一种用于光伏并网逆变器的检测电路设计与实现

谌伦佳+谭港港+田坤臣+薛瑶

摘要：针对光伏并网逆变器在逆变后，进行并网过程中不能准确地判断逆变器所产生的交流电与电网的交流电的频率与相位是否相同，以及在并网过程中出现电流倒灌现象，为了解决光伏逆变器并网过程所产生的这一系列问题，设计了一种有效的检测电路，并进行了仿真与实验验证了方案的可行性，从而解决了光伏并网逆变器并网过程出现的一系列问题，为光伏并网做出了贡献。

关键词：光伏并网逆变器；太阳能；频率检测；幅值检测

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）27-0253-02

1 概述

随着今年来新型能源的大力发展，太阳能也越来越受人们的重视。而如何将太阳能所产生的电能输送到电网上去成为了一个非常热门的研究课题，光伏并网逆变器就是其中一种非常有效的方法[1]。光伏并网逆变器不仅要能够独立的为局域网供电，而且还要能够与电网连接，将其输出的电能输送到电网上去[2]。但其中并网时逆变器所产生的交流电的频率与相位的不确定性及并网过程中的电流倒灌现象成为了其中非常严重的问题，而一种有效的检测方案是解决此问题所必不可少的。

本文所介绍的这种检测方案，经过仿真分析及实验验证，从根本上解决了原来所面临的问题，提高了光伏并网逆变器的可靠性及稳定性。

2 光伏并网逆变器的设计

光伏并网逆变器的工作流程及其主要构成如图2所示。光伏并网逆变器主要用于将光伏板所产生的直流低压电变为220V的交流电，在逆变过程中，直流低压电首先经过两级如图1所示的Boost升压电路变为60～90V的直流电，随后将得到的直流电通过如图3所示的逆变电路变为交流电，最后再利用隔离变压器将交流电变为220V。在此过程中利用STM32单片机控制交流电的频率与相位及其Boost电路的升压比，利用第一级Boost电路进行最大功率跟踪，第二级Boost电路进行检测电压，与逆变器输出电压进行比较，使其在并网过程中逆变桥总是进行逆变，而不是整流，有效地控制了并网过程中的电流倒灌现象。

3 检测方案的设计

此检测方案主要用于检测逆变器输出交流电的频率及其相位。由于逆变器逆变产生的交流电及电网的交流电均是正弦波，因而正弦波之间并不好比较频率及相位，所以本方案就采用将正弦波变换为方波，再通过双踪示波器比较两列方波的频率及其相位。这其中由于逆变器及电网的交流电均为220V的高压电，而一般的比较器的输入电压不能太高，所以在逆变器与比较器之间加了灵敏型电流互感器，在电网和比较器之间加了个灵敏型电压互感器。这样即达到了保护操作者的安全，也解决了比较器输入电压过高的问题。

3.1频率检测方案设计

本文中频率检测利用比较器将正弦交流电变为方波交流电，电压比较器选择了比较常用的零式比较器，零式比较器一方面结构简单，没有太多的器件，另一方面检测频率精确，误差小，输出波形良好，产生的杂波少，稳定性高。而且零式比较器既可双电源供电，供电电源-15V～+15V，又可单电源供电，供电电源0～15V，对辅助电源的要求不高，对整体电路的优化带来了方便。

3.2 电流大小检测方案设计

在检测并网过程中逆变器输出电流大小时，本方案采取了真有效值转换器电路，利用AD637芯片做成的真有效值转换器电路将电流互感器所产生的交流电转换为直流电，再通过STM32单片机进行AD采样，确定其电流大小。

4 数据分析

在进行逆变器输出的交流电的频率检测时，由于逆变器输出的电压过高，首先要通过电流互感器将其变为相对较小的电流，再利用一个电阻R1将其变为小电压，比较器并联在电阻两端。该零式比较器中两个反向并联的IN4007二极管起着钳位电压的作用，将输入的交流电的幅值控制在1.1V，以避免由于电压过高，造成LM393芯片的烧毀。在比较器的输出与供电电源之间接入一个阻值为1K的电阻R3，构成上拉电阻，提高了其抗干扰能力。零式比较器输出端接入一个680K的大电阻，以避免外界信号对检测时造成干扰。

5 实验验证

本文中的检测电路方案已成功地应用于实验之中，如图6图7即为实验现象，从实验现象图中可看出，该方案可以精确的比较出逆变器输出电压的频率相位与电网输出电压的频率与相位之间的关系以及输出电压经过真有效值转换器转换后的输出电压大小。此方案满足了实验的要求。

6 结论

本文所研究的基于一种光伏并网逆变器的检测方案，精确程度高，电路结构简单，易于操作与实现，可以很好地满足光伏并网逆变器的需要，实验验证了此方案的可行性与有效性。

参考文献：

[1] 周宇，李先允. 光伏并网逆变器检测方法分析与检测系统研究[J]. 南京工程学院学报：自然科学版，2015（01）：42-48.endprint