并網(wǎng)發(fā)電光伏逆變器的設(shè)計要求

其中ω為公用電網(wǎng)角頻率。實際電路中，Uu 的相位、周期和幅值由電壓傳感器檢測得到。由于在實際系統(tǒng)中R 是很難得到的，因此回饋電流Iz 的相位必須采用電流負反饋來實現(xiàn)，回饋電流Iz 的相位角的參考相位即為公用電網(wǎng)相
位。用電流互感器隨時檢測Iz，確保Iz 與電網(wǎng)電壓相位一致，以實現(xiàn)功率因數(shù)為1 的回饋發(fā)電。

實用的光伏發(fā)電并網(wǎng)運行專用逆變器結(jié)構(gòu)如圖4 所示。逆變器主電路功率管采用IGBT，容量為50A、600V，型號為2MBI50N-060 。隔離驅(qū)動電路采用東芝公司生產(chǎn)的TLP250。逆變器的控制部分由微處理器完成。主控芯片采用INTEL 公司最新推出的逆變或電機驅(qū)動專用16 位微處理器87C196MC,該芯片除了具有16 位運算指令外，還具有專用的脈寬
調(diào)制(PWM)輸出口[2]，包括一個10 位A/D 轉(zhuǎn)換器、一個事件處理陣列、兩個16 位定時器和一個三相波形發(fā)生器。三相波形發(fā)生器的每相均能輸出兩路死區(qū)時間可以設(shè)定的PWM 信號。

這就給逆變應(yīng)用場合提供了很多便利。微處理器主要完成電網(wǎng)、相位實時檢測、電流相位反饋控制、光伏陣列最大功率跟蹤以及實時正弦波脈寬調(diào)制信號發(fā)生，其工作過程如下：公用電網(wǎng)的電壓和相位經(jīng)過霍爾電壓傳感器送給微處理器的A/D 轉(zhuǎn)換器，微處理器將回饋電流的相位與公用電網(wǎng)的電壓相位作比較，其誤差信號通過PID 調(diào)節(jié)后送給PWM 脈寬調(diào)制器，這就完成了功率因數(shù)為1 的電能回饋過程。微處理器完成的另一項主要工作是實現(xiàn)光伏陣列的最大功率輸出。光伏陣列的輸出電壓和電流分別由電壓、電流傳感器檢測并相乘，得到陣列輸出功率，然后調(diào)節(jié)PWM 輸出占空比。這個占空比的調(diào)節(jié)實質(zhì)上就是調(diào)節(jié)
回饋電壓大小，從而實現(xiàn)最大功率尋優(yōu)。

從圖3 可以得知，當(dāng)Up 的幅值變化時，回饋電流與電網(wǎng)電壓之間的相位角φ也將有一定的變化。由于電流相位已實現(xiàn)了反饋控制，因此自然實現(xiàn)了相位與幅值的解耦控制，使微處理器的處理過程更簡便。另外，光伏發(fā)電并網(wǎng)運行還必須考慮公用電網(wǎng)停電時的工作狀況。常規(guī)的光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，在公用電網(wǎng)停電時則停止逆變器工作。若在白天，其實光伏陣列仍能繼續(xù)發(fā)電。

其工作原理如下：當(dāng)公用電網(wǎng)斷電時，電網(wǎng)側(cè)相當(dāng)于短路狀態(tài)，此時并網(wǎng)運行的逆變器將由于過載而自動保護。當(dāng)微處理器檢測過載時，除封鎖SPWM 信號外,還將斷開繼電器RE，此時若光伏陣列有能量輸出，逆變器將在單獨運行狀態(tài)下運行。單獨運行時控制相對簡單，即為交流電壓的負反饋狀態(tài)，微處理器通過檢測逆變器輸出電壓并與參考電壓（通常為220V）比較，然后控制PWM 輸出占空比，實現(xiàn)逆變和穩(wěn)壓運行。當(dāng)然，單獨運行的前提是光伏陣列在當(dāng)時能夠提供足夠的功率。若負載太大或日照條件較差，則逆變器無法輸出足夠的功率，光伏陣列的端電壓即會下降，從而使輸出交流電壓降低而進入低壓保護狀態(tài)。當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)供電時，將自動切換至回饋狀態(tài)。

3  結(jié)論

采用16 位微處理器和高速IGBT 功率模塊實現(xiàn)了中、小容量光伏電站的并網(wǎng)發(fā)電。本文描述的光伏發(fā)電的并網(wǎng)運行逆變器，不僅具有較高的效率和畸變小的輸出電流波形，而且在電網(wǎng)斷電的情況下能夠單獨運行，具有一定的推廣應(yīng)用前景。