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该文档详细讲解了光伏发电以及并网传输的一种方案
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光伏并网发电模拟装置
摘 要
单相光伏并网发电系统的功能是将太阳能电池阵列输出的直流电变换为交流电,经滤
波后送入电网。本设计在进行了充分的方案对比及论证后,确定光伏并网逆变器主要由
DC-DC 变换器和 DC-AC 逆变器两部分组成,之间通过 DClink 连接。DC-DC 变换器采用
Buck 结构,DC-AC 部分为正弦波全桥逆变器,控制电路的核心采用 STC12C5A32AD 单
片机。其中 DC-DC 变换器完成最大功率跟踪控制(MPPT)功能,DC-AC 逆变器将电能转换
成 50Hz 的正弦交流电,且与参考信号同频和同相。
经测试光伏并网发电模拟装置的 MPPT 功能、频率及相位跟踪功能、欠压保护及过流
保护功能等,已达到设计的基本要求及部分发挥项要求,效率基本达到了发挥项要求,同
时增加了显示功能。
关键字:DC-AC 逆变器;Buck 变换器;STC12C5A32AD 单片机;SPWM
一、方案论证
1.DC-AC 逆变器逆变方案
方案一:方波逆变器,即每个工频周期内只输出一个脉冲,则其输出波形
为方波。其拓扑结构主要有推挽式和全桥式。
方案二:正弦脉宽调制SPWM逆变器,即每个周期内有多个脉宽组成,并
且脉冲宽度符合正弦波调制(SPWM)规律,则输出为正弦波。其拓扑结构主
要有半桥式和全桥式。
方案的选择:方案一电路虽然结构简单,但输出的电能质量较差, 音频噪
声较大。方案二系统的动态响应特性好,音频噪声得到改善。光伏发电系统并
网运行时,为避免对公共电网的电力污染,也要求逆变电源输出正弦波电流。
故选择方案二的全桥式正弦脉宽调制 SPWM 逆变器。
2.MPPT 功能实现方案
方案一:PWM 控制 Boost 变换器,利用调节 PWM 占空比,使 。
方案二:PWM 控制 Buck 变换器,利用单片机控制调节 PWM 占空比,实
现光伏电池的最大功率输出。
方案的选择:本设计中由于光伏电池内阻较大,实测在 DC-AC 与 Rs 之间
不加任何电路的时候 DC-AC 前端电压在 22-25V 之间,为了提高 Ud 点的电压,
必须提高后级输入阻抗,方案一是光伏并网逆变器中常用的最大功率点跟踪电
路,但 Boost 变换器虽然能够升高电压但却同时降低了后级输入阻抗,实现
MPPT 功能较困难,需增加辅助电路,而方案二易于达到设计要求且结构简单 ,
故采用方案二。
3.提高效率及抗干扰能力的方式方法
本系统的工作损耗主要有:MOSFET 导通损耗、MOSFET 寄生电容损耗、
开关交叠损耗、PWM 控制器及其启动电阻损耗、输出整流器件损耗、箝位保
护电路损耗、反馈电路损耗等。其中前三个损耗与频率成正比关系,即与单位
时间内器件开关次数成正比,采用适当的开关频率及恰当的元器件可以适当提
高效率。
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