小功率光伏并网逆变器控制系统的设计

刘 芳 龚鸣敏 王蓉霞

(武汉铁路司机学校，湖北 武汉 430064)

0 引言

随着能源短缺和环境污问题日益严峻，开发一种储量大、无污染的新能源，已经成为世界各国的重要战略目标。太阳能取之不尽、用之不竭、无处不在、无需运输，可再生并且清洁环保，最重要的是绝对没有任何国家可以实施垄断和控制，因此使得人类广泛的应用[1]。

本文研究和设计光的伏并网逆变器以最大限度利用太阳能并将高质量电能并入电网作为主要目标，根据小型民用并网单相逆变器的特点，我们采用的并网逆变器为Boost升压型拓扑结构，即由DC/DC直流斩波器和DC/AC逆变器两部分组成。DC/DC直流斩波器采用BOOST升压电路，其结构简单并且控制方便。DC/AC逆变器采用电压型单相全桥逆变器，其拓扑结构稳定，同时能将直流电转换成220V/50Hz正弦交流电，实现并网向电网输送功率。

1 系统控制方案框图

主电路采用前级DC/DC直流斩波器和后级的DC/AC逆变器的两级结构，前级 DC/DC直流斩波器采用BOOST升压电路；后级DC/AC变换器采用电压型全桥逆变器，主要功能是实现输出并网电流完全可控，并控制直流母的线电压稳定同时高于电网电压峰值，控制系统采用了外环为电压环，内环为电流环的双闭环控制。为了提高系统控制性能，加快瞬态响应及控制精度，控制系统设计时加入了两个辅助控制环节，即功率闭环控制及电网电压前馈控制。这里采用三角波比较的方式对并网输出电流进行控制，同时为了使并网电流完全可控，必须保证直流母线电压稳定且高于电网电压峰值[2]。因此，后级的控制方案采用外环为电压环，内环为电流环的双闭环控制，外环用以控制直流母线的电压稳定；内环用以控制并网输出电流按给定值变化，同时加入了电网前馈控制是为了减少电网电压的影响，下图1为系统控制结构框图。

图1 系统方案框图

2 仿真分析

根据系统结构框图，搭建仿真模型，文中小功率光伏发电系统的功率等级为1KW，给定电流最大值为6.5A。本文中单相光伏并网系统逆变器的DC/AC仿真波形[3]，图2为给定电流的波形，图3为并网电流的波形。

从图2、图3可以看出并网的电流可以很好的跟踪给定电流，输出的电流波形为正弦波。且并网电流和电网电压保持同相位，使光伏并网逆变器电能的输出功率因数接近于1说明并网实现向电网功率输送，以上结果均满足了本设计的要求。

图2 给定电流的波形图

图3 并网电流的波形

3 结论

本文研究、设计的光伏并网逆变器，经过多次仿真验证证明控制方案是非常可行的，完全可以通过光伏并网发电系统把太阳能直接转化为电能，经转换电路，把电能并入电网。并且光伏并网逆变器电能的输出功率因数接近于1，完全满足设计的要求。

[1]张兴，曹仁贤.太阳能光伏并网发电及其逆变控制[M].北京：机械工业出版社，2010:1-7.

[2]单琳.单相光伏并网发电系统的研究[D].西安理工大学，2010:1-3,18-21.

[3]洪乃刚.电力电子、电机控制系统的建模和仿真[M].北京：机械工业出版社，2010:132-136.