光伏發(fā)電逆變技術探究

榆林職業(yè)技術學院 邵 瑞

1.逆變器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的作用

由下圖可知，光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏陣列、蓄電池充電控制器、蓄電池組、升壓控制器、逆變器、斷路器等部分組成,光伏陣列將接收到的太陽能轉(zhuǎn)換成電能，再通過蓄電池充電控制器把電能充電到蓄電池組。日照充足時，光伏陣列發(fā)出的電直接通過升壓控制器、逆變器等部分轉(zhuǎn)換成交流電供給負載。并將多余的能量通過蓄電池存儲起來。日照不足時,儲存于蓄電池中的電量經(jīng)過升壓控制器、逆變器后產(chǎn)生交流正弦電壓供給交流負載。蓄電池組中的直流電可通過斷路器直接給直流負載供電。

光伏發(fā)電系統(tǒng)框圖

2.光伏系統(tǒng)逆變基本電路

太陽能發(fā)出的電是直流電，通過電池板的串并聯(lián)，可以得到12V的直流電，然后儲存到蓄電池里。而百姓日常生活中經(jīng)常用到的電是220V交流電，如家里的電視、照明燈、冰箱、洗衣機等。如果把儲存到蓄電池里的12V直流電通過一定的電路系統(tǒng)變成220V的交流電，可以供給人們?nèi)粘Ｊ褂谩?2V的直流電變成220V的交流電的這一過程，可稱為逆變。故把直流電變成交流電的過程統(tǒng)稱為逆變過程。 這一過程的全橋逆變原理如圖1所示。

圖1

3.光伏系統(tǒng)逆變電路的相關技術

3.1 SPWM控制技術

SPWM是脈沖寬度按正弦規(guī)律變化的PWM波，是通過調(diào)制脈沖的寬度來控制開關開啟時間的長短按正弦規(guī)律變化，來改變通電頻率。

3.2 SPWM逆變電路

目前大部分逆變電路基本都采用SPWM技術，SPWM逆變電路有電壓型和電流型兩種?？梢愿鶕?jù)波型半周期脈沖數(shù)、頻率、幅值，計算SPWM波脈沖寬度和時間間隔，來控制逆變系統(tǒng)里電源開關的通斷，就可以得到所需要的一定頻率的電源電壓。這里通常用橋式整流器件IGBT模塊（或場效應管）來替換逆變系統(tǒng)里普通電源開關（繼電器觸點）。

圖2

圖3

圖4

3.3 用繼電器觸點作為光伏逆變系統(tǒng)的開關信號的缺陷及軟開關技術

逆變電源是電源系統(tǒng)中為負載提供動力的裝置。如果用繼電器觸點來作為逆變電源的開關信號，會引起以下問題：

逆變電源可以看作是繼電器觸點的感性負載，電路開通閉合時，會引起很大的啟動電流。頻率越高，電流尖峰越大，開關電阻引起的熱量損耗會使觸點溫度升高，可能會引起器件過熱損壞；電路關斷時，開關器件上的電流突然下降，感性負載會在繼電器觸點上產(chǎn)生反電動勢和原觸點上電壓產(chǎn)生疊加，產(chǎn)生尖峰電壓，可能會因瞬間過電壓對觸點產(chǎn)生損壞。而且隨著開關頻率的變大，損壞的可能性越來越高；而且不管電路開通還是電路關斷，都會對周圍電路產(chǎn)生電磁干擾，影響其它電路的正常工作；繼電器觸點都有有限的通斷次數(shù)，超過這個次數(shù)，會因機械觸點疲勞而產(chǎn)生損壞。

圖6

上述問題都嚴重妨礙了繼電器觸點工作頻率的提高。而軟開關技術則克服了上述缺點。軟開關工作方式關斷損耗近似為零，而且不會產(chǎn)生電磁干擾。軟開關技術在通斷頻率很高時也不會產(chǎn)生不良影響。隨著技術的不斷發(fā)展，可以把逆變器變的體積越來越小，質(zhì)量越來越輕，可靠性越來越好，效率越來越高。要實現(xiàn)這個目的，逆變電源的工作頻率需要越來越高，而基于SPWM技術的軟開關逆變電源電路結(jié)構簡單，能實現(xiàn)定頻控制。因此用SPWM軟開關替代繼電器觸點得到廣泛應用。

4.光伏逆變電源設計

4.1 光伏陣列輸出電壓的檢測

光伏陣列輸出電壓的檢測電路如圖2所示。R1為采樣電阻，LM358為放大器，放大測得的電壓，LM358的OUTPUT信號輸入到單片機的AD轉(zhuǎn)換器中，經(jīng)過單片機處理后得到所測的電壓值。

4.2 光伏陣列輸出電流的檢測

根據(jù)光伏陣列的輸出電流大小，使用一個或多個MAX471芯片并聯(lián)測量光伏陣列的輸出電流。MAX471是美國Maxim公司生產(chǎn)的一種高精度電流檢測放大器，其內(nèi)部嵌入一個35毫歐的電流采樣電阻，不需要設計人員再另外設計采樣電阻。每一個芯片最大能測量3A的電流，可根據(jù)要測量的電流范圍并聯(lián)多個MAX471芯片進行測量。下面以兩個MAX471芯片并聯(lián)電路畫出電流檢測電路的原理（見圖3）。

4.3 升壓主電路設計

升壓主電路采用兩個IF3205 Power MOSFET管互補導通，再經(jīng)過變壓器升壓，并整流，達到315V穩(wěn)定的直流高壓。主電路如圖4所示。

4.4 升壓驅(qū)動電路設計

SG3525芯片用于產(chǎn)生驅(qū)動升壓主電路的IRF3205管的方波脈沖，使其互補導通。其電路控制圖如圖5所示。

4.5 逆變主電路設計

用4個IRF740 N型MOSFET管和四個續(xù)流二極管構成全橋逆變電路， SPWM脈沖波控制四個橋臂的輪流導通，如圖6所示。

4.6 SPWM脈沖波的實現(xiàn)

輸出4個相互關聯(lián)的SPWM波形來控制全橋逆變電路中的晶體管的通斷，可采用單極性調(diào)制，也可采用雙極性調(diào)制方式?，F(xiàn)在一般使用專用集成電路來產(chǎn)生SPWM調(diào)制信號。設計人員只需要設置輸出頻率、電壓等參數(shù)就可以生成需要的SPWM信號。這種生成SPWM波的方式簡單可靠，是目前廣泛使用的控制方式。如美國英特爾公司生產(chǎn)的8Xc196MC微處理器，其內(nèi)部就可以輸出6路SPWM信號。

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