分布式发电并网逆变器设计与分析.pdf

分布式发电系统是一种新兴的发电模式，与传统的集中式发电方式不同，分布式发电系统通过在用户现场或用电现场附近配置小型的发电机组（一般低于30MW）来提供电能，主要满足特定用户的需求，支持配电网的经济运行，或者同时满足这两个目标。其发电机组主要包括燃料电池、小型燃气轮机以及燃气轮机与燃料电池的混合装置。由于发电机组可能产生直流电或高频交流电，因此需要通过并网逆变器将其转换为能够并入电网的50Hz、220V标准交流电。 并网逆变器是分布式发电系统中的关键组件，其设计和性能直接影响整个系统的运行效率和可靠性。本文针对分布式发电系统中并网逆变器进行研究，并提出了一个基于全桥电路拓扑结构的设计方案。全桥结构被选为主电路结构，这种结构可以提供更好的能量转换效率和控制性能。通过建立并网逆变器的模型，研究者对电压型并网逆变器控制系统中的关键电路进行了深入分析。 在控制方法方面，数字信号处理器（DSP）的出现使得先进的数字控制技术能够应用于并网逆变器控制中，从而提升系统的性能。本研究设计的并网逆变系统采用了模拟电路与DSP相结合的模数混合控制方法，利用模拟电路的无延时特性来提高系统的保护功能速度和可靠性，同时利用DSP进行高速数据处理、精确时序控制，方便地将先进的实时控制理论应用于整个系统。 在主电路拓扑结构方面，主开关器件的选择对于逆变器的正常工作及其性能至关重要。IPM模块由于集成了完整的功率输出电路以及短路、过流、过温、驱动电压欠压等保护电路，并且内置栅极驱动电路，因此在设计全桥结构的逆变电路时被选用。IPM模块的内部结构如图1所示，其简化了电路设计，提高了系统的安全性和可靠性。 在控制电路方面，驱动电路和保护电路是两个关键部分。由于IPM模块内部集成了栅极驱动电路，因此驱动电路可以被集成在模块内部，只需提供外部电源，并通过光耦合器进行隔离驱动，以提高驱动信号的抗干扰性能。保护电路对于确保并网逆变器的安全稳定运行至关重要，因为并网逆变器是一个复杂的非线性系统，可能会受到一些意外情况和高频电路的EMI影响。保护电路的设计能够预防和减少这些不利因素对系统的影响。 总体而言，本研究提出了一种新型的并网逆变器设计方法，它结合了模拟电路和数字控制的优势，解决了分布式发电系统中逆变器设计面临的多个技术问题，包括提高转换效率、增强系统保护功能、简化电路设计等。研究不仅对分布式发电系统的并网技术具有重要意义，而且为相关领域的研究者和工程师提供了实用的设计参考和技术指导。