德州儀器（TI） 5KW微網(wǎng)逆變器系統(tǒng)設計方案

圖3電壓互感器電路圖

圖4電流互感器電路圖

電平提升電路的設計

由于DSP輸入端不能輸入負電平，故要對電壓互感器和電流互感器的信號進行+1.25V的提升，使輸入信號在0~3.3V之間。

微網(wǎng)逆變器開關驅動電路設計

為了實現(xiàn)微網(wǎng)逆變器、負載、電網(wǎng)間的連接，當電路出現(xiàn)故障，需要快速的切換，故電路中使用了靜態(tài)開關(晶閘管)、交流接觸器、空氣開關。

微網(wǎng)逆變器電能計量電路設計

本系統(tǒng)采用兩塊ATT7022B分別對逆變器側和電網(wǎng)側進行電能計量。ATT7022B是一款高精度三相電能專用計量芯片，集成了6路差分輸入二階sigma-deltaADC，適用于三相三線和三相四線應用，在輸入動態(tài)工作范圍(1000：1)內非線性測量誤差小于0.1%。主要功能包括：電能計量、參數(shù)測量、數(shù)字接口和數(shù)字校準。

微網(wǎng)逆變器DC-DC電路設計

為了輸入實現(xiàn)MPPT，輸入DC-DC采用BOOST電路。采用SG3525作為主控芯片。

微網(wǎng)逆變器蓄電池充放電電路設計

智能充放電器采用升降壓拓撲結構，并用PIC單片機進行智能控制，電路既包括智能充電電路，也包括智能發(fā)電電路。

微網(wǎng)逆變器變壓器設計

本系統(tǒng)逆變器輸出三相交流電線電壓為190V，結果三相升壓變壓器(變比1:2)升壓到380V，并采用△-Y接法，功率5kw。此變壓器起升壓作用，另外起隔離作用。

軟件設計和測試結果

根據(jù)前面分析討論，研制一套基于TI公司的DSP芯片TMS320LF2812的5kw光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置。由于DSP強大的控制能力和數(shù)據(jù)處理能力，使整機硬件結構較為簡單，除了主電路、取樣檢測電路和驅動電路外，所有的運算、數(shù)據(jù)處理均由DSP完成。因此合理有效的控制策略和簡潔軟件構架是該系統(tǒng)可靠運行的有力保證。根據(jù)前面的分析和光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的基本要求，DSP應該完成最大功率點跟蹤控制、獨立供電運行控制、同步鎖相與并網(wǎng)控制、孤島檢測保護控制及相應的其它保護。本章主要根據(jù)上述要求給出相應的軟件架構及主要實驗結果。

系統(tǒng)的整體軟件構架

微網(wǎng)逆變光伏發(fā)電系統(tǒng)的目的是將光伏器件產(chǎn)生的電能優(yōu)先供給本地負載使用，多余的電量回饋給電網(wǎng)，軟件的設計不僅要準確可靠地體現(xiàn)控制思想，而且要保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，防止干擾信號對系統(tǒng)的影響。

同步鎖相控制

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)要實現(xiàn)并網(wǎng)，必須使逆變輸出與電網(wǎng)電壓的幅度、相位與頻率達到一致，否則將會使電網(wǎng)諧波增加、電能質量下降，并產(chǎn)生并網(wǎng)環(huán)流，甚至造成光伏發(fā)電系統(tǒng)的損壞。因此在并網(wǎng)過程中必須進行同步鎖相控制、輸出電壓幅度控制以滿足并網(wǎng)的要求。根據(jù)IEEEStd1547-2003規(guī)定最大相位誤差為20度，瞬時電壓誤差不能超過電網(wǎng)電壓的10%、最大頻率誤差不能超過0.3Hz。圖5為獨立工作模式時純電阻負載兩端的電壓波形。

孤島檢測與保護

孤島效應是包括光伏發(fā)電在內的分布式能源必須重視的一個重要問題。所謂孤島效應是指在分布式能源系統(tǒng)逆變器并網(wǎng)工作過程中，當市電輸入被人為斷開或出現(xiàn)故障而停止供電時，逆變器仍持續(xù)向局部電網(wǎng)供電，從而使本地負載的供電電源繼續(xù)處于工作狀態(tài)。

圖5獨立工作模式時純電阻負載兩端的電壓波形

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