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光伏逆变器的设计要求案例

作者:时间:2011-10-10来源:网络收藏

太阳能光伏发电系统目前主要用于无电或缺电的边远地区,作为独立的电源给家用电器及照明设备供电。随着电力紧张、环境污染等问题的日趋严重,与公用电网并网运行的太阳能发电系统已显出越来越大的竞争力。光伏发电的并网运行,将省去独立光伏系统中的贮能环节—蓄电池,从而大大减少了电站的维护。由于蓄电池的寿命较短,省去蓄电池后,发电系统的寿命可与太阳能电池的寿命相当。对于家庭住宅而言,配备光伏发电系统,可缓和白天电力紧张的局面,提高电网功率因素和降低线路损耗。光伏电站的并网发电,最终将取代常规能源发电。光伏发电的并网原理如图1 所示。太阳能电池阵列通过正弦波脉宽调制逆变器向电网传送电能,逆变器馈送给电网的电力由阵列功率和当时当地的日照条件决定。逆变器除了具有直流— 交流转换功能外,还必须具有的最大功率跟踪功能和各种保护功能。图1 所示逆变器为逆变器。目前,电压源型逆变器技术已日趋成熟,所需的硬件也容易购得。本文将对逆变器作进一步研究。

1 小型光伏并网电站应具备的性能

光伏电站并网运行,对逆变器提出了较高的要求。这些要求如下:

① 要求逆变器输出正弦波电流。光伏电站回馈给公用电网的电力,必须满足电网规定的指标,如逆变器的输出电流不能含有直流分量、逆变器输出电流的高次谐波必须尽量减少、不能对电网造成谐波污染等。

②要求逆变器在负载和日照变化幅度较大的情况下均能高效运行。光伏电站的能量来自太阳能,而日照强度随气候而变化,这就要求逆变器能在不同的日照条件下均能高效运行。

③要求逆变器能使工作在最大功率点。太阳能电池的输出功率与日照、温度、负载的变化有关,即其输出特性具有非线性特性[1]。这就要逆变器具有最大功率跟踪功能,即不论日照、温度等如何变化,都能通过逆变器的自动调节实现阵列的最佳运行。

④要求逆变器具有体积小、可靠性高等特点。对于家用的光伏电站,其逆变器通常安装在室内或壁挂于墙上,因此对其体积、重量均有限制。另外,对整机的可靠性也提出较高的要求。由于太阳能电池的寿命均在20 年以上,因此其配套设备的寿命也必须与其相当。

⑤要求在市电断电状况下逆变器在有日照时能够单独供电。

2 正弦波逆变器的实现

光伏发电并网运行时的电路原理如图2 所示。Up 为逆变器输出电压,Uu 为,R为线路电阻,L 为串联电抗器,Iz 则为回馈电网的电流。为保证回馈功率因数为1,回馈电流的相位必须与的相位一致。以Uu为参考,则Iz 与Uu 同相位,其矢量图如图3 所示。内阻R 两端的电压UR 与电网电压相位一致,而电抗器两端电压UL 的相位则落后于UR90º.由此可以求得UP 的相位和幅值:


其中ω为公用电网角频率。实际电路中,Uu 的

摘要提出了并网发电所需的光伏逆变器的设计要求。设计时采用电压源型逆变器实现光伏发电的并网运行,并采用16 位微处理器和IGBT 功率器件改善逆变器的输出波形。

太阳能光伏发电系统目前主要用于无电或缺电的边远地区,作为独立的电源给家用电器及照明设备供电。随着电力紧张、环境污染等问题的日趋严重,与公用电网并网运行的太阳能发电系统已显出越来越大的竞争力。光伏发电的并网运行,将省去独立光伏系统中的贮能环节—蓄电池,从而大大减少了电站的维护。由于蓄电池的寿命较短,省去蓄电池后,发电系统的寿命可与太阳能电池的寿命相当。对于家庭住宅而言,配备光伏发电系统,可缓和白天电力紧张的局面,提高电网功率因素和降低线路损耗。光伏电站的并网发电,最终将取代常规能源发电。光伏发电的并网原理如图1 所示。太阳能电池阵列通过正弦波脉宽调制逆变器向电网传送电能,逆变器馈送给电网的电力由阵列功率和当时当地的日照条件决定。逆变器除了具有直流— 交流转换功能外,还必须具有的最大功率跟踪功能和各种保护功能。图1 所示逆变器为电压型逆变器。目前,电压源型逆变器技术已日趋成熟,所需的硬件也
容易购得。本文将对电压型逆变器作进一步研究。

1 小型光伏并网电站应具备的性能

光伏电站并网运行,对逆变器提出了较高的要求。这些要求如下:

① 要求逆变器输出正弦波电流。光伏电站回馈给公用电网的电力,必须满足电网规定的指标,如逆变器的输出电流不能含有直流分量、逆变器输出电流的高次谐波必须尽量减少、不能对电网造成谐波污染等。

②要求逆变器在负载和日照变化幅度较大的情况下均能高效运行。光伏电站的能量来自太阳能,而日照强度随气候而变化,这就要求逆变器能在不同的日照条件下均能高效运行。

③要求逆变器能使光伏阵列工作在最大功率点。太阳能电池的输出功率与日照、温度、负载的变化有关,即其输出特性具有非线性特性[1]。这就要逆变器具有最大功率跟踪功能,即不论日照、温度等如何变化,都能通过逆变器的自动调节实现阵列的最佳运行。

④要求逆变器具有体积小、可靠性高等特点。对于家用的光伏电站,其逆变器通常安装在室内或壁挂于墙上,因此对其体积、重量均有限制。另外,对整机的可靠性也提出较高的要求。由于太阳能电池的寿命均在20 年以上,因此其配套设备的寿命也必须与其相当。

⑤要求在市电断电状况下逆变器在有日照时能够单独供电。

2 正弦波电压型逆变器的实现

光伏发电并网运行时的电路原理如图2 所示。Up 为逆变器输出电压,Uu 为电网电压,R为线路电阻,L 为串联电抗器,Iz 则为回馈电网的电流。为保证回馈功率因数为1,回馈电流的相位必须与电网电压的相位一致。以电网电压Uu为参考,则Iz 与Uu 同相位,其矢量图如图3 所示。内阻R 两端的电压UR 与电网电压相位一致,而电抗器两端电压UL 的相位则落后于UR90º.由此可以求得UP 的相位和幅值:


其中ω为公用电网角频率。实际电路中,Uu 的位、周期和幅值由电压传感器检测得到。由于在实际系统中R 是很难得到的,因此回馈电流Iz 的相位必须采用电流负反馈来实现,回馈电流Iz 的相位角的参考相位即为公用电网相
位。用电流互感器随时检测Iz,确保Iz 与电网电压相位一致,以实现功率因数为1 的回馈发电。

实用的光伏发电并网运行专用逆变器结构如图4 所示。逆变器主电路功率管采用IGBT,容量为50A、600V,型号为2MBI50N-060 。隔离驱动电路采用东芝公司生产的TLP250。逆变器的控制部分由微处理器完成。主控芯片采用INTEL 公司最新推出的逆变或电机驱动专用16 位微处理器87C196MC,该芯片除了具有16 位运算指令外,还具有专用的脉宽
调制(PWM)输出口[2],包括一个10 位A/D 转换器、一个事件处理阵列、两个16 位定时器和一个三相波形发生器。三相波形发生器的每相均能输出两路死区时间可以设定的PWM 信号。

这就给逆变应用场合提供了很多便利。微处理器主要完成电网、相位实时检测、电流相位反馈控制、光伏阵列最大功率跟踪以及实时正弦波脉宽调制信号发生,其工作过程如下:公用电网的电压和相位经过霍尔电压传感器

电抗器相关文章:电抗器原理

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