光伏并網發電系統是光伏系統發展的趨勢。根據光伏并網發電系統的特點,設計了一套額定功率為500W的光伏并網逆變器,該并網逆變器能實現最大功率跟蹤和反孤島效應控制功能,控制部分采用基于TMS320F240型DSP的電流跟蹤控制策略,實現了與網壓同步的正弦電流輸出。

關鍵詞：太陽能;光伏系統;最大功率點跟蹤;孤島效應;并網逆變器

1 引言

　　太陽能的大規模應用將是21世紀人類社會進步的重要標志,而光伏并網發電系統是光伏系統的發展趨勢。光伏并網發電系統的最大優點是不用蓄電池儲能,因而節省了投資,系統簡化且易于維護。這類光伏并網發電系統主要用于調峰光伏電站和屋頂光伏系統。目前,美、日、歐盟等發達國家都推出了相應的屋頂光伏計劃,日本提出到2010年要累計安裝總容量達50 000MW的家用光伏發電站。作為屋頂光伏系統的核心,并網逆變器的開發越來越受到產業界的關注[1]。

2 光伏并網系統設計

2.1 系統結構

光伏并網逆變器的結構如圖1所示。光伏并網逆變器主要由二部分組成：前級DC-DC變換器和后級DC-AC逆變器。這2部分通過DClink相連接,DClink的電壓為400V。在本系統中,太陽能電池板輸出的額定直流電壓為100V～170V。DC—DC變換器采用boost結構,DC—AC部分采用全橋逆變器,控制電路的核心是TMS320F240型DSP。其中DC-DC變換器完成最大功率跟蹤控制(MPPT)功能,DC-AC逆變器維持DClink中間電壓穩定并將電能轉換成220V／50Hz的正弦交流電。系統保證并網逆變器輸出的正弦電流與電網的相電壓同頻和同相。

2.2 控制電路設計

2.2.1 TMS320F240控制板

　　TMS320F240控制板如圖2所示,以TI公司的TMS320F240型DSP為核心,外圍輔以模擬信號調理電路、CPLD、數碼管及DA顯示、通信及串行E2PROM,完成電壓和電流信號的采樣、PWM脈沖的產生、與上位機的通信和故障保護等功能。

2.2.2 電壓和電流信號檢測電路

模擬信號檢測電路的功能是把強電信號轉換為DSP可以讀取的弱電數字信號,同時要保證強電和弱電的隔離。筆者選用惠普公司的HCPL7800A型光電耦合器,其非線性度為0.004％,共模電壓為l 000V時的共模抑制能力為15kV／lμs,增益溫漂為0.000 25V／℃,帶寬為100kHz。具體隔離檢測電路如圖3所示。

2.2.3 IGBT驅動電路

　　DSP控制電路產生的PWM信號先通過驅動電路,然后控制IGBT開關管的開通狀態。筆者選用惠普公司的HCPL3120型專用IGBT驅動電路,如圖4所示。驅動電路的輸入和輸出是相互隔離的,驅動電路還有電平轉換功能,將DSP的+5V控制電壓轉換為+15V的IGBT驅動電壓,驅動電路電源采用金升陽公司的B0515型隔離電源模塊。

2.2.4 輔助電源

　　為了給光伏并網逆變器的控制電路、信號采集電路及開關管驅動電路等提供各種工作電源,需要設計1個與主電路隔離的輔助電源。輔助電源的輸入電壓為100VDC～170VDC;輸出的3路電壓分別為+15VDC(2.5W)、-15VDC(2.5W)和+5VDC(5W);輸出電壓波動小于1％。筆者采用最新的Topswitch系列FOP222型電路進行輔助電源的設計[3]。輔助電源主電路采用單端反激式拓撲結構,如圖5所示。