阐述并网中小型并网逆变器研发对策

论文导读：
摘要：西北地区是我国光伏建筑一体化，并网光伏电站应用最广泛地区，但核心器件缺乏自供能力，自主研发并网逆变器，可有效降低光伏发电成本。本文主要介绍了并网逆变器控制逆变器部分的设计方案，包含CPU选型、电流、电压互感器、IGBT、电流模式控制、软启动并网继电器、变压器的选型设计。
关键词：并网逆变器 研发 硬件选型
1007-9416（2013）01-0088-02
1 前言
“十二五”期间，我国光伏产业将继续处于快速发展阶段，同时面临着大好机遇和严峻挑战。我国的宁夏北部，甘肃北部，新疆东部，青海西部和西藏西部等地为我国太阳能资源分布的一类地区，其太阳能资源最为丰富，年太阳辐射总量6680-8400MJ/m2，这类地区光伏建筑一体化，并网光伏电站应用最为广泛。但是光伏发电系统存在着初期投资大、成本较高等缺点，发电成本居高不下一直是制约光伏应用推广的瓶颈，因而探索高性能、低造价的新型光电转换材料与器件是其主要研究方向之一。另一方面，进一步减少光伏发电系统自身损耗、提高运行效率，也是降低其发电成本的一个重要途径。其中逆变器效率的高低不仅影响其自身损耗，还影响到光电转换器件以及系统其他设备的容量选择与合理配置。因此，逆变器已成为影响光伏发电系统经济可靠运行的关键因素，研究其结构与控制方法对于提高系统发电效率、降低成本具有极其重要的意义。
2 研发设计方案

2.1 并网逆变器（控制逆变部分）设计方案

光伏并网逆变器采用电压源输入、电流源输出的控制方式，即电压型逆变器，可以同时实现有源滤波和无功补偿的控制，要成功实现并网，使光伏并网逆变器在工作时的功率因数接近于1，控制策略选择改进型固定开关频率电流控制方式。通过调整电源电压的比例系数来减小直至消除电源电压对电流跟踪偏差的影响，从而显著改善了逆变器中电流跟踪控制的性能。改进型固定开关频率电流控制方式的控制框图如图1所示。
并网逆变器控制逆变部分采用两级结构，即前级的DC/AC逆变器和后级的变压器升压。系统的控制部分由以TMS320F2812为核心处理器的控制单元完成，另外系统设计了辅助电源为控制电路提供电源，辅助电源采用UC3844芯片。光伏并网逆变器的系统图如图2所示。
最大功率点跟踪（MPPT）采用双闭环控制方法，逆变器通过电压电流传感器采集交流和直流电压电流瞬时信号，反馈至双闭环进行控制。
逆变控制通过DSP的片内外设事件管理器的功能生成单相SPWM波，采用不对称规则采样算法，程序实现主要采用查表法。该方法既能满足一定控制精度要求，又能满足实时性要求，可以很好地控制220V/50Hz逆变电源的输出。
控制系统所需的各种工作电源由UC3844构成的电源电路供给。
（1）CPU选型。CPU选用TI公司所生产的TMS320F2812型处理器作为并网逆变器（控制你边部分）的控制核心。它是针对数字控制所设计的DSP，整合了DSP 及微控制器的最佳特性，主要使用在嵌入式控制应用，如数字电机控制（digital motor control，DMC）、资料撷取及I/O控制（data acquisition and control， DAQ）等领域。针对应用最佳化，并有效缩短产品开发周期，F28x核心支持全新CCS环境的C compiler，提供C语言中直接嵌入汇编语言的程序开发介面，可在C语言的环境中搭配汇编语言来撰写程序。
DSP输出接口原理图如附图1所示。DSP接收外部反馈回来的交直流源于：论文范例www.7ctime.com
电压电流信号，实时调整SPWM的输出，条件满足时允许并网，出现故障时输出报警信号。
（2）电压互感器LV28-P。LV28-P是应用霍尔原理的闭环（补偿）电流传感器，符合UL 94-V0标准的绝缘外壳，对于交直流电压测量，原边电流与被测电压的比要通过一个外部电阻R 确定，并串联在传感器原边回路上。它具有出色的精度、良好的线性度、低温漂、抗外界干扰能力强、共模抑制比强、反应时间快和频带宽等特点。
直流电压范围为180～450V，交流电压测量范围为0～300V，LV28-P原边测量电流为0～±14mA，在电源电压为±15V时，测量电阻范围为100～190Ω，因此
直流电压测量限流电阻：R1论文导读：
=450/14 mA≈33KΩ
交流电压测量限流电阻：R1=300/14 mA≈22KΩ
传感器输出端电流采样电阻 RM=150Ω，所测得电压信号经过电平转换后符合DSP3.3V输入要求，交直流电压电流传感器输出电压转换电路原理图见附图2。LV28-P外形图和电气连接示意图如图3所示。
（3）电流互感器LA28-NP。LA28-NP是应用霍尔原理的闭环（补偿）电流传感器，符合UL 94-V0标准的绝缘外壳，对于电流测量，原边电流与被测电压的比一定要通过外部电阻R确定，并串联在传感器输出回路上。它具有出色的精度、良好的线性度、低温漂、抗外界干扰能力强、共模抑制比强、反应时间快和频带宽等特点。LA28-NP电流互感器外形图和电气连接示意图如图4所示。
（4）三菱智能IGBT模块PM75CLA060。三菱智能模块PM75CLA060不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且还内含有过电压，过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU。即使发生负载事故或使用不当，也可以保证自身不受损坏，具有高可靠性，使用方便（如图5）。
（5）UC3844电流模式控制器。UC3844是安森美公司出品的高性能固定频率电流模式控制器。它利用流过输出电感线圈电流的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比，使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环、电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型PWM控制器。
UC3844最大占空比为50%，启动电压16V，具有过压保护和欠压锁定功能。当工作电压大于34V时，稳压管稳压，使内部电路在小于34V电压下可靠工作，当输入电压低于10V时，芯片被锁定，控制器停止工作。
本电路主拓扑采用单端反激式电路，具有结构简单、适宜多组输出、可靠性高等特点，提供整个并网逆变器和采集仪所需的工作电压。
（6）软启动及并网继电器JQX-54FE（如图6）。
继电器JQX-54FE软启动及并网原理图见附图6，JQ-1作用为软启动，JQ-2和JQ-3负责L相、N相闭合并网。
（7）变压器的设计。逆变后输出电压为AC110V，经过升压后达到电网电压，因此去变压器变比为1：2。
逆变器工作在额定状态时，原边额定电流为5KW/110V=45.5A，原边额定电压为AC110V，副边额定电压为AC220V，额定电流为5KW/220V=22.7A。

2.2 软件设计

控制逆变部分的软件设计主要任务就是实时地完成对逆变器电压、电流等数据的采集、处理、存储，实现逆变和并网功能。另外并网逆变器的研发还包含内置采集仪的设计研发、并网电站监控系统软件开发，本文不再详细论述。
3 结语
西北地区是太阳能产品应用最广泛的地区，自主研发太阳能产业链的各项产品势在必行，并网逆变器是光伏发电部门的核心器件，自主研发并建设生产线，大规模生产并网逆变器，主供西北光伏市场，能有效降光伏发电成本，更进一步推动光伏产业链的迅速发展。