200W太阳能光伏并网逆变器控制设计方案
一种小功率光伏并网逆变器的控制系统:DC/DC控制器的拓扑结构采用推挽式电路,是用芯片SG3525来控制的,该电路有效地防止了偏磁,DC/AC逆变器为全桥逆变电路,是用DSP来控制的,由于DSP的运算速度比较高,因此逆变器的输出电流能够很好地跟踪电网电压波形。该光伏并网逆变器控制方案的有效性在实验室得到验证。该控制系统能确保逆变电源的输出功率因数接近1,输出电流为正弦波形。
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系统工作原理及其控制方案
1 光伏并网逆变器电路原理
太阳能光伏并网逆变器的主电路原理图如图1所示。在本系统中,太阳能电池板输出的额定电压为62V的直流电,通过DC/DC变换器被转换为400V直流电,接着经过DC/AC逆变后就得到220V/50Hz的交流电。系统保证并网逆变器输出的220V/50Hz正弦电流与电网的相电压同步。
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图1 电路原理框图
2 系统控制方案
图2为光伏并网逆变器的主电路拓扑图,此系统由前级的DC/DC变换器和后级的DC/AC逆变器组成。DC/DC变换器的逆变电路可选择的型式有半桥式、全桥式、推挽式。考虑到输入电压较低,如采用半桥式则开关管电流变大,而采用全桥式则控制复杂、开关管功耗增大,因此这里采用推挽式电路。DC/DC变换器由推挽逆变电路、高频变压器、整流电路和滤波电感构成,它将太阳能电池板输出的62V的直流电压转换成400V的直流电压。
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图2 主电路拓扑图
DC/AC逆变器的主电路采用全桥式结构,由4个MOS管(该管内部寄生了反并联的二极管)构成,它将400V的直流电转换成为220V/50Hz的工频交流电。
2.2.1 DC/DC变换器控制方案
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图3 DC/DC变换器的控制框图
DC/DC变换器的控制框图如图3所示。控制电路是以集成电路SG3525为核心,由SG3525输出的两路50kHz的驱动信号,经门极驱动电路加在推挽电路开关管Q1和Q2的门极上。为保持DC/DC变换器输出电压的稳定,将检测到的输出电压与指令电压进行比较,该误差电压经PI调节器后控制 SG3525输出驱动信号的占空比。该控制电路还具有限制输出过流过压的保护功能。当检测到DC/DC变换器输出电流过大时,SG3525将减小门极脉冲的宽度,降低输出电压,进而降低了输出电流。当输出电压过高时,会停止DC/DC变换器的工作。由于推挽式电路容易因直流偏磁导致变压器饱和,因此,推挽式电路的设计难点在于如何防止变压器的磁饱和。在本电路中,除了注意电路的对称性之外,还设计了磁饱和检测电路,当流经推挽电路的两个支路电流失衡时,就会启动SG3525的软启动功能,使DC/DC变换器重新启动,变压器得以复位。
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图4 偏磁检测电路
偏磁检测电路如图4所示。图中只画出了磁环的副边。原边两个线圈接在主电路的变压器原边的两个绕组上,流过两个线圈中的电流方向要相反。当变压器发生偏磁时,某一方向的电流异常大,通过电流互感器检测,可在互感器的输出电阻R1上产生一个电压,如果该电压足够大,可以使稳压二极管D5导通,在电位器上产生压降,将电位器的值调到合适的阻值,使电位器上的压降大于三极管的门限电压,使三极管导通,接在芯片SG3525的脚8与地之间的电容放电,然后SG3525中的恒流源对它充电,SG3525重新启动,从而使变压器磁心复位。
2.2.2 DC/AC逆变器控制方案
DC/AC逆变器是光伏并网的重点和难点,因此以下将着重阐述该部分。DC/AC逆变器控制框图如图5所示。核心控制芯片采用了TI公司的 TMS320F240。尽管单片机也能实现并网逆变器的脉宽调制,但是DSP实时处理能力更强大,因此可以保证系统有更高的开关工作频率。从图5可以清楚看出系统输入和输出信号的情况。
![DC/AC逆变器的控制框图](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20131009/174782_1_5.jpg)
图5 DC/AC逆变器的控制框图
3 输出功率优化控制方案
在静态情况下,当并网逆变器与太阳能电池相连时,并网逆变器可等效为太阳能电池的负载电阻。当光强λ和温度T变化时,太阳能电池输出的端电压将会随之发生变化。为了有效地利用太阳能,应使太阳能电池的输出始终处于适当的工作点。因此,控制方案要求当太阳能电池的电压升高时,可以增大它的输出功率;反之就降低它的输出功率。
![DSP的控制方案](http://m.amcfsurvey.com/editerupload/fetch/20131009/174782_1_6.jpg)
图6 DSP的控制方案
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