基于DSP的功率電感5kW離網(wǎng)型光伏逆變器設計
太陽能光伏發(fā)電是當今世界上最有發(fā)展前 景的新能源技術，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)按照系統(tǒng)運行方式的不同可分為離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)以及混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)。隨著我國光伏發(fā)電系統(tǒng) 的迅速發(fā)展，尤其是光伏屋頂計劃的實施，國內(nèi)對離網(wǎng)型光伏逆變器的需求將越來越大。離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是由光伏電池陣列、控制器、逆變器、儲能裝置等 環(huán)節(jié)組成，如圖1所示，其中逆變器是光伏系統(tǒng)中重要的器件之一，其可靠性和轉(zhuǎn)換效率對推行光伏系統(tǒng)、降低系統(tǒng)造價至關重要。
目前，國內(nèi)同類產(chǎn)品主要存在以下不足：a.大多采用單片機控制，實時性差，數(shù)據(jù)處理及通信能力有限；b.采用變壓器，體積大、笨重；c.輸出電壓精度不高，不能滿足社會發(fā)展的需要。本文提出了5kW光伏控制器的設計方案，可以廣泛用于離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)、風光互補發(fā)電系統(tǒng)，具有體積小、重量輕、輸出電壓精度高、波形好、現(xiàn)場總線實現(xiàn)智能監(jiān)控等特點。
1、5kW離網(wǎng)型光伏逆變器基本結(jié)構
光伏逆變器的結(jié)構如下所示，包含一次回路和二次回路兩部分，其中一次回路由輸入濾波電路、Boost升壓電路、全橋逆變電路和輸出濾波電路等組成，二次回路由TMS320Fz812控制器電路、信號檢測電路、人機交互電路和通訊電路組成。下面就5kW離網(wǎng)型光伏逆變器的硬件主電路和控制策略進行設計。
圖2光伏控制器結(jié)構圖
2、5kW離網(wǎng)型光伏逆變器硬件設計
目前，常用的離網(wǎng)型逆變電路主要有三種拓撲結(jié)構：工頻隔離單級逆變器、高頻隔離兩級逆變器和無隔離兩級逆變器。經(jīng)理論計算和實踐驗證，使用一種更適合用在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的電路拓撲結(jié)構：無隔離兩級逆變，也叫做Boost逆變器，如圖3所示。
通過輸入濾波電路對光伏太陽能輸入的48V直流電進行濾波處理，然后通過Boost升壓電路進行升壓，采用全橋逆變進行逆變處理，輸出SPWM波，最后經(jīng)過LC低通濾波器進行濾波，輸出50Hz頻率的正弦波。
2.1輸入濾波電路的設計
輸入濾波電路是由濾波電容組成，用來減小輸入端電壓的脈動，假設變換器傳輸最大功率為Pmax，由輸入輸出功率相等可得出一個周期內(nèi)輸入濾波電容所提供的能量約為
2.2 Boost電路
Boost電路如圖4所示，其中Q為全控型的功率器件IGBT，Boost電路是一種輸出電壓等于或高于輸入電壓的非隔離直流變換電路，當光伏控制器的輸入電壓在允許范圍波動時，通過控制功率開關器件Q的導通比D，使輸出電壓保持穩(wěn)定。
根據(jù)Boost電路中電感電流是否連續(xù)可以分為電感電流連續(xù)、電感電流斷續(xù)和電感電流臨界連續(xù)三種工作模式。當工作于臨界工作模式時，電感的取值滿足式（3）。
2.3單相全橋逆變電路
本文中單相全橋逆變電路的驅(qū)動波形是通過調(diào)制法得到的，信號波和載波的產(chǎn)生以及調(diào)制都是通過DSP2812實現(xiàn)的。SPWM有三種調(diào)制方式：同步調(diào)制、異步調(diào)制和分段同步調(diào)制，本設計輸出頻率是50Hz，頻率不是太低，所以采用同步調(diào)制方式。
2.4 LC低通濾波器
SPWM波中含有載波頻率的整數(shù)倍及其附近的諧波分量。為了獲得良好的輸出電壓波形，必須利用LC 低通濾波器消除高次諧波。隨著載波比的升高，最低次諧波離基波越遠，也就更容易進行濾波，提高載波比將有效改善輸出電壓質(zhì)量，但載波比的提高受制于功率開 關器件的開關速度以及開關損耗等因素，LC低通濾波器的選取主要考慮幾個方面的因素，噪聲、抑制能力、輸出阻抗、逆變電流應力。
設計中還要綜合考慮濾波電路的體積、重量以及制作成本，通常截止頻率選擇在開關頻率的1/10~1/20，本設計中選擇系統(tǒng)開關頻率為18kHz，逆變器輸出交流電源頻率為50Hz，初步確定截止頻率為1kHz，濾波器中有兩個待定的參數(shù)，即濾波電感和濾波電容。
LC低通濾波器的結(jié)構如圖5所示，3、5kW離網(wǎng)型光伏逆變器的控制策略SPWM控制技術在逆變電路中的應用十分廣泛，本文采用PID控制與閉環(huán)負反饋控制相結(jié)合的數(shù)字控制策略。