光伏离网逆变器并机典型设计

光伏离网系统典型设计当今世界上还有很大一部分人生活在缺电或无电的世界中，他们居住在贫困或偏远地区，远离发电厂和公共电网，因为没有电，无法享受到现代文明给生活带来的信息和便利。

光伏离网发电系统是一种独立自给的可再生新能源供电系统，可以解决他们的基本用电问题。

典型光伏离网发电系统主要由太阳能组件，支架，太阳能控制器，离网逆变器，蓄电池，配电箱等六部分组成，太阳能组件接入到太阳能控制器后，首先满足用户负载使用，之后将多余的电量存储于蓄电池中，以备夜间及阴雨天使用，当蓄电池没电，大部分逆变器还可以支持市电输入（或者柴油发电机）作为补充能源给负载供电。

光伏离网系统的设计不同于并网发电系统，需要考虑用户的负载大小，日用电量，当地的气候条件等因素，根据客户的实际需求选择不同设计方案，相对较为复杂，为了保证离网系统能够可靠工作，做好前期的客户需求调查是非常有必要的。

光伏离网系统的设计，主要包含逆变器的选型，组件容量的设计和蓄电池容量的设计：一．逆变器选型：根据用户负载大小和类型确定逆变器功率逆变器功率大小的选择一般要不小于负载总功率，但是考虑到逆变器的使用寿命和后续扩容，建议逆变器功率需要考虑留有一定的裕量，一般为负载功率的1.2~1.5倍，另外，如果负载包含有类似于冰箱，空调，水泵，抽油烟机等带电动机的感性负载（电动机的启动功率是额定功率的3~5倍），需要把负载的启动功率考虑进来，即负载的启动功率要小于逆变器的最大冲击功率。

以下是逆变器的功率选择的计算公式，供设计时参考。

二．组件容量确定：根据用户日用电量和光照强度确定组件容量光伏组件白天发的电一部分供给负载使用，剩下部分给蓄电池充电，到了晚上或者太阳辐射不足情况下，储存在蓄电池的电将放电给负载使用，由此可见，在没有市电/或者柴油机作为补充能源情况下，负载的所耗电全部来自光伏组件白天所产生的电，考虑到不同季节，不同地区的光照强度会有差异，为了保证系统的可靠运行，光伏板的容量设计应该在光照最差的季节也能满足需求，以下是光伏板的容量计算公式：三．蓄电池容量确定：根据夜晚用电量或者后备时间确定电池容量光伏离网系统的蓄电池主要用于储能，保证在太阳辐射不足时负载还能够正常工作。

光伏发电并网逆变器设计及其控制实现光伏发电并网逆变器是一种将光伏电池组发出的直流电能转换为交流电能并与电网连接的装置。

它在光伏发电系统中起着重要的作用，能够将光伏电池组产生的直流电能转化为交流电能供电网使用，从而实现将太阳能转化为电能的目的。

本文将对光伏发电并网逆变器的设计原理及其控制实现进行详细介绍。

光伏发电并网逆变器的设计原理是将光伏电池组发出的直流电能经过逆变器的转换，变为符合电网要求的交流电能。

其主要功能包括功率调节、电网电压频率跟踪以及电网短路保护等。

在设计过程中，需要考虑逆变器的效率、可靠性以及控制精度等因素。

光伏发电并网逆变器的组成主要包括直流侧和交流侧两个部分。

直流侧主要由光伏电池组、直流输入滤波电路和直流侧逆变器构成。

交流侧主要由交流输出滤波电路、逆变桥和输出变压器构成。

在设计中，需要对每个部分进行设计和参数选择，以保证逆变器的正常运行。

光伏发电并网逆变器的控制实现主要包括两个方面：MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)控制和电网逆变控制。

MPPT控制是为了保证光伏电池组能够始终工作在最大功率点上，通过调整光伏电池组的工作电压和电流，以获得最大功率输出。

电网逆变控制是为了保证逆变器能够将直流电能转换为符合电网要求的交流电能，包括电压和频率的跟踪控制。

在MPPT控制方面，一般采用模拟控制和数字控制相结合的方式。

模拟控制主要通过比较光伏电池组输出电压和电流与最大功率点的关系，通过调整控制信号来实现。

数字控制是采用数字信号处理器（DSP）等处理器实现的，能够实时采集光伏电池组的输出电压和电流，并进行计算和调整。

在电网逆变控制方面，主要包括电网电压跟踪和频率控制两个方面。

电网电压跟踪是通过测量电网电压和逆变器输出电压的差值，并通过调整逆变器的控制信号来实现电网电压的稳定。

频率控制是通过测量电网频率和逆变器输出频率的差值，并通过调整逆变器的控制信号来实现电网频率的跟踪。

光伏离网系统设计方案一、引言随着可再生能源的快速发展和环境问题的日益严重，光伏离网系统逐渐成为人们研究和应用的焦点之一。

光伏离网系统是指通过太阳能光伏发电系统将太阳能转化为电能，并将其中一部分直接馈回电网供给其他用户使用，同时将另一部分电能储存在电池中以备无光照时使用。

本文将介绍光伏离网系统的设计方案。

二、主要组成1. 太阳能光伏模块太阳能光伏模块是光伏离网系统的核心部件，它的作用是将太阳能转化为直流电能。

光伏模块通常由多个太阳能电池组成，通过并联或串联的方式组成电池组。

2. 光伏逆变器光伏逆变器是将光伏发电模块产生的直流电能转化为交流电能的装置。

逆变器具有高效率、低损耗和稳定的特点，能够将直流电能转化为标准的交流电输出。

3. 电池组电池组是光伏离网系统的储能装置，它可以储存太阳能发电系统产生的多余电能，并在无光照时提供电能供给使用。

电池组通常由多个电池单元组成，并可以根据需要进行扩展。

4. 电网连接装置电网连接装置是将光伏离网系统连接到公共电网的关键设备。

它通过逆变器将系统产生的电能馈回电网，并可以将电网的电能供给系统使用。

三、离网系统设计方案1. 太阳能光伏模块的选择在选择太阳能光伏模块时，需要考虑模块的转换效率、耐久性和可靠性。

同时，根据实际情况确定光伏模块的数量和布置方式，以确保最大程度地利用太阳能资源。

2. 光伏逆变器的选型逆变器的选型要考虑系统的容量和负载特点，确保逆变器能够稳定地运行和高效地将直流电能转化为交流电能。

此外，还要考虑逆变器的保护功能和通信接口，以便实现远程监控和管理。

3. 电池组容量的确定电池组的容量应根据用户的负荷需求和无光照期间的供电时间确定。

需要考虑到充电和放电效率、循环寿命以及安全性等因素，确保系统能够提供稳定可靠的电能供应。

4. 电网连接装置的设计电网连接装置需要符合当地的电网标准和要求，确保光伏离网系统与电网的连接稳定可靠。

同时，还需要考虑到电网故障时的安全保护和自动切换功能。

0 前言光伏发电是近年来迅猛发展的新能源技术。

它以取之不尽用之不竭，干净环保无污染的优点而获得社会一致认可，西方发达国家的光伏产业一直遥遥领先，我国在这方面还有一定差距，所以我国光伏市场仍然有着巨大的发展空间。

逆变器为光伏发电技术的最核心部分之一，目前正向着数字化、模块化、高频化、高可靠性发展。

本文以单片机为控制主体，设计了一款小功率单相光伏逆变器。

1 整体方案设计设计一个小功率单相光伏逆变器，其电压输出波形为正弦波。

设计中的主电路采用光耦隔离DC-DC 和DC-AC 技术，前级控制部分采用UC3843产生PWM 对Boost 升压电路进行控制。

后级控制是由单片机生成两路SPWM 波，利用光耦TLP250对逆变功率元件MOS 管的驱动脉冲控制，使其输出为交流正弦波稳压的光伏逆变器。

Boost 直流升压变换器。

电路中的升压电感L 起到了反复充放能量的作用，当升压电感L 储能后于输入电压叠加使输出电压升高，而电容C 在电路中起到作用：一种滤波，二种储存能量。

通过改变功率开关管的导通和关闭时间到达控制输出电压的效果。

该直流升压电路的优势为其结构较为简单，损耗较小，输出效率较高。

电路中MOS 管Q1Q3和Q2Q4分别为两对同时导通的功率开关，从而同侧Q1Q2和Q3Q4分别两个功率管交替导通组Absrtact: Based on single-chip computer, this paper designs a low-power single-phase photovoltaic inverter. The input of the inverter is 12V photovoltaic battery pack, and the output of the inverter is 24V, 50Hz standard sinusoidal AC. In the control circuit, the front Boost boost circuit is controlled by UC3843 chip with quasi-closed-loop voltage stabilization feedback; in the inverter part, the driver chip TLP250 high-speed optocoupler is used to isolate the whole bridge inverters, and the single chip IAP15F2K61S2 is used to generate SPWM wave and its dead zone. , timing control, the output voltage of the later stage is sampled and fed back by a small power frequency transformer, and then the ADC of the single chip iap15f2k61s2 is stabilized to form a double feedback link, which increases the stability of the photovoltaic inverter; the output current of the later stage is sampled and fed back by acs712 chip to achieve overload and short circuit protection. Using the internal resources of single chip IAP15F2K61S2, the multi-functional protection circuits such as input voltage overvoltage/undervoltage protection and overheat protection for photovoltaic battery pack are realized, which enhances the reliability and safety of the inverter. LCD1602 LCD screen and acousto-optic alarm circuit are used to realize the whole machine working condition display, fault display and alarm. Key words :photovoltaic;single-phase inverters;Boost;SPWM;IAP15F2K61S2基金项目：湖北省教育厅科学技术研究计划项目（B2017336）。

太阳能光伏并网逆变器的设计原理框图————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：太阳能光伏并网逆变器的设计原理框图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，太阳能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,并网逆变器是核心部分.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，其主要功能是将太阳能电池板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。

光伏离网逆变器并机典型设计在一些无电地区，安装光伏离网储能系统，比采纳油机发电，更经济和环保。

相对于并网系统，离网系统较为简单，需考虑用户的负载、用电量、当地的天气状况，特殊是负载状况多样化，有像水泵类的感性负载、也有像电炉类的阻性负载，有单相，也有三相。

对于大于10kW的光伏离网系统，可以采纳单机或者多机并联的方式，但各有其优缺点。

本文主要介绍采纳多台离网逆变器搭建的中大功率光伏离网系统设计方法。

古瑞瓦特离网掌握逆变一体SPF5000TL HVM机型，最多支持6台并机，可以搭建30kW以内的光伏离网系统。

既可组成30kW的单相系统，还可组成30kW的三相系统。

考虑到三相负载不肯定均衡，6台逆变器组成三相系统时，还有多种配置方法，如222、321、411等，可以应对不同场景的用户需要。

下表是一个用户的实际负载状况和用电状况。

这个系统较特别，有单相负载与三相负载两种，且三相不平衡。

我们依据负载的分布，先进行逆变器选型设计，系统总负载功率是24kW，用户表示，不会全部的负载都同时运行，最大功率在20kW左右，因此设计采纳6台5kW单相离网逆变器，A相用3台共15kW，B相用2台共10kW，C相用1台共5kW，构成一个30kW三相不平衡的离网系统。

单相逆变器输出有两根线：相线和零线，6台逆变器的零线全接在一起，3台逆变器的相线接在A相，2台逆变器的相线接在B相，1台逆变器的相线接在C相。

多台逆变器并联，每台机还需连接通信线，A相的3台机均流线接在一起，B相的2台机均流线接在一起,连接完线，再接上蓄电池，关闭输出断路器，在面板上设置逆变器的相位，SPF5000进入设置第23项，A相的3台机设为3P1，B相的2台机设为3P2，C相的1台机设为3P3，设置完成，便可运行。

选完逆变器，我们再计算组件用量，该系统平均每天需80度电，当地的峰值日照小时数据是平均每天3.5小时，离网系统的效率比并网低，约为0.7，这样算80/(3.5*0.7)，需要32kW左右的光伏组件，设计采纳280W的组件120块，每台逆变器20块，功率5.6kW，组件采纳10串2并的方式接入逆变器，系统总功率33.6kW。

光伏发电系统中逆变器方案的设计对于光伏发电系统来说，逆变器是一个至关重要的组成部分。

它负责将由太阳能光伏电池产生的直流电转换为交流电，以便供应给家庭、企业等电网使用。

因此，逆变器的设计方案必须经过谨慎的考虑和详细的规划。

本文将详细讨论光伏发电系统中逆变器方案的设计，并提供一步一步的回答。

第一步：确定系统需求在设计逆变器方案之前，首先需要确定系统的需求。

这包括所需的输出功率、电压和频率等。

根据需求，可以选择适合的逆变器类型，如独立式逆变器、并网式逆变器或混合式逆变器。

第二步：选择逆变器类型根据系统需求和实际情况，选择适合的逆变器类型。

独立式逆变器适用于没有电网供电的场所，它可以将直流电转换为交流电，供应给内部设备使用。

并网式逆变器适用于将太阳能发电系统与电网连接起来的场所，它可以将直流电转换为交流电，并将多余的电力注入到电网中。

混合式逆变器则是两者的结合，适用于同时具备独立供电和并网供电的场所。

第三步：确定逆变器容量逆变器容量是指逆变器可以承载的最大功率。

根据系统需求和实际情况，确定逆变器的容量。

一般来说，逆变器的容量应略大于系统的峰值功率需求，以确保逆变器可以稳定运行并承载额外的负载。

此外，逆变器的容量还应考虑光伏电池组的数量和输出功率。

第四步：选择逆变器拓扑结构逆变器拓扑结构是指逆变器内部电路的连接方式和电子元件的布局。

常见的逆变器拓扑结构有单相桥式逆变器、三相桥式逆变器和多级逆变器等。

选择逆变器拓扑结构时，需要考虑功率密度、效率、可靠性等因素。

第五步：设计逆变器控制策略逆变器的控制策略决定了其工作方式和性能。

常见的逆变器控制策略包括脉宽调制（P W M）控制、电流控制和电压控制等。

选择适合的控制策略时，需要考虑输出电压的稳定性、谐波失真等因素。

第六步：选择逆变器的电子元件逆变器的电子元件包括功率开关器件、驱动电路、滤波电路等。

选择适合的电子元件时，需要考虑功率损耗、效率、成本等因素。

第七步：优化散热设计逆变器在工作过程中会产生大量的热量，因此散热设计是非常关键的。

图1 信号处理框图设备，便于接口和模块化设计，其性价比极高。

dsPIC30F4011是Microchip 公司专为电机高速控制设计的一款微处理器。

微网逆变器信号调理电路设计由于DSP不能输入负电压，故逆变器的输出线电压和线电流，电网端的线电压和线电流总共4路信号要通过信号调理才能送入D S P。

此系统输出是交流电，输出线电压为100V，故选择T V19E电压互感器，其输出负载电阻可以接0~500平，故要对电压互感器和电流互感器的信号进行+1.25V号在0~3.3V之间4所示。

此电路首先是通过到高精度+1.25V向，送入运放B互感器或者电压互感器的信号通过运放A组成的电压跟随器后运放B的反向输入端，这样经过运放B进行叠加后输入信号得到提升。

DC-DC主电路设计DC-DC主电路如图5所示。

(1)主功率管的选择目前，MOS管以其优良的开关特性、较低的饱和压降以及容易驱图2 电压互感器电路图图3 电流互感器电路图图4 电平提升电路图图5 DC-DC主电路图图6　单相全桥原理图532013.11式，可得PWM最大占空比Dmax发生在输入直流电压最低(10.5V)而输出直流电压最高(230V)的时候，最小占空比Dmin发生在输入直流电压最高(13.5V)而输出直流电压最低(160V)的时候，则根据电流临界连续条件求得电感L=1mH。

SPWM逆变器工作原理逆变器是用来实现DC-AC变换的电力电子设备。

和所有其它类型的电力电子装置一样，逆变器利用一组电力电子开关来实现电能形式的转换。

由图6可见，当开关T5、T8导通，开关T6、T7关断时，输出端可以获得正极性的瞬时电压；而当开关T5、T8导通，开关T6、T7关断时，输出端可以获得负极性的瞬时电压。

以一定的频率切换两组开关导通的状态，即可实现由直流电压到交流电压的变换。

无论是任何具体形式的逆变器，或是其它类型的电力电子变换器，其实现电能变换的基本手段都是通过这种对电子开关的快速通断控制来改变电压(或电流)的极性(瞬时的或平均的)和幅值(平均的)。

户用光伏离网系统典型设计由于经济进展水平的差异，还有小部分偏远地区，没有解决基本用电问题，无法享受现代文明，光伏离网发电可以解决无电或者少电地区居民基本用电问题。

户用光伏离网发电系统主要由光伏组件、支架、掌握器、逆变器、蓄电池以及配电系统组成。

系统电气方案设计，主要考虑组件、逆变器(掌握器)、蓄电池的选型和计算。

设计之前，前期工作要做好，由于离网系统都是定制的，没有一个统一的方案，需要先了解用户负载类型和功率，白天和晚上的用电量，安装地点的气候条件。

光伏离网系统，用电要依靠天气，没有100%的牢靠性。

离网系统由于必需配备蓄电池，且占据了发电系统30-50%的成本。

而且铅酸蓄电池的使用寿命一般都在3-5年，过后又得更换，从经济性来说，很难得到大范围的推广使用，只适合缺电的地方使用。

离网系统和并网系统不一样，组件和逆变器并不是根据肯定的比例去配置，而是要依据用户的负载，用电状况和当地的天气条件来设计：1、依据用户的负载类型及功率确认离网逆变器的功率家用负载一般分为感性负载和阻性负载，洗衣机、空调、冰箱、水泵、抽油烟机等带有电动机的负载是感性负载，电动机启动功率是额定功率的3-5倍，在计算逆变器的功率时，要把这些负载的启动功率考虑进去。

逆变器的输出功率要大于负载的功率。

但对于一般贫困家庭而言，考虑到全部的负载不行能同时开启，为了节约成本，可以在负载功率之和乘以0.7-0.9的系数。

下面的列表是常用家用电器的功率，供设计时参考。

2、依据用户每天的用电量确认组件功率离网系统可用的电量=组件总功率*太阳能发电平均时数*掌握器效率*蓄电池效率。

组件的设计原则是要满意平均天气条件下负载每天用电量的需求，也就是说太阳能电池组件的每天发电量要稍大于负载每天用电量。

由于天气条件有低于和高于平均值的状况，太阳能电池组件的设计基本满意光照最差季节的需要，就是在光照最差的季节蓄电池也能够基本上每天布满电。

但在有些地区，最差季节的光照度远远低于全年平均值，假如还按最差状况设计太阳能电池组件的功率，那么在一年中的其他时候发电量就会远远超过实际所需，造成铺张。

两级拓扑结构的离网型光伏逆变器设计离网型光伏逆变器是将光伏发电的直流电转换成交流电，可以独立运行，并将多余的电能储存起来的设备。

在离网型光伏逆变器设计中，拓扑结构起着重要的作用。

而两级拓扑结构是目前较为常见和成熟的设计方案之一两级拓扑结构的离网型光伏逆变器由两个级别的逆变器组成，分别是辅助逆变器和主逆变器。

辅助逆变器主要用于控制和保护光伏发电系统，而主逆变器则用于将直流电转换为交流电并提供给负载。

这样的设计可以提高逆变器的效率和性能，同时也可以提供更稳定的输出电压和频率。

在两级拓扑结构中，辅助逆变器起到了关键的作用。

它主要用于控制光伏发电系统的输入电流和电压，并保护主逆变器不受损坏。

辅助逆变器通常采用辅助电源来供电，以确保其正常工作，同时提供给主逆变器所需的电流和电压信息。

主逆变器是整个系统的核心部分。

它将直流电通过中频环节转换为高频交流电，然后通过输出滤波器滤除谐波并产生交流电源电压。

主逆变器的设计需要考虑的因素包括电流和电压的控制、高效率的能量转换和良好的电压稳定性等。

两级拓扑结构的离网型光伏逆变器有一些优点。

首先，辅助逆变器的存在可以大大提高整个系统的可靠性和稳定性。

其次，两级结构可以减小主逆变器的功率损耗，提高能量转换效率。

此外，两级拓扑结构还可以提供更灵活的设计和优化，以满足不同条件下的需求。

然而，两级拓扑结构的离网型光伏逆变器也存在一些挑战。

首先，辅助逆变器的设计和控制需要更多的成本和复杂性。

其次，两级结构可能会增加系统的体积和重量，对于一些特殊应用场景可能会有限制。

综上所述，两级拓扑结构的离网型光伏逆变器是一种比较成熟和常见的设计方案。

其通过辅助逆变器和主逆变器的组合，可以提高整个系统的可靠性、效率和稳定性。

然而，对于具体的设计和应用场景，需要综合考虑各个因素，以确保逆变器的性能和可靠性符合要求。