Trademarks Application Report SPRAAE3–May2006
TMS320C2000?DSP Controllers:A Perfect Fit for Solar
Power Inverters Emmanuel Sambuis and Sangmin Chon C2000European Marketing Manager and C2000Technical Marketer
ABSTRACT
A worldwide concern for future access to affordable,sustainable energy is driving the
development of more efficient solar power generation.In any photovoltaic(PV)based
system,the inverter is a critical component responsible for the control of electricity flow
between the module,battery,loads,and power grid.Inverters,which convert direct to
alternating current,can be designed to be used with different voltage ranges and
topologies for varying applications.They can also be designed with or without
transformers.Besides DC/AC conversion,inverters provide additional functions such as
maximizing power,battery charging,and protecting the circuit.All of these functions
require optimized intelligent control that can occur in real time or near-real time.The
wide variations in application and operational requirements mean that the system
control has to be highly flexible.Digital signal processor(DSP)based controllers,such
as the Texas Instruments TMS320C2000?family of controllers,provide the high level
of computational performance and programming flexibility needed for the real-time
signal processing in solar power inverters.Highly integrated digital signal controllers
help inverter manufacturers create more efficient,more cost-effective products that can
support the growing demand for solar energy in upcoming years.
Contents
Trademarks (1)
1The Need for Solar-generated Power (2)
2The Role of the Inverter (2)
3Obtaining Maximum Charging Power (5)
4Digital Signal Controllers (6)
5A Key to Solar Power (8)
6Reference (8)
List of Figures
1PV and Generator Hybrid System (2)
2Modular Inverters Serving Multiple PV Panel Strings (3)
3Transformerless DC/AC Conversion Circuit (4)
4Equivalent Circuit with Transformer (4)
5MPP for Different Conditions (5)
6TMS320F2808Architecture (6)
7Design Example-Multichannel Buck Converter (7)
TMS320C2000,TMS320F28x are trademarks of Texas Instruments.
SPRAAE3–May2006TMS320C2000?DSP Controllers:A Perfect Fit for Solar Power Inverters1 Submit Documentation Feedback
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1The Need for Solar-generated Power
2The Role of the Inverter
2.1Inverter
Topologies
The Need for Solar-generated Power
The continuing rise of oil prices is fueling a worldwide concern for future access to affordable,sustainable energy.According to the U.S.Department of Energy,alternative solutions such as wind,solar,biomass,geothermal,and small hydropower technologies now supply 160Gigawatts of generating capacity,which is roughly four percent of the world’s total capacity.Currently,the fastest growing alternative technology is solar power,growing at about 60percent per year.The U.S.,Germany,and Japan are leading markets for solar power and system development,with a number of companies focused on research,development
and manufacturing activities for the delivery of photovoltaic (PV)based systems.Among these systems are battery-operated and remote-control products;multiple-interface data-loggers;and compact,
high-performance solar inverters.
In any PV-based system,the inverter is a critical component,responsible for the control of electricity flow between the module,battery,and loads.The system performs the conversion of the variable DC voltage output from the solar cells into a clean sinusoidal 50-or 60-Hz current for use by appliances and for
feeding back into the grid.In addition,inverters perform such functions as disconnecting the circuit to
protect it from power surges,charging the battery,logging data on usage and performance,and maximum power point tracking (MPPT)to keep power generation as efficient as possible.Featuring nominal power between one and several hundred kilowatts peak (KWp),solar inverters can be designed around
sophisticated topologies,either with or without transformers,and may integrate several control processors.Figure 1shows where the inverter fits into an all-inclusive system that not only charges a battery and
AC loads from PV panels,but also ties to the grid and has an alternate power source in the form of an AC generator.A simpler system might just charge the battery for local use,or feed power back to the grid without local use,or leave out the generator.
Figure 1.PV and Generator Hybrid System
2TMS320C2000?DSP Controllers:A Perfect Fit for Solar Power Inverters SPRAAE3–May 2006
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2.2Inverter Stages and Functions
The Role of the Inverter Figure 2shows an inverter topology in which several strings of PV panels are served individually by
whose outputs are fed in parallel to the grid,a configuration that yields medium nominal power up to about 10KWp.Alternatives include:
?Each panel may be served by a small integrated inverter,yielding a few hundred watts peak (Wp).
?A single inverter may serve the parallel inputs of all the PV strings,yielding several KWp.
?Separate DC/DC conversion stages may be applied to each PV string,then the converted outputs fed in parallel to a single DC/AC inverter.This is the most efficient topology,yielding nominal power up to
about 100KWp.
Clearly,the topology will vary with the scale of the application,and higher yields are obtainable from
installing multiple instances of a topology.
Figure 2.Modular Inverters Serving Multiple PV Panel Strings
The inverter’s main function is to convert variable-voltage DC from the PV panels or battery storage to a specific AC voltage and frequency for use by appliances and feedback to the grid.The AC output varies by region,of course,with 60-Hz 115VAC used in North America and 50-Hz 230VAC in much of Europe.Applications also have different phase requirements,so one-,two-and three-phase inverters are
available.Figure 3shows the essential DC/AC conversion circuit,in which:
?DC/DC conversion raises or lowers the incoming PV voltage,adjusting its output for greatest efficiency in the DC/AC conversion stage,
?The capacitor provides further voltage buffering,
?The MOSFETs in the bridge use a switching frequency in the range of 20kHz to create an AC voltage,?The coils smooth the switched AC to a sinusoidal signal for use in generating a grid-frequency AC output.
Additional DC/DC conversion and regulation is required outside of the DC/AC conversion path for battery charging.
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TMS320C2000?DSP Controllers:A Perfect Fit for Solar Power Inverters 3
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Figure3.Transformerless DC/AC Conversion Circuit
At some point,the DC input has to be at a higher voltage level than the AC output.If the PV input is not high enough,the system can either step it up with a transformer on the AC side(after the coils in Figure3) or boost it in the DC/DC conversion stage.The AC transformer inherently provides galvanic isolation,as does a phase-shifted full-bridge DC/DC converter with zero voltage switching(making it thus equivalently
a transformer).Figure4shows the DC/AC circuit equivalent when either type of transformer is introduced.
This circuit is either to the bridge in Figure3if the transformer is on the AC side,or to the
DC/DC converter in Figure3if the transformer is on the DC side.
Figure4.Equivalent Circuit with Transformer
4TMS320C2000?DSP Controllers:A Perfect Fit for Solar Power Inverters SPRAAE3–May2006
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3Obtaining Maximum Charging
Power
Obtaining Maximum Charging Power
The need to design in transformers varies by region.In the U.S.,codes require the use of transformers,while Germany,the major European market,does not require them.Transformers add weight,bulk and
cost,and they also cause a reduction in efficiency of about 2percent.On the other hand,transformers
increase circuit protection and human safety by isolating the two sides of the circuit electrically,preventing a DC fault from flowing to the AC side,and an AC leakage current from developing a potential between
the PV panels and ground.
System protection mandates a relay to protect the conversion and charging circuitry against voltage
surges and spikes on the grid.In addition,the design may include a residual current protection device
(RCD)that monitors the currents of all phases,including neutral,then trips the relay if the current exceeds a certain value.Because of the risk of current leakage,RCDs are especially important in transformerless systems.
Just as the efficiency of the DC/AC conversion depends on the input voltage,so does the battery
charging.But the PV input voltage is variable,due to factors such as the weather,time of day and heat of the panels;and the battery conditions are different,too,depending on whether it is charged or discharged.Sometimes lowering the voltage while raising the current to the battery may increase the total power
delivered and speed charging,while at other times sacrificing some current in order to achieve a higher
voltage may be necessary to charge at all.Maximum power output to the battery occurs when the product of voltage ×current is at its peak,the maximum power point (MPP).MPP tracking (MPPT)is designed to determine this point and adjust the DC/DC voltage conversion in order to maximize the charging output.MPPT can increase the overall efficiency of a solar system by a third or more during winter months,when power is most needed.Figure 5shows how the determination of MPP can vary with different conditions.
Figure 5.MPP for Different Conditions
The most common algorithm for determining MPP is for the controller to perturb the panel’s operating
voltage with every MPPT cycle and observe the output.The algorithm continues oscillating around the
MPP over a wide enough range to avoid local but misleading peaks in the power curve caused by,say,
movement in cloud cover or some other condition that affects the curve.The perturb and observe
algorithm is inefficient to the extent that it oscillates away from the MPP in each cycle.An alternative,the incremental inductance algorithm,solves the derivative of the power curve for 0,which is by definition a peak,then settles at the resolved voltage level.While this approach does not have the inefficiency caused by oscillation,it risks other inefficiencies because it may settle at a local peak instead of the MPP.A
combined approach maintains the level determined by the incremental inductance algorithm,but scans at intervals over a wider range to avoid selecting local peaks.This approach,while the most efficient,also
requires the greatest amount of performance on the part of the controller.
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4Digital Signal Controllers
By now it should be clear that an inverter is a critical component in the solar power system,and its design needs to be both flexible for use in different applications,and adaptable to changing conditions within an application.A control processor for an inverter has to meet a number of real-time processing challenges in order to effectively execute the precise algorithms required for efficient DC/AC conversion and circuit
protection.MPPT and battery charge control,while only needing near-real time response,do involve
algorithms with a high level of processing.
Digital signal controllers,combining high-performance DSPs and integrated control peripherals,offer an excellent solution for real-time control of the DC/AC converter bridge,MPPT and protection circuitry in
solar power inverters.DSP controllers inherently support high-speed mathematical calculations for use in real-time control algorithms.Integrated peripherals such as analog to digital converters(ADCs)and
pulse-width-modulated outputs(PWMs)make it possible to directly sense inputs and control power
MOSFETs,saving system space and expense.On-chip flash memories aid in programming and data
collection,and communication ports simplify design for networking with units such as meters and other inverters.The higher efficiency of DSP controllers in solar power inverters has already been demonstrated by designs reporting that conversion efficiency losses were cut by more than50percent,as well as
achieving significant cost reductions.(1)
Example:TMS320F28x Digital Signal Processors
An example of such a processor is the Texas Instruments(TI)TMS320F28x?digital signal controller,a 32-bit device that operates at frequencies up to150MHz and provides up to150MIPS in performance.
Figure6shows the architecture of the F2808,a representative device in this DSP controller family.With of performance,a single DSP controller can control multiple conversion stages in the same inverter and have overhead remaining for performing additional functions such as the MPPT algorithm, battery charge monitoring,surge protection,data logging and communications.
Figure6.TMS320F2808Architecture
Integrated functions keep costs efficient along with system operation.F28x controllers feature ultra-fast 12-bit ADCs that provide up to16input channels for performing the current and voltage sensing required to achieve a regular sinusoidal waveform.For safety,the ADCs also provide current sensing in the RCD. 6TMS320C2000?DSP Controllers:A Perfect Fit for Solar Power Inverters SPRAAE3–May2006
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Digital Signal Controllers Twelve individually controlled enhanced PWM(EPWM)channels provide variable duty cycles for
high-speed switching in the converter bridge and battery charging circuits.Each of the EPWMs has its
own timer and phase register,allowing phase delay to be programmed in,and all of the EPWMs can be synchronized to drive multiple stages at the same frequency.Multiple timers give access to multiple
frequencies,and fast interrupt management is available to support additional control tasks.Multiple
standard communication ports,including the CAN bus,provide simple interfaces to other components and systems.
With integrated flash memories,F28x controllers enable straightforward program development and
updates while helping to protect intellectual property.Extensive third-party support is available for control algorithms,including software modules for solar power inverters that have been developed and are in
development.
Figure7shows a multichannel buck converter driven by the independently timed EPWMs.All channels at different frequencies,as shown in the example,or the same frequency can be chosen for all channels.For four channel frequencies,four EPWM modules are required.The choice of whether to run the modules as masters or slaves depends on the frequency and synchronization requirements of the
system.If the channels are run as frequency multiples,it makes sense to synchronize,and a1×master and3×slave configuration is appropriate.If the channels cannot be fixed at multiples,then all the modules must be masters without synchronization,though resonance frequencies may be an issue.development.
Figure7.Design Example-Multichannel Buck Converter
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A Key to Solar Power
5A Key to Solar Power
Many parts of the solar power system are continually being improved in order to achieve greater efficiency that will lower the cost per kW of solar energy.While much attention is deservedly paid to improving the PV panels,the inverter can also contribute to making solar technology more feasible.Variability in
regulatory and operational requirements make it important to select the right controller for the inverter,a controller that provides high performance,integration and flexibility.Digital signal controllers such as the F28x series have demonstrated their value in inverter systems and will continue to help improve the
efficiency and lower the cost of solar power for greener solutions to the world’s energy needs.
6Reference
1.R.West.PV Inverter Products Manufacturing and Design Improvements For Cost Reduction and
Performance Enhancements.NCPV and Solar Program Review Meeting2003.NREL/CD-520-33586,
p.550.
8TMS320C2000?DSP Controllers:A Perfect Fit for Solar Power Inverters SPRAAE3–May2006
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太阳能光伏并网逆变器电路设计 1、引言 太阳能的大规模应用将是21世纪人类社会进步的重要标志，而光伏并网发电系统是光伏系统的发展趋势。光伏并网发电系统的最大优点是不用蓄电池储能，因而节省了投资，系统简化且易于维护。这类光伏并网发电系统主要用于调峰光伏电站和屋顶光伏系统。目前，美、日、欧盟等发达国家都推出了相应的屋顶光伏计划，日本提出到2010年要累计安装总容量达50、000MW的家用光伏发电站。作为屋顶光伏系统的核心，并网逆变器的开发越来越受到产业界的关注[1]。 2、光伏并网系统设计 2.1、系统结构 光伏并网逆变器的结构如图1所示。光伏并网逆变器主要由二部分组成：前级DC-DC变换器和后级DC-AC逆变器。这2部分通过DClink相连接，DClink的电压为400V。在本系统中，太阳能电池板输出的额定直流电压为100V～170V。DC—DC变换器采用boost结构，DC—AC部分采用全桥逆变器，控制电路的核心是TMS320F240型DSP。其中DC-DC变换器完成最大功率跟踪控制）MPPT）功能，DC-AC逆变器维持DClink 中间电压稳定并将电能转换成220V／50Hz的正弦交流电。系统保证并网逆变器输出的正弦电流与电网的相电压同频和同相。 2.2、控制电路设计 2.2.1、TMS320F240控制板 TMS320F240控制板如图2所示，以TI公司的TMS320F240型DSP为核心，外围辅以模拟信号调理电路、CPLD、数码管及DA显示、通信及串行E2PROM，完成电压和电流信号的采样、PWM脉冲的产生、与上位机的通信和故障保护等功能。 2.2.2、电压和电流信号检测电路 模拟信号检测电路的功能是把强电信号转换为DSP可以读取的弱电数字信号，同时要保证强电和弱电的隔离。笔者选用惠普公司的HCPL7800A型光电耦合器，其非线性度为0.004％，共模电压为l、000V时的共模抑制能力为15kV／lμs，增益温漂为0.000、25V／℃，带宽为100kHz。具体隔离检测电路如图3所示。 2.2.3、IGBT驱动电路 DSP控制电路产生的PWM信号先通过驱动电路，然后控制IGBT开关管的开通状态。笔者选用惠普公司的HCPL3120型专用IGBT驱动电路，如图4所示。驱动电路的输入和输出是相互隔离的，驱动电路还有电平转换功能，将DSP的+5V控制电压转换为+15V的IGBT驱动电压，驱动电路电源采用金升阳公司的B0515型隔离电源模块。
2015年6月15日 22:28 太阳能光伏并网控制逆变器工作原理及控制方 摘要：太阳能光伏发电是21世纪最为热门的能源技术领域之一，是解决人类能源危机的重要手段之一，引起人们的广泛关注。本文介绍了太阳能光伏并网控制逆变器的工作过程，分析了太阳能控制器最大功率跟踪原理，太阳能光伏逆变器的并网原理及主要控制方式。 1引言： 随着工业文明的不断发展，我们对于能源的需求越来越多。传统的化石能源已经不可能满足要求，为了避免面对能源枯竭的困境，寻找优质的替代能源成为人们关注的热点问题。可再生能源如水能、风能、太阳能、潮汐能以及生物质能等能源形式不断映入人们的眼帘。水利发电作为最早应用的可再生能源发电形式得到了广泛使用，但也有人就其的环境问题、安全问题提出过质疑，况且目前的水能开发程度较高，继续开发存在一定的困难。风能的利用近些年来也是热点问题，但风力发电存在稳定性不高、噪音大等缺点，大规模并网对电网会形成一定冲击，如何有效控制风能的开发和利用仍是学术界关注的热点。在剩下的可再生能源形式当中，太阳能发电技术是最有利用价值的能源形式之一。太阳能储量丰富，每秒钟太阳要向地球输送相当于210亿桶石油的能量，相当于全球一天消耗的能量。我国的太阳能资源也十分丰富，除了贵州高原部分地区外，中国大部分地域都是太阳能资源丰富地区，目前的太阳能利用率还不到1/1000。因此在我国大力开发太阳能潜力巨大。 太阳能的利用分为"光热"和"光伏"两种，其中光热式热水器在我国应用广泛。光伏是将光能转化为电能的发电形式，起源于100多年前的"光生伏打现象"。太阳能的利用目前更多的是指光伏发电技术。光伏发电技术根据负载的不同分为离网型和并网型两种，早期的光伏发电技术受制于太阳能电池组件成本因素，主要以小功率离网型为主，满足边远地区无电网居民用电问题。随着光伏组件成本的下降，光伏发电的成本不断下降，预计到2013年安装成本可降至1.5美元/Wp，电价成本为6美分/(kWh)，光伏并网已经成为可能。并网型光伏系统逐步成为主流。 本文主要介绍并网型光伏发电系统的系统组成和主要部件的工作原理。 2并网型光伏系统结构 图1所示为并网型光伏系统的结构。并网型光伏系统包括两大主要部分： 其一，太阳能电池组件。将太阳传送到地球上的光能转化成直流电能；其二，太阳能控制逆变器及并网成套设备，负责将电池板输出直流电能转为电网可接受的交流能量。根据功率的不同太阳能逆变器的输出形式可为单相或者三相；可带隔离变压器，也可不配隔离变压器。
光伏并网逆变器分类 并网逆变器是太阳能光伏系统中的关键部件，它将太阳能电池产生的直流电通过电力电子变换技术转换为能够直接并入电网、负载的交流能量。其性能，效率直接影响整个太阳能光伏系统的效率和性能。下面将从并网逆变器的分类来进行了解。 1、按照隔离方式分类 包括隔离式和非隔离式两类，其中隔离式并网逆变器又分为工频变压器隔离方式和高频变压器隔离方式。光伏并网逆变器发展之初多采用工频变压器隔离的方式，但由于其体积、重量、成本方面的明显缺陷。近年来高频变压器隔离方式的并网逆变器发展较快，非隔离式并网逆变器以其高效率、控制简单等优势也逐渐获得认可，目前已经在欧洲开始推广应用，但需要解决可靠性、共模电流等关键问题。 2、按照输出相数分类 可以分为单相和三相并网逆变器两类，中小功率场合一般多采用单相方式，大功率场合多采用三相并网逆变器。按照功率等级进行分类，可分为功率小于1kVA的小功率并网逆变器，功率等级1kVA~50kVA的中等功率并网逆变器和50kVA以上的大功率并网逆变器。 3、按照功率流向进行分类 分为单方向功率流和双方向功率流并网逆变器两类，单向功率流并网逆变器仅用作并网发电，双向功率流并网逆变器除可用作并网发电外，还能用作整流器，改善电网电压质量和负载功率因素。近几年双向功率流并网逆变器开始获得关注，是未来的发展方向之一。 4、按照拓扑结构分类 目前采用的拓扑结构包括：全桥逆变拓扑、半桥逆变拓扑、多电平逆变拓扑、推挽逆变拓扑、正激逆变拓扑、反激逆变拓扑等，其中高压大功率光伏并网逆变器可采用多电平逆变拓扑，中等功率光伏并网逆变器多采用全桥、半桥逆变拓扑，小功率光伏并网逆变器采用正激、反激逆变拓扑。 从技术层面讲，大功率并网逆变器和小功率并网逆变器是未来的两个主要发展方向，其中小功率光伏并网逆变器——微逆变器是最具发展潜力和市场应用前景的发展方向，高频化、高效率、高功率密度、高可靠性和高度智能化是未来的发展方向。
Grid-Connected Solar Micro inverter Reference Design Abstract-In traditional grid-connected PV system, it’s hard to remove failure of individual PV panels. This paper presents a Solar PV Grid-Connected Micro-inverter which can be embedded in a single stand-alone photovoltaic panel to solve the problem of single point of failure. For a single photovoltaic panel, rated power of the Micro-inverter is 220W, using the topology of interleaved flyback converter. Keywords-Micro-inverter; interleaved flyback converter; grid-connected; PV panel I. INTRODUCTION With the draining of fossil fuel and increasingly serious pollution caused by traditional power generation methods across the world, renewable and pollution-free energy has gained much attention in economic and political fields. Renewable energy includes photovoltaic (PV) and wind power generation systems. Wide application of renewable energy is now impeded by cost and extensive researches shall be conducted in order to improve cost effectiveness. PV system, also known as solar converter, has gained popularity in recent years as a convenient renewable energy with good prospects. High production cost and low conversion efficiency of silicon solar panel are major defects of PV energy. Cost effectiveness of PV projects will become more reasonable with the application of new PV panel production technology and the
随着生态环境的日益恶化，人们逐渐认识到必须走可持续发展的道路，必须完成从补充能源向替代能源的过渡。光伏并网是太阳能利用的发展趋势，光伏发电系统将主要用于调峰电站和屋顶光伏系统。 在光伏并网系统中，并网是核心部分。目前并网型系统的研究主要集中于DC-DC和DC-AC 两级能量变换的结构。DC-DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点;DC-AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。其中DC-AC是系统的关键设计。 太阳能光伏并网系统结构图如图1所示。本系统采用两级式设计，前级为升压斩波器，后级为全桥式逆变器。前级用于最大功率追踪，后级实现对并网电流的控制。控制都是由DSP芯片TMS320F2812协调完成。 图1 光伏并网系统结构图 逆变器的设计 太阳能并网逆变器是并网发电系统的核心部分，其主要功能是将发出的直流电逆变成单相交流电，并送入电网。同时实现对中间电压的稳定，便于前级升压斩波器对最大功率点的跟踪。并且具有完善的并网保护功能，保证系统能够安全可靠地运行。图2是并网逆变器的原理图。
图2 逆变器原理框图 控制系统以TI公司的TMS320F2812为核心，可以实现反馈信号的处理和A/D转换、DC/DC变换器和PWM逆变器控制脉冲的产生、系统运行状态的监视和控制、故障保护和存储、485通讯等功能。实际电路中的中间电压VDC、网压、并网电流和太阳能电池的电压电流信号采样后送至F2812控制板。控制板主要包括：CPU及其外围电路，信号检测及调理电路，驱动电路及保护电路。其中信号检测及调理单元主要完成强弱电隔离、电平转换和信号放大及滤波等功能，以满足DSP控制系统对各路信号电平范围和信号质量的要求。驱动电路起到提高脉冲的驱动能力和隔离的作用。保护逻辑电路则保证发生故障时，系统能从硬件上直接封锁输出脉冲信号。 在实现同频的条件下可用矢量进行计算，从图3可以看出逆变器输出端存在如图3a所示的矢量关系，对于光伏并网逆变器的输入端有下列基本矢量关系式： Vac=Vs+jωL·IN+RS·IN (1) 式中Vac—电网基波电压幅值，Vs—逆变器输出端基波幅值。 图1 光伏并网系统结构图 图3 控制矢量图 在网压Vac(t)为一定的情况下，IN(t)幅值和相位仅由光伏并网逆变器输出端的脉冲电压中的基波分量Vs(t)的幅值，及其与网压Vac(t)的相位差来决定。改变Vs(t)的幅值和相位就可以控制输入电流IN(t)和Vac(t)同相位。PWM整流器输入侧存在一个矢量三角形关系，在实际系统中RS 值的影响一般比较小，通常可以忽略不计得到如图3b所示的简化矢量三角形关系，即下式： (2) 在一个开关周期内对上式进行周期平均并假设输入电流能在一个开关周期内跟踪电流指令即可推导出下式： (3)式中K= L/TC，TC为载波周期。 从该模型即可以得到本系统所采用的图4所示的控制框图。此方法称为基于改进周期平均模型的固定频率电流追踪法。
三相光伏并网逆变器的设计毕业设计开题报告 1 选题的目的和意义 随着社会生产的曰益发展，对能源的需求量在不断增长，全球范围内的能源危机也日益突出。地球中的化石能源是有限的，总有一天会被消耗尽。随着化石能源的减少，其价格也会提高，这将会严重制约生产的发展和人民生活水平的提高。可再生能源是满足世界能源需求的一种重要资源，特别是对于我们这个人口大国来讲更加重要。其中太阳能资源在我国非常丰富，其应用具有很好的前景。 光伏并网发电系统是通过太阳能电池板将太阳能转化为电能，并通过并网逆变器将直流电变为与市电同频同相的交流电，并回馈电网。存阳光充足时，太阳能发出的电可供使用，而不使用市网电；在阳光不充足或光伏发电量达不到使用量时，由控制部分自动调节，通过市网电给予补充。此系统主要用于输电线路调峰电站以及屋顶光伏系统。 光伏并网发电系统的核心技术是并网逆变器，在本文中对于单相并网逆变器硬件进行了建摸及设计。给出了硬件主回路并对各部分的功能进行了分析，同时选用Tl公司的DSP芯片TMs320F2812作为控制CPU，阐述了芯片特点及选择的原因。并对并网逆变器的控制及软件实现进行了研究。文中对于光伏电池的最大功率跟踪(MPPT)技术作了闸述并提出了针对本设计的实现方法。最后对安全并网的相关问题进行了分析探讨。 2 本选题的国内外动向 太阳能光伏并网发电始于20世纪80年代，由于光伏并网逆变器在并网发电中所起的核心作用，世界上主要的光伏系统生产商都推出了各自商用的并网逆变器产品。这些并网逆变器在电路拓扑、控制方式、功率等级上都有其各自特点，其性能和效率也参差不齐。目前在国内外市场上比较成功的商用光伏并网逆变器主要有以下几种： 1．德国SMA公司的Sunny Boy系列光伏逆变器艾思玛太阳能技术股份公司(SMA SolarTechnology AG)是全球光伏逆变器第一大生产供应商，并引领着全球光伏领域的技术创新和发展。该公司推出的Sunny Boy系列光伏组串逆变器是目前为止并网光伏发电站最成功的逆变器，市场份额高达60％。其在国内的典型工程包括大兴天普“50kWp大型屋顶光伏并网示范电站"、深圳国际园林花卉博览园1MWp光伏并网发电工程等。 2．奥地利Fronius公司的IG系列光伏逆变器Fronius是专业生产光伏并网逆变器和控制器
并网逆变器选型细则 并网逆变器是将太阳能直流电转换为可接入交流市电的设备，是太阳能光伏发电站不可缺少的重要组成部分。以下对光伏电站设计过程中并网逆变器及其选型做比较详细的介绍和分析。 1．并网逆变器在光伏电站中的作用 光伏发电系统根据其应用模式一般可分为独立发电系统、并网发电系统以及混合系统，而并网发电系统的基本特点就是太阳电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。 1.1 并网光伏电站的基本结构 1.2 并网逆变器功作用和功能 并网逆变器是电力、电子、自动控制、计算机及半导体等多种技术相互渗透与有机结合的综合体现，它是光伏并网发电系统中不可缺少的关键部分。并网逆变器的主要功能是： ◆最大功率跟踪 ◆DC-AC转换 ◆频率、相位追踪 ◆相关保护 2．并网逆变器分类 并网逆变器按其电路拓扑结构可以分为变压器型和无变压器型逆变器，其中变压器型又分为高频变压器型和低频变压器型。变压器型和无变压器型逆变器的
主要区别在于安全性和效率两个方面。以下对三种类型逆变器做简单介绍： ◆高频变压器型 采用DC-AC-DC-AC的电路结构，设计较为复杂，采用较多的功率开关器件，因此损耗较大。 ◆低频变压器型 采用DC-AC-AC的电路结构，电路简单，采用普通工频变压器，具有较好的电气安全性，但效率较低。 ◆无变压器型 采用DC-AC的电路结构，无电气隔离，电压范围较窄，但是损耗小、效率高。 3．并网逆变器主要技术指标 a. 使用环境条件 逆变器正常使用条件：包括工作温度、工作湿度以及逆变器的冷却方式等相关指标。 b. 直流输入最大电流 c. 直流输入最大电压 d. 直流输入MPP电压范围 逆变器对太阳能电池部分进行最大功率追踪（MPPT）的电压范围，一般小于逆变器允许的最大直流输入电压，设计电池组件的输出电压应当在MPP电压范围之内。 e. 直流输入最大功率
光伏并网逆变器控制与仿真设计 为了达到提高光伏逆变器的容量和性能目的，采用并联型注入变换技术。根据逆变器结构以及光伏发电阵电流源输出的特点，选用工频隔离型光伏并网逆变器结构，并在仿真软件PSCAD中搭建光伏电池和逆变器模型，最后通过仿真与实验验证了理论的正确性和控制策略的可行性。 ?近年来，应用于可再生能源的并网变换技术在电力电子技术领域形成研究热点。并网变换器在太阳能光伏、风力发电等可再生能源分布式能源系统中具有广阔发展前景。太阳能、风能发电的重要应用模式是并网发电，并网逆变技术是太阳能光伏并网发电的关键技术。在光伏并网发电系统中所用到的逆变器主要基于以下技术特点：具有宽的直流输入范围；具有最大功率跟踪（MPPT）功能；并网逆变器输出电流的相位、频率与电网电压同步，波形畸变小，满足电网质量要求；具有孤岛检测保护功能；逆变效率高达92％以上，可并机运行。逆变器的主电路拓扑直接决定其整体性能。因此，开发出简洁、高效、高性价比的电路拓扑至关重要。 ?1 逆变器原理 ?该设计为大型光伏并网发电系统，据文献所述，一般选用工频隔离型光伏并网逆变器结构，如图1所示。光伏阵列输出的直流电由逆变器逆变为交流电，经过变压器升压和隔离后并入电网。光伏并网发电系统的核心是逆变器，而电力电子器件是逆变器的基础，虽然电力电子器件的工艺水平已经得到很大的发展，但是要生产能够满足尽量高频、高压和低EMI的大功率逆变器时仍有很大困难。所以对大容量逆变器拓扑进行研究是一种具有代表性的解决方案。作为太阳能光伏阵列和交流电网系统之间的能量变换器，其安全性，可靠性，逆变效率，制造成本等因素对于光伏逆变器的发展有着举足轻
光伏逆变器概述 工作原理及特点 工作原理： 逆变装置的核心，是逆变开关电路，简称为逆变电路。该电路通过电力电子开关的导通与关断，来完成逆变的功能。 特点： （1）要求具有较高的效率。 由于目前太阳能电池的价格偏高，为了最大限度的利用太阳能电池，提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率。 （2）要求具有较高的可靠性。 目前光伏电站系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变器有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变器具备各种保护功能，如：输入直流极性接反保护、交流输出短路保护、过热、过载保护等。 （3）要求输入电压有较宽的适应范围。 由于太阳能电池的端电压随负载和日照强度变化而变化。特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大，如12V的蓄电池，其端电压可能在10V~16V之间变化，这就要求逆变器在较大的直流输入电压范围内保证正常工作。 光伏逆变器分类 有关逆变器分类的方法很多，例如：根据逆变器输出交流电压的相数，可分为单相逆变器和三相逆变器；根据逆变器使用的半导体器件类型不同，又可分为晶体管逆变器、晶闸管逆变器及可关断晶闸管逆变器等。根据逆变器线路原理的不同，还可分为自激振荡型逆变器、阶梯波叠加型逆变器和脉宽调制型逆变器等。根据应用在并网系统还是离网系统中又可以分为并网逆变器和离网逆变器。为了便于光电用户选用逆变器，这里仅以逆变器适用场合的不同进行分类。
1、集中型逆变器 集中逆变技术是若干个并行的光伏组串被连到同一台集中逆变器的直流输入端，一般功率大的使用三相的IGB T功率模块，功率较小的使用场效应晶体管，同时使用DSP转换控制器来改善所产出电能的质量，使它非常接近于正弦波电流，一般用于大型光伏发电站(>10kW)的系统中。最大特点是系统的功率高，成本低，但由于不同光伏组串的输出电压、电流往往不完全匹配(特别是光伏组串因多云、树荫、污渍等原因被部分遮挡时)，采用集中逆变的方式会导致逆变过程的效率降低和电户能的下降。同时整个光伏系统的发电可靠性受某一光伏单元组工作状态不良的影响。最新的研究方向是运用空间矢量的调制控制以及开发新的逆变器的拓扑连接，以获得部分负载情况下的高效率。 2、组串型逆变器 组串逆变器是基于模块化概念基础上的，每个光伏组串(1-5kw)通过一个逆变器，在直流端具有最大功率峰值跟踪，在交流端并联并网，已成为现在国际市场上最流行的逆变器。 许多大型光伏电厂使用组串逆变器。优点是不受组串间模块差异和遮影的影响，同时减少了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，从而增加了发电量。技术上的这些优势不仅降低了系统成本，也增加了系统的可靠性。同时，在组串间引人"主-从"的概念，使得系统在单串电能不能使单个逆变器工作的情况下，将几组光伏组串联系在一起，让其中一个或几个工作，从而产出更多的电能。 最新的概念为几个逆变器相互组成一个"团队"来代替"主-从"的概念，使得系统的可靠性又进了一步。目前，无变压器式组串逆变器已占了主导地位。 3、微型逆变器 在传统的PV系统中，每一路组串型逆变器的直流输入端，会由10块左右光伏电池板串联接入。当10块串联的电池板中，若有一块不能良好工作，则这一串都会受到影响。若逆变器多路输入使用同一个MPPT，那么各路输入也都会受到影响，大幅降低发电效率。在实际应用中，云彩，树木，烟囱，动物，灰尘，冰雪等各种遮挡因素都会引起上述因素，情况非常普遍。而在微型逆变器的PV系统中，每一块电池板分别接入一台微型逆变器，当电池板中有一块不能良好工作，则只有这一块都会受到影响。其他光伏板都将在最佳工作状态运行，使得系统总体效率更高，发电量更大。在实际应用中，若组串型逆变器出现故障，则会引起几千瓦的电池板不能发挥作用，而微型逆变器故障造成的影响相当之小。 4、功率优化器 太阳能发电系统加装功率优化器(Optimizer)可大幅提升转换效率，并将逆变器(Inverter)功能化繁为简降低成本。为实现智慧型太阳能发电系统，装置功率优化器可确实让每一个太阳能电池发挥最佳效能，并随时监控电池耗损状态。功率优化器是介于发电系统与逆变器之间的装置，主要任务是替代逆变器原本的最佳功率点追踪功能。功率优化器藉由将线路简化以及单一太阳能电池即对应一个功率优化器等方式，以类比式进行极为快速的最佳功率
一文看懂光伏逆变器工作原理！ 工作原理及特点 工作原理： 逆变装置的核心，是逆变开关电路，简称为逆变电路。该电路通过电力电子开关的导通与关断，来完成逆变的功能。 特点： (1)要求具有较高的效率。 由于目前太阳能电池的价格偏高，为了最大限度的利用太阳能电池，提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率。 (2)要求具有较高的可靠性。 目前光伏电站系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变器有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变器具备各种保护功能，如：输入直流极性接反保护、交流输出短路保护、过热、过载保护等。 (3)要求输入电压有较宽的适应范围。 由于太阳能电池的端电压随负载和日照强度变化而变化。特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大，如12V的蓄电池，其端电压可能在 10V~16V之间变化，这就要求逆变器在较大的直流输入电压范围内保证正常工作。 光伏逆变器分类 有关逆变器分类的方法很多，例如：根据逆变器输出交流电压的相数，可分为单相逆变器和三相逆变器;根据逆变器使用的半导体器件类型不同，又可分为晶体管逆变器、晶闸管逆变器及可关断晶闸管逆变器等。根据逆变器线路原
理的不同，还可分为自激振荡型逆变器、阶梯波叠加型逆变器和脉宽调制型逆变器等。根据应用在并网系统还是离网系统中又可以分为并网逆变器和离网逆变器。为了便于光电用户选用逆变器，这里仅以逆变器适用场合的不同进行分类。 1、集中型逆变器 集中逆变技术是若干个并行的光伏组串被连到同一台集中逆变器的直流输入端，一般功率大的使用三相的IGBT功率模块，功率较小的使用场效应晶体管，同时使用DSP转换控制器来改善所产出电能的质量，使它非常接近于正弦波电流，一般用于大型光伏发电站(>10kW)的系统中。最大特点是系统的功率高，成本低，但由于不同光伏组串的输出电压、电流往往不完全匹配(特别是光伏组串因多云、树荫、污渍等原因被部分遮挡时)，采用集中逆变的方式会导致逆变过程的效率降低和电户能的下降。同时整个光伏系统的发电可靠性受某一光伏单元组工作状态不良的影响。最新的研究方向是运用空间矢量的调制控制以及开发新的逆变器的拓扑连接，以获得部分负载情况下的高效率。 2、组串型逆变器 组串逆变器是基于模块化概念基础上的，每个光伏组串(1-5kw)通过一个逆变器，在直流端具有最大功率峰值跟踪，在交流端并联并网，已成为现在国际市场上最流行的逆变器。 许多大型光伏电厂使用组串逆变器。优点是不受组串间模块差异和遮影的影响，同时减少了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，从而增加了发电量。技术上的这些优势不仅降低了系统成本，也增加了系统的可靠性。同时，在组串间引人"主-从"的概念，使得系统在单串电能不能使单个逆变器工作的情况下，将几组光伏组串联系在一起，让其中一个或几个工作，从而产出更多的电能。 最新的概念为几个逆变器相互组成一个"团队"来代替"主-从"的概念，使得系统的可靠性又进了一步。目前，无变压器式组串逆变器已占了主导地位。
100kW光伏并网逆变器 设计方案 目录 1. 百千瓦级光伏并网特点 (2) 2 光伏并网逆变器原理 (3) 3 光伏并网逆变器硬件设计 (3) 3.1主电路 (6) 3.2 主电路参数 (7) 3.2.1 变压器设计............................................................................. 错误!未定义书签。 3.2.3 电抗器设计 (7) 3.3 硬件框图 (10) 3.3.1 DSP控制单元 (11) 3.3.2 光纤驱动单元 (11) 3.3.2键盘及液晶显示单元 (13) 3 光伏并网逆变器软件 (13)
1. 百千瓦级光伏并网特点 2010年全球太阳能光伏发电系统装机容量将达到10000MWp（我国将达到400MWp），2010年以后还将呈进一步加速发展趋势。百千瓦级大型光伏发电并网用逆变控制功率调节设备，成本低，效率高，容量大，被国内外光伏界公认为是适合大功率光伏发电并网用的最具技术含量、最有发展前景的新一代主流产品，直接影响到未来光伏发电的走向。 百千瓦级大功率光伏并网逆变电源其应用对象主要为大型光伏并网电站，从原理上讲，其并网控制技术与中小功率光伏并网系统的控制技术基本相同，但由于装置容量较大，在技术指标的实现达标和功能设计方面却有较大区别。 在技术指标上，主要会影响： 1.并网电流畸变率 在系统的额定容量达到一定数量级时，一些存在的技术问题将会逐步暴露并影响到系统的性能指标，其最重要的一点就是并网电流波形畸变率的控制和电流滤波方式。该系统中的主变压器一般选择为三相Δ/Y型式，且容量较大，此时变压器的非线性和励磁电流对并网电流波形的影响不容忽视，否则会引起并网电流波形的明显畸变和三相电流不平衡。 2.电磁噪声 由于是三相桥式逆变结构，受IGBT功率模块的开关频率限制及考虑系统的效率指标，系统的电流脉动要远高于中小功率系统，对电流的滤波和噪声控制需要特别注意，此时对系统的滤波电路设计和并网电流PWM控制方式的研究至关重要。由于系统的dv/dt、di/dt和电流幅值较大，其EMI和EMC的指标实现可能存在技术难度，由于系统的噪声可能影响其电流、功率的检测和计算精度，在最大功率跟踪和孤岛效应识别等方面的影响还难以预计。 在技术指标上，主要考虑： 1)主电路工艺结构设计 2)散热工艺结构设计 3)驱动方式设计
并网逆变器选型细则 并网逆变器就是将太阳能直流电转换为可接入交流市电的设备,就是太阳能光伏发电站不可缺少的重要组成部分。以下对光伏电站设计过程中并网逆变器及其选型做比较详细的介绍与分析。 1. 并网逆变器在光伏电站中的作用 光伏发电系统根据其应用模式一般可分为独立发电系统、并网发电系统以及混合系统,而并网发电系统的基本特点就就是太阳电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。 1、1 并网光伏电站的基本结构 1、2 并网逆变器功作用与功能 并网逆变器就是电力、电子、自动控制、计算机及半导体等多种技术相互渗透与有机结合的综合体现,它就是光伏并网发电系统中不可缺少的关键部分。并网逆变器的主要功能就是: ◆最大功率跟踪 ◆DC-AC转换 ◆频率、相位追踪 ◆相关保护 2. 并网逆变器分类 并网逆变器按其电路拓扑结构可以分为变压器型与无变压器型逆变器,其中变压器型又分为高频变压器型与低频变压器型。变压器型与无变压器型逆变器的主要区别在于安全性与效率两个方面。以下对三种类型逆变器做简单介绍: ◆高频变压器型 采用DC-AC-DC-AC的电路结构,设计较为复杂,采用较多的功率开关器件,因此损耗较大。 ◆低频变压器型 采用DC-AC-AC的电路结构,电路简单,采用普通工频变压器,具有较好的电气安全性,但效率较低。 ◆无变压器型 采用DC-AC的电路结构,无电气隔离,电压范围较窄,但就是损耗小、效率高。
3. 并网逆变器主要技术指标 a、使用环境条件 逆变器正常使用条件:包括工作温度、工作湿度以及逆变器的冷却方式等相关指标。 b、直流输入最大电流 c、直流输入最大电压 d、直流输入MPP电压范围 逆变器对太阳能电池部分进行最大功率追踪(MPPT)的电压范围,一般小于逆变器允许的最大直流输入电压,设计电池组件的输出电压应当在MPP电压范围之内。 e、直流输入最大功率 大于逆变器的额定输出功率,即通常所说的“逆变器功率”。为了充分利用逆变器的容量,设计接入并网逆变器的电池组件的标称功率可以等于直流侧输入最大功率。 f、最大输入路数 指逆变器直流侧可接入的直流回路数目。 g、额定输出电压 在规定的输入条件下,逆变器应输出的电压值。电压波动范围一般应:单相220V±5%,三相380±5%。 h、额定输出功率 在规定的输出频率与负载功率因数下,逆变器应输出的额定电流值。 i、额定输出频率 在并网系统中,额定输出频率要对应所并入的电网频率,而且当电网的频率与相位有微小波动时,逆变器输出的交流电应自动追踪电网的频率与相位。当检测到电网频率波动过大,逆变器将自动切离电网。我国的市电频率为50Hz,并网逆变器频率波动范围一般在±3%以内。 j、最大谐波含量 正弦波逆变器,在阻性负载下,输出电压的最大谐波含量应≤10%。 k、过载能力 在规定的条件下,在较短时间内,逆变器输出超过额定电流值的能力。逆变器
6.Settings Explainations on the LCD of the 2nd Generation GTIL: G2 LCD屏幕设置说明 The GTIL including various functions,all functions should configurate on the LCD setting page.Please see below explainations: G2逆变器有很多功能，所有功能都应在LCD设置页面配置。请参阅以下说明 6.1. Limit Mode: External limiter and Internal limiter are settable, 6.1.防逆流模式：外置防逆流和内置防逆流可选
Limit mode+External limiter both selected means work under external limiter mode. 防逆流模式+外置防逆流两个都选就是逆变器在外置防逆流的模式下工作 Limit mode+Internal limiter both selected means work under external limiter mode. 防逆流模式+内置防逆流两个都选就是逆变器在内置防逆流的模式下工作 (蓝色新款都是内置防逆流，请勾选Limit mode+internal limiter) 6.2.LCD back light: Select it, LCD will always on. Unselect it, LCD will auto turn off after about 10s without any action on LCD button. Press any of the button to light LCD again. 6.2.LCD背光灯：选择它，LCD屏幕将一直亮着。取消选择它，如果10秒之内一直未操作就会自动熄灭。按任意按钮再次点亮LCD。 6.3.Remote Num: while using with WIFI plug for monitoring, set by 1.While using with the WIFI-RTU(one RTU can monitoring multiple inverters),set monitored inverter numbers. 6.3.远程个数：使用WIFI插头进行监控时，设置为1.使用WIFI-RTU（一个RTU 可以监控多个逆变器）时，设置监控的逆变器个数。 6.4.Bat or solar limited current mode: This function is usable while using with battery. the setted voltage will be the cut off voltage, this means while battery discharged to the setted voltage point or below setted point, inverter will auto disconnect from the battery and stop operating. This can prevent the battery from over discharged. The setted current means inverter will discharge the battery at this current level. MPPT function of the inverter will auto invalid when working under this setting. Set is 0.1V/step. 6.4.电池或太阳能限制电流模式：此功能可在使用电池时使用。设定电压为截止电压，这意味着当电池放电至设定电压点或低于设定值时，逆变器将自动断开电池并停止运行。这可以防止电池过度放电。设定电流意味着逆变器将以此电流水平对电池放电。在此设置下工作时，逆变器的MPPT功能将自动失效。设定为0.1V /步。（比如上图220*0.1V=22V）
微型逆变器可优化太阳能发电系统 ?对于优化太阳能系统的效率和可靠性而言，一种较新的手段是采用连接到每个太阳能板上的微型逆变器(m ic ro-inverter)。为每块太阳能面板配备单独的微型逆变器使得系统可以适应不断变化的负荷和天气条件，从而能够为单块面板和整个系统提供最佳转换效率。 微型逆变器架构还可简化布线，这也就意味着更低的安装成本。通过使消费者的太阳能发电系统更有效率，系统“收回”采用太阳能技术的最初投资所需的时间会缩短。 电源逆变器是太阳能发电系统的关键电子组件。在商业应用中，这些组件连接光伏(PV)面板、储存电能的电池以及本地电力分配系统或公用事业电网。图1显示的是一个典型的太阳能逆变器，它把来自光伏阵列输出的极低的直流电压转换成电池直流电压、交流线路电压和配电网电压等若干种电压。 在一个典型的太阳能采集系统中，多个太阳能板并联到一个逆变器，该逆变器将来自多个光伏电池的可变直流输出转换成干净的50Hz或60Hz正弦波逆变电源。 此外，还应该指出的是，图1中的微控制器(MCU)模块TMS320C2000或MSP430通常包含诸如脉宽调制(PWM)模块和A/D转换器等关键的片上外设。 图1：传统电源转换架构包含一个太阳能逆变器，它从PV阵列接收低DC输出电压并产生AC线路电压。 设计的主要目标是尽可能提高转换效率。这是一个复杂且需反复的过程，它涉及最大功率点跟踪算法(MPPT)以及执行相关算法的实时控制器。 ?最大化电源转换效率 未采用MPPT算法的逆变器简单地将光伏模块与电池直接连接起来，迫使光伏模块工作在电池电压。几乎无一例外的是，电池电压不是采集最多可用太阳能的理想值。 图2说明了典型的75W光伏模块在25℃电池温度下的传统电流/电压特性。虚线表示的是电压(PV V OLT S)与功率(PV WATTS)之比。 实线表示的是电压与电流(PV AMPS)之比。如图2所示，在12V时，输出功率大约为53W。换句话说，通过将光伏模块强制工作在12V，输出功率被限制在约53W。
光伏并网逆变器 百科名片 solarmax光伏并网逆变器 目前我国光伏发电系统主要是直流系统，即将太阳电池发出的电能给蓄电池充电，而蓄电池直接给负载供电，如我国西北地区使用较多的太阳能户用照明系统以及远离电网的微波站供电系统均为直流系统。此类系统结构简单，成本低廉，但由于负载直流电压的不同（如１２Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖ等），很难实现系统的标准化和兼容性，特别是民用电力，由于大多为交流负载，以直流电力供电的光伏电源很难作为商品进入市场。另外，光伏发电最终将实现并网运行，这就必须采用成熟的市场模式，今后交流光伏发电系统必将成为光伏发电的主流。 目录[隐藏] 什么是光伏并网逆变器 光伏并网逆变器的工作原理 光伏并网逆变器逆变电路的控制电路 逆变器主电路功率器件的选择 什么是光伏并网逆变器 光伏并网逆变器的工作原理 光伏并网逆变器逆变电路的控制电路 逆变器主电路功率器件的选择 什么是光伏并网逆变器
1.要求具有较高的效率。由于目前太阳电池的价格偏高，为了最大限度地利用太阳电池，提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率。 2.要求具有较高的可靠性。目前光伏发电系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变器具有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变器具备各种保护功能，如输入直流极性接反保护，交流输出短路保护，过热、过载保护等。 3.要求直流输入电压有较宽的适应范围，由于太阳电池的端电压随负载和日照强度而变化，蓄电池虽然对太阳电池的电压具有重要作用，但由于蓄电池的电压随蓄电池剩余容量和内阻的变化而波动，特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大，如１２Ｖ蓄电池，其端电压可在１０Ｖ～１６Ｖ之间变化，这就要求逆变器必须在较大的直流输入电压范围内保证正常工作，并保证交流输出电压的稳定。 4.在中、大容量的光伏发电系统中，逆变电源的输出应为失真度较小的正弦波。这是由于在中、大容量系统中，若采用方波供电，则输出将含有较多的谐波分量，高次谐波将产生附加损耗，许多光伏发电系统的负载为通信或仪表设备，这些设备对电网品质有较高的要求，当中、大容量的光伏发电系统并网运行时，为避免与公共电网的电力污染，也要求逆变器输出正弦波电流。 光伏并网逆变器的工作原理 逆变器将直流电转化为交流电，若直流电压较低，则通过交流变压器升压，即得到标准交流电压和频率。对大容量的逆变器，由于直流母线电压较高，交流输出一般不需要变压器升压即能达到２２０Ｖ，在中、小容量的逆变器中，由于直流电压较低，如１２Ｖ、２４Ｖ，就必须设计升压电路。 中、小容量逆变器一般有推挽逆变电路、全桥逆变电路和高频升压逆变电路三种，推挽电路，将升压变压器的中性插头接于正电源，两只功率管交替工作，输出得到交流电力，由于功率晶体管共地边接，驱动及控制电路简单，另外由于变压器具有一定的漏感，可限制短路电流，因而提高了电路的可靠性。其缺点是变压器利用率低，带动感性负载的能力较差。 全桥逆变电路克服了推挽电路的缺点，功率晶体管调节输出脉冲宽度，输出交流电压的有效值即随之改变。由于该电路具有续流回路，即使对感性负载，输出电压波形也不会畸变。该电路的缺点是上、下桥臂的功率晶体管不共地，因此必须采用专门
光伏并网逆变器拓扑结构分析 太阳能并网发电技术日益成为研究热点，并网逆变器作为光伏阵列与电网的接口设备，其拓扑结构决定着整个光伏并网发电系统的效率和成本，是影响系统经济可靠运行的关键因素。由于光伏并网逆变器的结构拓扑种类众多、性能特点各异，其原理分析和性能比较：对于拓扑结构的合理选择、提高系统效率和降低生产成本有着极其重要的意义。 1.按有无变压器分类 根据系统中有无变压器,光伏并网逆变器可分为无变压器型(Transformerless)、工频变压器型(Line-Frequency Transformer, LFT)和高频变压器型(High-Frequency Transformer, HFT)三种.图1是采用工频变压器型的拓扑结构,变压器置于工频电网侧,可有效阻止电流直流分量注入电网.高频变压器型中的变压器一般可放置在两个地方,如图2所示.图2(a)是把高频变压器置于DC-AC变换器内;图2(b)是把高频变压器置于DC-DC变换器内,两种方式均可实现隔离功能。 图工频电压器型拓扑结构图 图 a 图 b 图2 高频变压器型的两种拓扑结构图 工频变压器(LFT)与高频变压器(HFT)相比,体积大、重量重、价格上也无优势,因此,在有变压器拓扑方案的选择中,一般倾向于采用HFT来实现升压和隔离
的功能.为了尽可能地提高光伏并网系统的效率和降低成本,在直流母线电压足够高时,也可采用不隔离的无变压器型拓扑方案。 由于输入与输出之间无电气隔离,无变压器型拓扑产生的对地漏电流成为一个需要解决的技术难题光伏模块存在一个随外部环境变化而变化且范围很大的对地寄生电容,其容值在0.1～10 nF之间,所以由许多光伏模块串并联构成的光伏阵列对地寄生电容变得更大,从而可能导致相当大的对地漏电流.较大的对地漏电流一方面会严重影响变流器的工作模式;另一方面也会给人身安全带来威胁。 1.2按功率变换级数分类 按照功率变换的级数分类，并网逆变器一般可分为单级式(Single-Stage Inverter)和多级式(Multiple-Stage Inverter)两种拓扑方案,如图3所示。 图单极式 图多级式 图3(a)所示为单级式逆变器的结构框图，它仅用一级能量变换就可以完成电压调整和并网逆变功能，具有电路简单、元器件少、可靠性高和高效低功耗等诸多优点，所以在满足系统性能要求的前提下，单级式拓扑结构将会是首选[7]。图3(b)给出了三种多级式变流器(Multiple-Stage Inverter)拓扑结构:DCDC-AC、DC-AC-DC-AC和DC-AC-AC.它们需要多于一级的能量转换，其中前几级中通常具备升降压或电气隔离的功能,最后一级实现逆变并网的转换.DC-DC-AC为目前常用的一种拓扑结构，其前级为DC-DC变换器,用于实现电压调整和MPPT功能；后级为DC-AC逆变器,用于实现输出电流正弦化并网、孤岛效应检测和预防等功能。该拓扑结构简化了每一级的控制方法，使得每一级可以专注于各自控制方法的质量和效率。