并⽹型逆变器的设计⽅案 并⽹型逆变器的设计⽅案 导读:光伏发电作为新能源开发利⽤的重要内容,对于解决能源和环境问题,有着深远 导读:光伏发电作为新能源开发利⽤的重要内容,对于解决能源和环境问题,有着深远 的意义。逆变器是光伏发电过程中的重要环节。⽂中对逆变系统的拓扑结构进⾏了研究, 的意义。逆变器是光伏发电过程中的重要环节。⽂中对逆变系统的拓扑结构进⾏了研究, 设计了以⾼频升压和全桥逆变为拓扑结构的逆变系统,再配合有源滤波,为太阳能的进⼀ 设计了以⾼频升压和全桥逆变为拓扑结构的逆变系统,再配合有源滤波,为太阳能的进⼀ 步开发利⽤起到⼀定的作⽤。 步开发利⽤起到⼀定的作⽤。 在能源⽇益紧张的今天,光伏发电技术越来越受到重视。太阳能电池和风⼒发电机产⽣的 直流电需要经过逆变器逆变并达到规定要求才能并⽹,因此逆变器的设计关乎到光伏系统是否 合理、⾼效、经济的运⾏。 1 光伏逆变器的原理结构 光伏逆变器的原理结构 光伏并⽹逆变器的结构如图1所⽰,主要由前级DC/DC变换器和后级DC/AC逆变器构成。 其基本原理是通过⾼频变换技术将低压直流电变成⾼压直流电,然后通过⼯频逆变电路得到 220V交流电。这种结构具有电路简单、逆变电源空载损耗很⼩、输出功率⼤、逆变效率⾼、稳 定性好、失真度⼩等优点。 图1 光伏逆变器结构图 逆变器主电路如图2所⽰。DC/DC模块的控制使⽤SG3525芯⽚。SG3525是双端输出式 SPWM脉宽调制芯⽚,产⽣占空⽐可变的PWM波形⽤于驱动晶闸管的门极来控制晶闸管通断, 从⽽达到控制输出波形的⽬的。 作为并⽹逆变器的关键模块,DC/AC模块具有更⾼的控制要求,本设计采⽤TI公司 的TMS320F240作为主控芯⽚,⽤于采集电⽹同步信号、交流输⼊电压信号、调节IGBT门极驱 动电路脉冲频率,通过基于DSP芯⽚的软件锁相环控制技术,完成对并⽹电流的频率、相位控 制,使输出电压满⾜与电⽹电压的同频、同相关系。 滤波采⽤⼆阶带通滤波器,是有源滤波器的⼀种,⽤于传输有⽤频段的信号,抑制或衰减 ⽆⽤频段的信号。其可以有效地滤除逆变后产⽣的⾼频⼲扰波形,使逆变后的电压波形达到并 ⽹的要求。 图2 逆变器主电路 2 DC/DC控制模块 控制模块 SG3525是专⽤于驱动N沟道功率MOSFET的PWM控制芯⽚。SG3525的输出驱动为推拉输 出形式,可直接驱动MOS管;内部含有⽋压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器,具有过 流保护功能,频率可调,同时能限制最⼤占空⽐。其2个输出分别接2个MOS管控制其开断,为 了提⾼对推挽式DC/DC⾼频升压过程有效的控制,提⾼频宽调制的准确性,相应设计了检测电 路,检测输出电流、电压,然后反馈到控制芯⽚。检测电路包括偏磁检测电路、电压反馈采样 电路、电流反馈采样电路。SG3525控制模块结构如图3. 图3 SG3525主控芯⽚框图 3 DC/AC控制模块 控制模块 3.1 TMS320F240控制核⼼ TMS320F240是美国TI公司的定点式数字信号处理器芯⽚,硬件架构以16位为基本数据处 理单元,它集成了⾼性能DSP内核,并且有着丰富的外设功能,处理速度快。DSP系统的外围 电路包括时钟电路、复位电路、电源电路等,配合各种信号检测电路、驱动电路,以达到对逆 变系统的波形控制、脉宽调制、故障保护等要求,其结构图如图4. 图4 TMS320F240主控芯⽚框图 3.2 电压和电流检测电路 (1)电⽹电压过零检测电路 逆变后交流电的电压必须与电⽹电压同相、同频才能并⽹,因此要对输出电压进⾏锁相控 制。由于输出的电压信号为正弦波,⽽控制芯⽚只能识别TTL电平信号,因此需要⼀个电路将正 弦波信号转换为控制芯⽚可以识别的TTL电平信号。本设计中⽤LV25P电压传感器,将电⽹电压 采集并转换成与电⽹电压等相位的低电压脉冲信号,经过⼀组⽐较器电路,可以输出⼀组与电 ⽹电压同相的低压⽅波信号。当被检测的电⽹电压超过零点,则输出⾼电平。电⽹电压过零检 测电路如图5所⽰。 图5 电⽹电压过零检测电路 电⽹电压过零检测电路得到的⽅波信号,经过双施密特反相电路将信号送到DSP芯⽚的捕 获引脚上,捕获单元在检测到上升沿时触发中断,进⾏锁相。 (2)交流电流检测电路 交流电流检测电路使⽤CSM300LT闭环式电流传感器,如图6.CSM300LT是应⽤霍尔效应 闭环原理的电流传感器,在电隔离条件下测量交流电流。当交流电通过传感器时,传感器将电 流信号转换成电压信号送给信号调理电路,经处理后输⼊到DSP芯⽚的管脚。调理电路由RC滤 波电路和⼆组集成运放隔离电路组成。 图6 交流电流检测电路 4 辅助电源 辅
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