500W光伏并網(wǎng)逆變器方案設(shè)計(jì)

3 最大功率跟蹤控制MPPT

　　MPPT的實(shí)質(zhì)是一種自尋優(yōu)過程[4],常用的方法有固定電壓跟蹤法、擾動(dòng)觀測法、導(dǎo)納微增法和間歇掃描跟蹤法。筆者采用的是間歇掃描跟蹤法。其核心思想是定時(shí)掃描一段(一般為0.5倍～0.9倍的開路電壓1陣列電壓,同時(shí)記錄不同電壓下對應(yīng)的陣列輸出功率值,然后比較不同點(diǎn)太陽電池陣列的輸出功率,得出最大功率點(diǎn)。筆者對間歇掃描法進(jìn)行了改進(jìn),即在較短時(shí)間間隔內(nèi)只在縮小的跟蹤范圍內(nèi)(Vm-0.1Voc和Vm+0.1Voc)掃描1次。其中Vm和Voc分別是太陽能電池陣列的最大功率點(diǎn)工作電壓和陣列開路電壓。每隔一段較長時(shí)間后再在整個(gè)跟蹤范圍內(nèi)對各工作點(diǎn)掃描1次。

　　改進(jìn)后的間歇掃描法控制既保持了跟蹤的控制精度又提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4 反孤島效應(yīng)控制方法

孤島效應(yīng)是指由于電氣故障、誤操作或自然因素等原因造成電網(wǎng)中斷供電時(shí)各個(gè)用戶端的太陽能光伏并網(wǎng)逆變器仍獨(dú)立運(yùn)行的現(xiàn)象。一般來說,孤島效應(yīng)可能對整個(gè)配電系統(tǒng)設(shè)備及用戶的設(shè)備造成不利的影響,包括并網(wǎng)逆變器持續(xù)供電可能危機(jī)電網(wǎng)線路維護(hù)人員的生命安全：干擾電網(wǎng)的正常合閘過程：電網(wǎng)不能控制孤島中的電壓和頻率。可能造成用戶用電設(shè)備的損壞[5]。因此解決光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的孤島問題顯得尤為重要。

　　筆者提出了一種正反饋頻率擾動(dòng)的反孤島檢測方法。該方法的主要思想是首先判斷當(dāng)前電網(wǎng)電壓頻率的漂移方向,然后周期性地對輸出電流頻率施以相應(yīng)的擾動(dòng)。同時(shí)觀測實(shí)際輸出電流頻率。當(dāng)輸出電流頻率跟隨擾動(dòng)信號(hào)變化即輸出電流頻率可由并網(wǎng)逆變器控制時(shí),就成倍增加擾動(dòng)量。以達(dá)到使輸出電流頻率快速變化而觸發(fā)反孤島頻率檢測的目的。

5 實(shí)驗(yàn)

筆者對500W光伏并網(wǎng)逆變器進(jìn)行了測試。采用8塊額定功率為50W的多晶硅太陽電池陣列串連,輸入電壓為100VDC-170VDC,輸出電壓為220VAC,輸出頻率為50Hz。輸入側(cè)分別用安培表和伏特表測量太陽電池的輸入電壓和電流,輸出側(cè)采用FLUKE 43B型電能質(zhì)量分析儀檢測并網(wǎng)逆變器輸出交流電壓和電流的參數(shù)和波形。由于輸出交流電流值太小,因此采用在電流探頭上繞8匝后測量。

　　測試結(jié)果是太陽電池的輸出電壓基本在122V左右,輸出電流為2A,輸出功率為244W。由測試結(jié)果可以看出。逆變器的輸出電壓為230.9V,輸出功率為1.45kW／8=181.2W,所以逆變器的效率為0.74,逆變器的效率包括DC-DC變換和DC-AC變換及輔助電源的總效率。逆變器輸出功率因數(shù)為0.97,基本保持與網(wǎng)壓同頻和同相。輸出電流的基波分量占電流總量的99.6％,輸出的電能質(zhì)量是令人滿意的。

6 結(jié)束語

由實(shí)驗(yàn)波形可以看出,所設(shè)計(jì)的光伏并網(wǎng)逆變器工作穩(wěn)定。性能良好。由于采用了以TMS320F240型：DSP為主的控制電路,系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。采用了具有最大功率跟蹤和反孤島控制功能的軟件設(shè)計(jì),因而能充分利用太陽能電池的能源且能檢測孤島效應(yīng)的發(fā)生。