一种大功率光伏模拟电源的设计

2.2 控制原理设计

　　如图4，使用采样电路分别采集输出直流电压Ud及每个降压电路电抗器上的输出电流i₁、i₂、i₃，经过FPGA处理后，送入DSP进行运算。DSP按照公式(3)计算生成PV曲线，算出给定的输出电流i_d*，输出电流i₁、i₂、i₃相加算出总电流i_d，i_d*与i_d经过PI运算，算出脉冲占空比给定到IGBT模块驱动电路，完成闭环控制。其中控制每个IGBT下管都不导通，上管每个控制周期内轮流导通。这样可以减小输出电压的纹波。

2.3 算法和软件实现

　　根据光伏电池的U-I特性和光伏模拟电源的自身参数，按照公式(3)，整理得电流给定Id*：

(5)

(6)

　　其中，

　　根据公式(5)和公式(6)绘出如图6所示，光伏特性模拟框图。powE为指数函数e^x。

　　如图7所示，将算出给定电流Id*和Id(输出电流i1、i2和i3相加的总电流)，使输出电流Id按照给定电流Id*进行PI调节，生成脉冲调节所需的给定UDR。再经过软启动过程，对母线电容进行充电，完成输出直流电压的过程。

　　将经过DSP计算后的给定UDR输出到FPGA中的脉冲生成模块中。该脉冲生成模块，是采用三角载波与给定数值进行比较的方式实现的。三个三角载波的起始位置，分别在同一个控制周期的0时刻、1/3T时刻、2/3T时刻，这样就可以实现生成PWM脉冲轮流控制，如图8所示。

　　当给定数值小于三角载波时，该处脉冲即为高电平，三个三角载波分别和给定进行比较生成波形。IGBT功率模块G1上管的PWM脉冲波形，如图8中的曲线2所示; G2波形如图8中的曲线3所示; G3波形如图8中的曲线4所示。可以看出，G1，G2，G3为轮流导通，这样可以减小IGBT的开关损耗及输出电压的纹波。

3 试验验证

　　采用该设计原理研发的500kW光伏模拟电源由柜体、外置变压器、显示液晶屏等部分组成。如图9，左侧为光伏模拟电源柜体，右侧为光伏模拟电源运行时液晶屏显示主界面。柜体包括整流柜和调制柜，整流柜主要完成交流电压到直流电压的整流功能;调制柜主要实现直流输出电压按照光伏特性曲线变化。柜内关键元器件都采用国内外知名厂家产品，可靠耐用。该光伏模拟电源最大可模拟的光伏电池开路电压为1000VDC，最大功率为500kW。同时可以根据用户的要求修改光伏特性曲线的参数，模拟不同光照及温度变化等环境变化情况。并且该光伏模拟电源有电网过压、直流过压和欠压、电流过流、IGBT驱动故障等各种故障保护，可以保证电源的安全使用，也可以保证被测逆变器的安全。

　　通过调试测试，记录光伏模拟电源单个桥臂IGBT上管压降和电流的波形，如图10所示。绿色波形为IGBT模块上管压降，黄色为该桥臂电流波形。输出电压经过电容滤波后，通过一个保护二极管后接到被测光伏逆变器。

4 结论

　　基于该设计方法研发的光伏模拟电源可以按照光伏特性曲线运行，对500kW及以下功率等级的光伏逆变器完成MPPT功能测试，同时可以提供逆变器所需的直流供电，对逆变器进行功率测试。为大功率光伏逆变器的研发提供了试验平台，也为光伏逆变器产业化提供了出厂测试平台。

参考文献：

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本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第3期第35页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。