500W微网逆变器系统设计.pdfVIP

随着人类社会的发展，太阳能作为一种巨量的可再生能源，引起了人们的重视。太阳能光伏 利用的主要形式为太阳能光伏并网系统，在此背景下，研究人员在太阳能光伏并网系统的硬 件设计、控制算法研究、系统仿真等方面进行了深入探索。 500W 微网逆变器系统设计 微网逆变器系统将可再生能源（如太阳能，风能，水能，地热能，生物质能等）转变为 与电网同频、同相的交流电，优先输送给当地负荷供电，剩余的电能馈入电网。微网逆变器 系统主要包括：光伏组件，蓄电池组，蓄电池充放电设备，DC/DC 变换器，微网逆变器， 静态开关等。 500W 微网逆变器系统结构图 1.微网逆变器设计 微网逆变器是微网逆变器系统中的关键部分。微网逆变器输出为三相交流电，具有并网 和独立运行两种工作模式。微网逆变器主电路采用智能功率模块进行逆变，产生三相交流电 通过三相变压器进行隔离升压，并变成三相四线输出。 2.静态开关和电能计量设计 静态开关是微网逆变器系统中的重要组成部分。静态开关由三组双向可控硅、两个空气 开关以及一个断路器组成，其闭合和断开的驱动信号由 DSP 产生。 3. DC/DC 变换器方案设计 DC/DC 变换器采用 Boost 拓扑，实现直流电压的升压功能和蓄电池的最大功率点跟踪 （MPPT ）。PWM 驱动信号由 DSP 产生，通过采集太阳能电池板的输出电压和电流，计算 瞬时输出功率，不断与前一时刻的输出功率相比较，来跟踪太阳能电池板的最大输出功率。 4.蓄电池充放电设备设计 蓄电池充放电设备的硬件电路采用 Buck-Boost 拓扑，驱动信号由 PIC 单片机产生。充 电时根据当前蓄电池状态，启用均充模式或者浮充模式，实现对蓄电池的智能化充电。当系 统需要蓄电池放电时，由 PIC 单片机产生 PWM 驱动脉冲，实现蓄电池对负载的放电。 500W 微网逆变器电路设计 系统的硬件总体图 1.主控制芯片的选择 控制芯片要实现的功能有：对检测信号进行 A/D 转换；产生 PWM 波形；完成 MPPT ； 电能计量和反孤岛效应的计算过程。控制电路的核心器件采用美国 TI 公司的 TMS320F2812DSP （简称2812 ）。 2. 逆变器的设计 逆变器是光伏并网发电系统的核心部件，选择高可靠性的逆变模块是电路正常工作的必 要条件。IPM 故障输出信号封锁 IPM 的控制信号通道，软件保护不需要增加硬件，简便易 行，但可能受到软件设计和计算机故障的影响；硬件保护则反应迅速，工作可靠。应用中软 件与硬件结合的方法能更好的弥补 IPM 自身保护的不足，提高系统的可靠性。IR2130 是 600V 以下高压集成驱动器件，它具有六路输入信号和六路输出信号，且只需一个供电电源 即可驱动三相桥式逆变电路的 6 个功率开关器件，一片 IR2130 可替代 3 片 IR2110 ，使整个 驱动电路更加简单可靠。 3.微网逆变器电源设计 微网逆变器电源系统直接影响逆变器输出的输出的三相交流电，整个系统的稳定性，所 以一个稳定的电压系统是逆变器稳定工作又一必要条件。对于蓄电池供电的电源系统需要高 效率，低纹波。下面分别阐述由外部 220V 供电和蓄电池供电的电源设计。对于实验时，可 以先用外部220V 供电的电源系统，对于实验完毕成为产品，为了简化电路，需用内部只带 蓄电池供电。 4.微网逆变器信号调理电路设计 由于 DSP 不能输入负电压，故逆变器的输出线电压和线电流，电网端的线电压和线电 流总共 12 路信号要通过信号调理才能送入 DSP 。 此系统输出是三相交流电，输出线电压为 380V，故选择 TV19E 电压互感器，其输 出负载电阻可以接 0～500 欧，输出交流电压 0～2.5V ，此系统采用 240 欧的电阻，输出电 压-1.2V～1.2V。满足DSP 的输入要求。输出电流小于 1A，故选择最大可以测量 1A 的电压 型电流互感器 TA1410，负载电阻用是 200 欧，输出电压为-1～1V 的交流电压。由于 DSP 输入端不能输入负电平，故要对电压互感器和电流互感器的信号进行+1.25V 的提