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1、廣西民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第14卷第4期JOURNALOFGUANGXIUNIVERSITYFORNATIONALITIESVol.14No.42008年11月(NaturalScienceEdition)Nov.2008基于MATLAB的單相光伏3并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的設(shè)計(jì)張?zhí)扈?無錫市廣播電視大學(xué)機(jī)電工程系,江蘇無錫214011)摘要:針對(duì)小功率光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),提出一種基于數(shù)字信號(hào)處理器控制的新穎單相光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的設(shè)計(jì).根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制原理,設(shè)計(jì)出最大功率跟蹤算法和鎖相環(huán)的軟件設(shè)計(jì)流程圖.仿真和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明
2、并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓基本同頻同相,并網(wǎng)系統(tǒng)的功率因數(shù)近似為1,完全滿足設(shè)計(jì)的要求.關(guān)鍵詞:光伏并網(wǎng);最大功率點(diǎn)跟蹤;擾動(dòng)觀察法;數(shù)字鎖相環(huán);Sandia頻移中圖分類號(hào):TM615文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1673-8462(2008)04-0061-060引言太陽(yáng)能作為一種便捷和新型的可再生能源在最近幾年得到了廣泛的應(yīng)用.相對(duì)于其他能源而言,太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量大、清潔環(huán)保、易于利用等優(yōu)點(diǎn).因此太陽(yáng)能的利用越來越受到人們的廣泛重視,它已逐漸成為理想的替代能源.太陽(yáng)能光伏發(fā)電是直接將太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換為電能的一種發(fā)電形式.研究合理利用太陽(yáng)
3、能并加以控制這是國(guó)[1]內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的一個(gè)熱點(diǎn)課題.設(shè)計(jì)了一種新穎的太陽(yáng)能光伏電池并網(wǎng)逆變器,它可以將太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的直流電直接轉(zhuǎn)換為220V/50Hz的正弦交流電提供給電網(wǎng).同時(shí)介紹了該太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)并重點(diǎn)論述了逆變器部分的控制原理和方法.1單相光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹光伏逆變電源的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示.其中T1～T4是功率器件,組成逆變橋,D1～D4是對(duì)應(yīng)的反向并聯(lián)二極管,起反向續(xù)流的作用.主電路采用工頻變壓器TR來保證逆變電壓和電網(wǎng)電壓的匹配,并且使得[2,3]電網(wǎng)電壓和發(fā)電系統(tǒng)相互
4、隔離.在系統(tǒng)中,太陽(yáng)能電池板輸出額定電壓為50～100V的直流電通過DC/DC變換器轉(zhuǎn)換為400V的直流電,接著經(jīng)過DC/AC逆變器得到220V/50Hz的交流電,保證了并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓的同頻同相.為了便于實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤(MaximumPowerPointTracking,MPPT)的控制方案,采用同一塊控制芯片TMS320LF2407A進(jìn)行協(xié)調(diào)控制,這不僅可以保證并網(wǎng)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行而且還能提供高品質(zhì)的并網(wǎng)電流.3收稿日期:2008209216.作者簡(jiǎn)介:張?zhí)扈?19802),男,江蘇無錫人,無錫市廣播電視大學(xué)機(jī)
5、電工程系講師,江南大學(xué)05級(jí)控制工程碩士研究生,主要從事電力電子、通信、控制、小波領(lǐng)域的研究工作.61廣西民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2008年11月第14卷2并網(wǎng)控制策略2.1最大功率點(diǎn)跟蹤太陽(yáng)能電池的MPPT是光伏系統(tǒng)中一個(gè)不可缺少的組成部分,太陽(yáng)能電池陣列的開路電壓和短路電流在很大程度上受光照強(qiáng)度和溫度的影響,因此系統(tǒng)的工作點(diǎn)也會(huì)飄忽不定,這必然導(dǎo)致系統(tǒng)效率的降低.為此,太陽(yáng)能電池陣列必須實(shí)現(xiàn)MPPT控制,以便太陽(yáng)能電池陣列在任何光照下不斷獲得最大功率輸出.光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中通過對(duì)太陽(yáng)能電池陣列最大功率點(diǎn)的跟蹤,實(shí)現(xiàn)并
6、網(wǎng)電流的最大化,從而保證并網(wǎng)功率最大.太陽(yáng)能電池陣列的輸出功率特性曲線如圖2所示.常用的MPPT實(shí)現(xiàn)方法有:擾動(dòng)觀察法、定電壓跟蹤法、功率回授法以[4～7]及增量電導(dǎo)法等.本系統(tǒng)采用擾動(dòng)觀察法來實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤.其原理是先擾動(dòng)輸出電壓值(UPV+△U),再測(cè)量其功率變化,與擾動(dòng)之前功率值相比,若功率值增加,則表示擾動(dòng)方向正確,可朝同一方向(+△U)擾動(dòng);若功率值減小,則往相反方向(-△U)擾動(dòng).該方法的最大優(yōu)點(diǎn)在于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,被測(cè)參數(shù)少,通過不斷擾動(dòng)使陣列的輸出功率趨于最大,即使跟蹤已經(jīng)達(dá)到最大功率點(diǎn)附近,擾動(dòng)依然
7、繼續(xù).圖1光伏逆變電源的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖2太陽(yáng)能電池陣列的輸出功率特性曲線2.2并網(wǎng)電流控制策略與常規(guī)的逆變器控制相比,光伏并網(wǎng)逆變器的輸出對(duì)象是一個(gè)擾動(dòng)的電網(wǎng)電壓,逆變器的輸出電流要求與[8～13]其同頻同相.針對(duì)這些特點(diǎn),提出一種基于多變量雙環(huán)控制與同步鎖相相結(jié)合的綜合控制策略,其控制框圖如圖3所示.在圖3中,內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)采用基于并網(wǎng)電流的瞬時(shí)值反饋法,用于電流的實(shí)時(shí)跟蹤.附加外環(huán)的目的是為了消除單獨(dú)采用內(nèi)環(huán)控制時(shí)存在的原理性誤差.外環(huán)控制系統(tǒng)的工作原理是在電網(wǎng)過零點(diǎn)到來時(shí),通過幅度和相位檢測(cè)器分別檢測(cè)出并網(wǎng)處的幅
8、值和相位,經(jīng)PI調(diào)節(jié)后產(chǎn)生輔助參考電流以補(bǔ)償只用單環(huán)控制產(chǎn)生的幅值和相位誤差.輔助參考電流與同步鎖相環(huán)產(chǎn)生的主參考電流相加后作為內(nèi)環(huán)的參考電流.這樣由外環(huán)與內(nèi)環(huán)的共同作用保證了并網(wǎng)電流對(duì)主參考電流的誤差跟蹤.因此可將內(nèi)環(huán)與外環(huán)一起稱為電流跟蹤環(huán).電網(wǎng)電壓過零點(diǎn)是同步鎖相環(huán)和外環(huán)相位控制環(huán)的同步源,它為產(chǎn)生的正弦波信號(hào)提供了基準(zhǔn)點(diǎn).
