光伏发电逆变实训及故障检测装置的设计

杜云飞

摘 要：太阳能光伏发电是新型清洁可再生能源，因此相关技术得到了飞速的发展。而市场对于从事光伏发电人才的需求大大增加，许多职业技术学校已经开设了相关专业的课程。为了满足所述专业的实训要求，笔者提出了一种用于光伏发电系统中把低的直流电压逆变到家用电器所能适应的交流电压的逆变实训检修装置，适应本校相关课程的实训、实验要求。它含斩波升压、整流滤波电路、逆变电路、选频滤波电路等四个主要部分组成，各个部分功能联系紧密，并且每一部分都具有检测功能，使学生对于逆变器原理、功能、检修的学习能够更加直观的了解和掌握，具有很强的针对性，能很好的提高学生的实训效果。

关键词：光伏发电；逆变器；实训；故障设置

人类社会飞速发展，各个国家对于能源的需求不断增长，大多以传统的煤炭、石油等为主的不可再生能源，由于使用这些能源排放的废气废物废热等给环境带来很严重的恶果，寻找并使用新能源成为当今研究探索最为热门的学科之一。太阳能有取之不尽用之不竭，清洁环保等优点，为人类所重视，近年来光伏产业在国内掀起一阵热潮。因此，不仅高等院校开办光伏发电专业课程，而且中等职业技术学校为了更好的顺应市场发展需求，纷纷开办相关的专业课程。

本文所述设计是从逆变器的基本原理出发，联系教学需求与学生实训实际，设计的一套实训所用的光伏逆变器装置。它主要由斩波升压、逆变电路、整流滤波电路、选频滤波电路四个主要部分组成。本设计作为教学实训装置，除了考虑装置要便于学生对原理的理解，还应该考虑各个功能电路的划分、电路的排版布局方便测试与分析，并且在电路面板必要位置还应该有相应的标号与文字说明提示。

1斩波升压电路的设计

1.1斩波升压电路原理

直流斩波器是利用功率组件对固定电压的电源在时间域内做适当的切割，从而达到改变输出端电压的目的。由于得到的输出电压大于输入电压的数值，因此称之为斩波升压电路。本设计的斩波升压电路如图1所示，驱动信号是由PLC产生的PWM波控制MOS管的导通与关断，变压器T1的初级线圈也将对应的有时变电流流过，则产生时变的磁场通过变压器的导磁铁心耦合到次级线圈，次级线圈两段则会输出交流电。又由于变压器有两侧匝数比等于电压比的规律，若使变压器的次级线圈与初级线圈的比值大于1，则实现升压的功能。

1.2斩波升压电气元件的选择

1.2.1MOS管VT1、VT2的选择

VT1、VT2起着斩波开关的作用，其开关损耗、开关速度、以及MOS管承受的电压电流等极限参数都直接影响这逆变器的效率、质量和寿命。考虑到PLC作为信号的激励源，输出的信号为正脉冲，因此，选用了N沟道的MOS管。考虑到逆变器输出的功率一般较大，低压测的电流则很大的因素，VT1、VT2应选择低开启电压，大电流，导通电阻较小的MOS管子。在实际的电路中，还应该给VT1、VT2装上散热片，必要时还应该配合散热风扇使用，保证热量耗散掉，维持能稳定的工作状态。

1.2.2变压器T1的选择

本设计中，若要使得输出的功率为100W，则低压侧直流电源提供的功率一定大于100W，若使用12V的直流供电，那么电流I=P/U=100W/12V>8.4A。所以在电路板走线时，需要加宽低压端的走线宽度。图1电路图中设计使用了两个NMOS管，两个管子的驱动信号相为互补，管子分别交替导通。并且，变压器的初级线圈有一个抽头，这个公共的端子b接在直流电源的公共端，工作状态下，a、c两端形成以b点为参考电位的互补波形，如图2所示。在实际的装置设计时，a、b、c分别流出了接示波器的端子，通过示波器测试这三个端口的输出波形，可以使学生更加直观的对驱动PWM信号以及对该斩波升压电路的理解。

2整流滤波电路单元的设计

2.1整流滤波电路原理

如图3所示，D1～D4构成一个整流桥，C1为滤波电容。经过斩波升压后的电压通过变压器T1次级线圈输出给整流桥对交流进行全波整流。其整流基本原理是二极管的单向导电性，当正向电压高于二极管的导通电压（硅管0.7V，锗管0.3V左右）就有电流通过。

2.2整流滤波电路单元电器元件的选择

2.2.1整流二极管的选择

综前文所述，由于该部分电路工作在远远高于工频的频率之下，所以应当在保证其他参数符合的情况下选择快速二极管，如1N5819等型号。

2.2.2滤波电容的选择

滤波电容应该选择耐高压，内阻小的电容。为了去除不同频率分量的谐波，选择不同容值的电容串并联来使用效果更好。

参考文献：

[1]吴云亚，阚加荣，谢少军.适用于低压微电网的逆变器控制策略设计[J].电力系统自动化，2012，06：39-44.

[2]高文祥，王明渝，王立健，刘洋.光伏微型逆变器研究综述[J].电力系统保护与控制，2012，21：147-155.

[3]张兴，余畅舟，刘芳，李飞，徐海珍，汪杨俊，倪华.光伏并网多逆变器并联建模及谐振分析[J].中国电机工程学报，2014，03：336-345.