光伏发电逆变技术探究

榆林职业技术学院 邵 瑞

1.逆变器在光伏发电系统中的作用

由下图可知，光伏发电系统由光伏阵列、蓄电池充电控制器、蓄电池组、升压控制器、逆变器、断路器等部分组成,光伏阵列将接收到的太阳能转换成电能，再通过蓄电池充电控制器把电能充电到蓄电池组。日照充足时，光伏阵列发出的电直接通过升压控制器、逆变器等部分转换成交流电供给负载。并将多余的能量通过蓄电池存储起来。日照不足时,储存于蓄电池中的电量经过升压控制器、逆变器后产生交流正弦电压供给交流负载。蓄电池组中的直流电可通过断路器直接给直流负载供电。

光伏发电系统框图

2.光伏系统逆变基本电路

太阳能发出的电是直流电，通过电池板的串并联，可以得到12V的直流电，然后储存到蓄电池里。而百姓日常生活中经常用到的电是220V交流电，如家里的电视、照明灯、冰箱、洗衣机等。如果把储存到蓄电池里的12V直流电通过一定的电路系统变成220V的交流电，可以供给人们日常使用。12V的直流电变成220V的交流电的这一过程，可称为逆变。故把直流电变成交流电的过程统称为逆变过程。 这一过程的全桥逆变原理如图1所示。

图1

3.光伏系统逆变电路的相关技术

3.1 SPWM控制技术

SPWM是脉冲宽度按正弦规律变化的PWM波，是通过调制脉冲的宽度来控制开关开启时间的长短按正弦规律变化，来改变通电频率。

3.2 SPWM逆变电路

目前大部分逆变电路基本都采用SPWM技术，SPWM逆变电路有电压型和电流型两种。可以根据波型半周期脉冲数、频率、幅值，计算SPWM波脉冲宽度和时间间隔，来控制逆变系统里电源开关的通断，就可以得到所需要的一定频率的电源电压。这里通常用桥式整流器件IGBT模块（或场效应管）来替换逆变系统里普通电源开关（继电器触点）。

图2

图3

图4

3.3 用继电器触点作为光伏逆变系统的开关信号的缺陷及软开关技术

逆变电源是电源系统中为负载提供动力的装置。如果用继电器触点来作为逆变电源的开关信号，会引起以下问题：

逆变电源可以看作是继电器触点的感性负载，电路开通闭合时，会引起很大的启动电流。频率越高，电流尖峰越大，开关电阻引起的热量损耗会使触点温度升高，可能会引起器件过热损坏；电路关断时，开关器件上的电流突然下降，感性负载会在继电器触点上产生反电动势和原触点上电压产生叠加，产生尖峰电压，可能会因瞬间过电压对触点产生损坏。而且随着开关频率的变大，损坏的可能性越来越高；而且不管电路开通还是电路关断，都会对周围电路产生电磁干扰，影响其它电路的正常工作；继电器触点都有有限的通断次数，超过这个次数，会因机械触点疲劳而产生损坏。

图6

上述问题都严重妨碍了继电器触点工作频率的提高。而软开关技术则克服了上述缺点。软开关工作方式关断损耗近似为零，而且不会产生电磁干扰。软开关技术在通断频率很高时也不会产生不良影响。随着技术的不断发展，可以把逆变器变的体积越来越小，质量越来越轻，可靠性越来越好，效率越来越高。要实现这个目的，逆变电源的工作频率需要越来越高，而基于SPWM技术的软开关逆变电源电路结构简单，能实现定频控制。因此用SPWM软开关替代继电器触点得到广泛应用。

4.光伏逆变电源设计

4.1 光伏阵列输出电压的检测

光伏阵列输出电压的检测电路如图2所示。R1为采样电阻，LM358为放大器，放大测得的电压，LM358的OUTPUT信号输入到单片机的AD转换器中，经过单片机处理后得到所测的电压值。

4.2 光伏阵列输出电流的检测

根据光伏阵列的输出电流大小，使用一个或多个MAX471芯片并联测量光伏阵列的输出电流。MAX471是美国Maxim公司生产的一种高精度电流检测放大器，其内部嵌入一个35毫欧的电流采样电阻，不需要设计人员再另外设计采样电阻。每一个芯片最大能测量3A的电流，可根据要测量的电流范围并联多个MAX471芯片进行测量。下面以两个MAX471芯片并联电路画出电流检测电路的原理（见图3）。

4.3 升压主电路设计

升压主电路采用两个IF3205 Power MOSFET管互补导通，再经过变压器升压，并整流，达到315V稳定的直流高压。主电路如图4所示。

4.4 升压驱动电路设计

SG3525芯片用于产生驱动升压主电路的IRF3205管的方波脉冲，使其互补导通。其电路控制图如图5所示。

4.5 逆变主电路设计

用4个IRF740 N型MOSFET管和四个续流二极管构成全桥逆变电路， SPWM脉冲波控制四个桥臂的轮流导通，如图6所示。

4.6 SPWM脉冲波的实现

输出4个相互关联的SPWM波形来控制全桥逆变电路中的晶体管的通断，可采用单极性调制，也可采用双极性调制方式。现在一般使用专用集成电路来产生SPWM调制信号。设计人员只需要设置输出频率、电压等参数就可以生成需要的SPWM信号。这种生成SPWM波的方式简单可靠，是目前广泛使用的控制方式。如美国英特尔公司生产的8Xc196MC微处理器，其内部就可以输出6路SPWM信号。

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[3]周志敏,周纪海,纪爱华.逆变电源实用技术[M].中国电力出版社,2005-03-01.

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