一種用于光伏并網(wǎng)逆變器的檢測電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

諶倫佳+譚港港+田坤臣+薛瑤

摘要：針對光伏并網(wǎng)逆變器在逆變后，進(jìn)行并網(wǎng)過程中不能準(zhǔn)確地判斷逆變器所產(chǎn)生的交流電與電網(wǎng)的交流電的頻率與相位是否相同，以及在并網(wǎng)過程中出現(xiàn)電流倒灌現(xiàn)象，為了解決光伏逆變器并網(wǎng)過程所產(chǎn)生的這一系列問題，設(shè)計(jì)了一種有效的檢測電路，并進(jìn)行了仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方案的可行性，從而解決了光伏并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)過程出現(xiàn)的一系列問題，為光伏并網(wǎng)做出了貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)逆變器；太陽能；頻率檢測；幅值檢測

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）27-0253-02

1 概述

隨著今年來新型能源的大力發(fā)展，太陽能也越來越受人們的重視。而如何將太陽能所產(chǎn)生的電能輸送到電網(wǎng)上去成為了一個(gè)非常熱門的研究課題，光伏并網(wǎng)逆變器就是其中一種非常有效的方法[1]。光伏并網(wǎng)逆變器不僅要能夠獨(dú)立的為局域網(wǎng)供電，而且還要能夠與電網(wǎng)連接，將其輸出的電能輸送到電網(wǎng)上去[2]。但其中并網(wǎng)時(shí)逆變器所產(chǎn)生的交流電的頻率與相位的不確定性及并網(wǎng)過程中的電流倒灌現(xiàn)象成為了其中非常嚴(yán)重的問題，而一種有效的檢測方案是解決此問題所必不可少的。

本文所介紹的這種檢測方案，經(jīng)過仿真分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，從根本上解決了原來所面臨的問題，提高了光伏并網(wǎng)逆變器的可靠性及穩(wěn)定性。

2 光伏并網(wǎng)逆變器的設(shè)計(jì)

光伏并網(wǎng)逆變器的工作流程及其主要構(gòu)成如圖2所示。光伏并網(wǎng)逆變器主要用于將光伏板所產(chǎn)生的直流低壓電變?yōu)?20V的交流電，在逆變過程中，直流低壓電首先經(jīng)過兩級(jí)如圖1所示的Boost升壓電路變?yōu)?0～90V的直流電，隨后將得到的直流電通過如圖3所示的逆變電路變?yōu)榻涣麟?，最后再利用隔離變壓器將交流電變?yōu)?20V。在此過程中利用STM32單片機(jī)控制交流電的頻率與相位及其Boost電路的升壓比，利用第一級(jí)Boost電路進(jìn)行最大功率跟蹤，第二級(jí)Boost電路進(jìn)行檢測電壓，與逆變器輸出電壓進(jìn)行比較，使其在并網(wǎng)過程中逆變橋總是進(jìn)行逆變，而不是整流，有效地控制了并網(wǎng)過程中的電流倒灌現(xiàn)象。

3 檢測方案的設(shè)計(jì)

此檢測方案主要用于檢測逆變器輸出交流電的頻率及其相位。由于逆變器逆變產(chǎn)生的交流電及電網(wǎng)的交流電均是正弦波，因而正弦波之間并不好比較頻率及相位，所以本方案就采用將正弦波變換為方波，再通過雙蹤示波器比較兩列方波的頻率及其相位。這其中由于逆變器及電網(wǎng)的交流電均為220V的高壓電，而一般的比較器的輸入電壓不能太高，所以在逆變器與比較器之間加了靈敏型電流互感器，在電網(wǎng)和比較器之間加了個(gè)靈敏型電壓互感器。這樣即達(dá)到了保護(hù)操作者的安全，也解決了比較器輸入電壓過高的問題。

3.1頻率檢測方案設(shè)計(jì)

本文中頻率檢測利用比較器將正弦交流電變?yōu)榉讲ń涣麟?，電壓比較器選擇了比較常用的零式比較器，零式比較器一方面結(jié)構(gòu)簡單，沒有太多的器件，另一方面檢測頻率精確，誤差小，輸出波形良好，產(chǎn)生的雜波少，穩(wěn)定性高。而且零式比較器既可雙電源供電，供電電源-15V～+15V，又可單電源供電，供電電源0～15V，對輔助電源的要求不高，對整體電路的優(yōu)化帶來了方便。

3.2 電流大小檢測方案設(shè)計(jì)

在檢測并網(wǎng)過程中逆變器輸出電流大小時(shí)，本方案采取了真有效值轉(zhuǎn)換器電路，利用AD637芯片做成的真有效值轉(zhuǎn)換器電路將電流互感器所產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，再通過STM32單片機(jī)進(jìn)行AD采樣，確定其電流大小。

4 數(shù)據(jù)分析

在進(jìn)行逆變器輸出的交流電的頻率檢測時(shí)，由于逆變器輸出的電壓過高，首先要通過電流互感器將其變?yōu)橄鄬^小的電流，再利用一個(gè)電阻R1將其變?yōu)樾‰妷?，比較器并聯(lián)在電阻兩端。該零式比較器中兩個(gè)反向并聯(lián)的IN4007二極管起著鉗位電壓的作用，將輸入的交流電的幅值控制在1.1V，以避免由于電壓過高，造成LM393芯片的燒毀。在比較器的輸出與供電電源之間接入一個(gè)阻值為1K的電阻R3，構(gòu)成上拉電阻，提高了其抗干擾能力。零式比較器輸出端接入一個(gè)680K的大電阻，以避免外界信號(hào)對檢測時(shí)造成干擾。

5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

本文中的檢測電路方案已成功地應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)之中，如圖6圖7即為實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象圖中可看出，該方案可以精確的比較出逆變器輸出電壓的頻率相位與電網(wǎng)輸出電壓的頻率與相位之間的關(guān)系以及輸出電壓經(jīng)過真有效值轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的輸出電壓大小。此方案滿足了實(shí)驗(yàn)的要求。

6 結(jié)論

本文所研究的基于一種光伏并網(wǎng)逆變器的檢測方案，精確程度高，電路結(jié)構(gòu)簡單，易于操作與實(shí)現(xiàn)，可以很好地滿足光伏并網(wǎng)逆變器的需要，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了此方案的可行性與有效性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周宇，李先允. 光伏并網(wǎng)逆變器檢測方法分析與檢測系統(tǒng)研究[J]. 南京工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015（01）：42-48.endprint