基于TMS320F2802的实施并网微型太阳能逆变器设计

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楼主 2022-03-31 16:00:06
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施耐德

  太阳能光伏发电是当今世界上有发展前景的新能源技术,太阳能光伏发电系统按照系统运行方式的不同可分为离网型光伏发电系统、并网型光伏发电系统以及混合型光伏发电系统。随着我国光伏发电系统的迅速发展,尤其是光伏屋顶计划的实施,国内对离网型光伏逆变器的需求将越来越大。离网型光伏发电系统主要是由光伏电池阵列、控制器、逆变器、储能装置等环节组成,如图1所示,其中逆变器是光伏系统中重要的器件之一,其可靠性和转换效率对推行光伏系统、降低系统造价至关重要。

 

  目前,国内同类产品主要存在以下不足:a.大多采用单片机控制,实时性差,数据处理及通信能力有限;b.采用变压器,体积大、笨重;c.输出电压不高,不能满足社会发展的需要。本文提出了5kW光伏控制器的设计方案,可以广泛用于离网型光伏发电系统、风光互补发电系统,具有体积小、重量轻、输出电压高、波形好、现场总线实现智能监控等特点。

  1、5kW离网型光伏逆变器基本结构

  光伏逆变器的结构如下所示,包含回路和二次回路两部分,其中回路由输入滤波电路、Boost升压电路、全桥逆变电路和输出滤波电路等组成,二次回路由TMS320Fz812控制器电路、信号检测电路、人机交互电路和通讯电路组成。下面就5kW离网型光伏逆变器的硬件主电路和控制策略进行设计。

 

  图2光伏控制器结构图

  2、5kW离网型光伏逆变器硬件设计

  目前,常用的离网型逆变电路主要有三种拓扑结构:工频隔离单级逆变器、高频隔离两级逆变器和无隔离两级逆变器。经理论计算和实践验证,使用一种更适合用在光伏发电系统中的电路拓扑结构:无隔离两级逆变,也叫做Boost逆变器,如图3所示。

 

  通过输入滤波电路对光伏太阳能输入的48V直流电进行滤波处理,然后通过Boost升压电路进行升压,采用全桥逆变进行逆变处理,输出SPWM波,经过LC低通滤波器进行滤波,输出50Hz频率的正弦波。

  2.1输入滤波电路的设计

  输入滤波电路是由滤波电容组成,用来减小输入端电压的脉动,假设变换器传输功率为Pmax,由输入输出功率相等可得出一个周期内输入滤波电容所提供的能量约为

 

  2.2 Boost电路

  Boost电路如图4所示,其中Q为全控型的功率器件IGBT,Boost电路是一种输出电压等于或高于输入电压的非隔离直流变换电路,当光伏控制器的输入电压在允许范围波动时,通过控制功率开关器件Q的导通比D,使输出电压保持稳定。

 

  根据Boost电路中电感电流是否连续可以分为电感电流连续、电感电流断续和电感电流临界连续三种工作模式。当工作于临界工作模式时,电感的取值满足式(3)。

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