展方向. 典型的光伏并网发电系统的结构包括 :光伏阵列、直直变换器(DC2DC) 、直交变换器(DC2AC) 和集 成的继电保护装置(图 1) . 图 1  光伏并网发电系统   设计一个高性能的太阳能功率变换器 ,电路拓扑的选择相当重要 ,因为电路拓扑主要关系着效率、成本、安全以及可靠性. 并网逆变器是光伏并网系统中实现光伏阵列与电网间能量的传递与转换的关键环节. 并网逆变器的作用是当光伏电池的输出在较大范围内变化时 ,能始终以尽可能高的效率将光伏电池输出的低压直流电转化成与电网匹配的交流电流送入电网. 根据能量转换环节的个数可将并网逆变器分为单级结构和两级结构. 1. 1  单级结构 单级结构的并网逆变器省略了 DC/ DC 变换环节 ,由 DC/ AC 环节来实现所有功能. 由于单级式光伏并网逆变系统只有一个能量变换环节 ,这样可提高系统的效率、减小系统的体积和重量、降低系统的造价 ,从而可以减少并网光伏发电系统的造价 ,有利于并网光伏发电系统的推广. 但是 ,控制时既要考虑跟踪太阳能电池最大功率点 ,也要保证对电网输出电流的幅值和正弦度 ,其控制一般较为复杂. 为了实现单级结构 ,目前可采取两种方法 :一种是 DC/ AC 环节与电网之间加入工频变压器(图 2) ,这种方式既可以与电网隔离 ,又可以将逆变器输出波

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