维普资讯 http://www.cqvip.com 通谊屯潦 ２００７年１１月２５日第２４卷第６期 术 Ｎｏｖ．２５，２００７，Ｖｏ１．２４ Ｎｏ．６ Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ 文章编号：１００９—３６６４（２００７）（）６—００８０—０２ 馔锻霹 爱 逆变器在光伏系统中的应用 周淑彦 （东莞理工学校，广东东莞５２３０００） 摘要：文中介绍一种功率为２０（）Ｗ的太阳能光伏并网逆变器控制电路，实现将太阳能蓄电池板产生的直流电转换为 ２２０ Ｖ／５０ Ｈｚ的工频正弦交流电输出到电网，给出了其硬件控制电路和软件控制流程。 关键词：逆变器；ＤＳＰ；控制电路 中图分类号：ＴＭ４６４ 文献标识码：Ａ Ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｉｎ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｙｓｔｅｍｓ ＺＨＯＵ Ｓｈｕ—ｙａｎ （Ｄｏｎｇｇｕａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｄｏｎｇｇｕａｎ ５２３０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ２（）（）Ｗ ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ ｓｏｌａｒ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌａｒ ｂａｔｔｅｒｙ ｐａｎｅｌｓ ｏｆ ２２０ Ｖ／５Ｏ Ｈｚ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ＡＣ ｏｕｔｐｕｔ ｔＯ ｎｅｔｗｏｒｋ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｖｅｒｔｅｒ；ＤＳＰ；ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｃｕｉｔ 太阳能光伏发电是一种将太阳光直接转换为电能 的新型发电技术。太阳光辐射能经过光伏蓄电池转换 为电能，再经能量储存、控制与保护、能量变换等环节， 使之可按人们的需要向负载提供直流电能或交流电 能。光伏蓄电池阵列所发出的电能为直流电，但大多 数用电设备采用的是交流供电方式，所以系统中需要 有逆变器将直流电变换为交流电以供负载使用。逆变 器的效率将直接影响到整个系统的效率，因此，光伏系 统逆变器的控制技术的研究具有重要意义。 由前级的ＤＣ／ＤＣ变换器和后级的ＤＣ／ＡＣ逆变器组 成。ＤＣ／ＤＣ变换器的逆变电路可选择的形式有半桥 式、全桥式、推挽式几种。考虑到输入电压较低，决定 采用推挽式电路。ＤＣ／ＤＣ变换器由推挽逆变电路、高 频变压器、整流电路和滤波电感构成，它将太阳能蓄电 池板输出的６２ Ｖ的直流电压转换成４（）（）Ｖ的直流电 压。ＤＣ／ＡＣ逆变器的主电路采用全桥式结构，由４个 Ｍ０Ｓ管构成，它将４００ Ｖ的直流电转换成为２２０ Ｖ／ ５０ Ｈｚ的工频交流电。 １ 小功率光伏并网逆变器工作原理 太阳能光伏并网逆变器的主电路原理如图１所示。 图２主电路的拓扑图 图１ 光伏并网逆变器的电路原理图 （１）ＤＣ／ＤＣ变换器控制方案。控制电路是以集成 电路ＳＧ３５２５为核心，由ＳＧ３５２５输出的两路５０ ｋＨｚ 的驱动信号，经门极驱动电路加在推挽电路开关管Ｑ 在系统中太阳能蓄电池板输出额定电压为６２ Ｖ 的直流电，通过ＤＣ／ＤＣ变换器变换为４（）（）Ｖ直流电， 接着经过ＤＣ／ＡＣ逆变后得到２２｛）ｖ／ｓｏ Ｈｚ的交流 和Ｑ２的门极上。为保持Ｄｅ／Ｄｅ变换器输出电压的 稳定，将检测到的输出电压与指令电压进行比较，该误 差电压经ＰＩ调节器后控制ＳＧ３５２５输出驱动信号的 占空比。该控制电路还具有限制输出过流过压的保护 功能。当检测到ＤＣ／ＤＣ变换器输出电流过大时， 电。系统保证并网逆变器输出的２２０ Ｖ／５０ Ｈｚ正弦 电与电网的相电压同步。 ２系统控制方案 图２为光伏并网逆变器的主电路拓扑图。此系统 ＳＧ３５２５将减小门极脉冲的宽度，降低输出电压，进而 降低了输出电流。当输出电压过高时，会停止ＤＣ／ＤＣ 变换器的工作。 （２）ＤＣ／ＡＣ逆变器控制方案。ＤＣ／ＡＣ逆变器是 光伏并网的重点和核心电路，ＤＣ／ＡＣ逆变器控制框图 收稿日期：２００７一（）６一（）２ 作者简介：周淑彦，女，广东东莞理工学校讲师，主要从事电力 电子技术的研究。 维普资讯 http://www.cqvip.com ２（）０７年１１月２５日第２４卷第６期 ，．． 通 潦 廿廿 周淑彦：逆变器在光伏系统中的应用 ……一…～………一一～… Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＮＯＶ．２５，２００７，Ｖｏｌ＿２４ Ｎｏ．６ 如图３所示。核心控制芯片采用ＴＩ公司的 ＴＭＳ３２ＯＦ２４０，从图可看出系统输入和输出信号的情 况。 ＡＤＣ３ ＴＭＳ ＴＭＳ３２ｏＦ２４Ｏ的外部中断口ＸＩＮＴ１，目的是为了捕捉 电网电压的过零信号。电网电压正弦波经过整形后就 得到方波。 从图４的控制方案可看出，ｊ 与正弦表中数据 相乘后，便形成幅值可调的正弦波电流给定信号，然 后，再实时比较电流给定值，经过Ｐ环节，所得信号反 采样直流 输入电压 ６０Ｖ左右 的直流电压 主 ３２０Ｆ ２４０ ＤＣ／ＤＣ变换 ＰＷＭ１ ＰＷＭ２ ＰＷＭ３ ＰＷＭ４ 驱动电路［二二ｒ】ＤＣ／ＡＣ逆换器 相后，与采集到的交流侧电网电压信号Ｕｓ相加，所得 波形与三角波比较，就产生了ＰＷＭ波，控制桥臂的通 断。总之，输出电流和电网电压的同频、同相的要求是 通过电流跟踪控制实现的。 （６）ＰＷＭ脉宽调制波的产生。ＰＷＭ波的产生是 通过ＴＭＳ３２０Ｆ２４（）的全比较单元输出，频率为２【】 罱采样交流输入电压 母画电网电压同步 ｌ ＡＣ ２２０Ｖ 信号 ｌＩ ５０ Ｈｚ 图３ ＤＣ／ＡＣ逆变器的控制框图 （３）输出功率优化控制方案。在静态情况下，当并 网逆变器与太阳能蓄电池相连时，并网逆变器可等效 为太阳能蓄电池的负载电阻。当光强 和温度丁变 化时，太阳能蓄电池输出的端电压将会随之发生变化。 为了有效地利用太阳能，应使太阳能蓄电池的输出始 终处于适当的工作点。因此，控制方案要求当太阳能 蓄电池的电压升高时，可以增加它的输出功率；反之就 降低它的输出功率。 ＤＳＰ的控制方案如图４所示，参考电压和太阳能 蓄电池的实际电压相比较后，其误差经过ＰＩ调节，将 得到的电流指令（直流量）ｊＲＥＦ与ＲＯＭ里的正弦表值 相乘，就得到交变的输出电流指令ｉ 再将它与实际 的输出电流值比较后，其误差经过比例（Ｐ）环节，将所 得到的指令取反，与采集到的交流侧电压Ｌ， 。相加 后，所得到的波形再与三角波比较，就产生４路ＰＷＭ 调制信号（ｉ角波的频率为２０ ｋＨｚ）。 ＰＩ ］［＝ 比较 工 参考 电压 图４ ＤＳＰ的控制方案 （４）交流侧电压 的检测。将同步变压器二次侧 的同步信号滤波、整流，就可得到比较稳定的直流电， 将其送到ＤＳＰ的Ａ／Ｄ转换口。由于最后得到的直流 电压与电网电压有一个比较稳定的关系，就比较容易 换算 的值。 （５）电流指令的同步。并网时要求逆变器输出的 正弦波电流与电网电压同频、同相。首先，将电网电压 信号经过滤波整形为同步方波信号，再将其输入到 ｋＨｚ。从图４可知调制脉冲的产生是通过将电流指令 值与实际电流值比较后，经过Ｐ环节，所得到的波形 与三角波（频率为２０ ｋＨｚ）比较后获得。因此ＭＯＳ管 广ｌ、Ｑ 、 、 （见图２）脉冲的产生时刻可从同步信号 波形中得出，参照正弦波与ｉ角波调节器，两者相交决 定了ＰＷＭ的脉冲时刻。实际由采样的波形（实际上 阶梯波）与三角波相交，由交点得出脉冲宽度。本系统 是在三角波的底点位置对波形进行采样而形成的阶梯 波。此阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽在一个采 样周期内的位置是对称的，如图５所示。 ｉ ｉ Ｉ Ｉ黼 、 Ｉ Ｉ 波Ｂ Ｉ－：ｌ：。Ｉ ｆＩ ｌ－Ｉ Ｉ ｌ Ｉ ｌ Ｉ ｌ 褰 《 图５正弦脉宽调制波形 图５正弦波Ｂ与三角波的交点决定了 的导通 时刻；正弦波Ａ与三角波的交点决定了ＱＩ的导通时 刻。图５为 的脉冲示意图，同一桥臂上 和Ｑ 的脉冲是互补的。图５为Ｑ 的脉冲示意图，同一桥 臂上ＱＩ和 的脉冲是互补的。 ３ ＴＭＳ３２０Ｆ２４０软件控制流程 这部分的软件主要分成４块，即主程序、Ｔ１下溢 中断、Ｔ２下溢中断和同步中断。流程图如图６所示。 Ｔ１下溢中断每５（’ ｓ发生一次，程序主要用来生成 ＰＷＭ波；Ｔ２下溢中断每１（）ｍｓ发生一次，程序主要 用来产生电流指令；同步中断大约每２０ ｍｓ（网上电压 周期）发生一次。 （下转第１０３页） 一 维普资讯 http://www.cqvip.com 通： 潦 术 刘翔：村村通基站的防雷与接地 …。 一一…。～。。’…’一 Ｔｅｌｅｃｏｍ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＮＯＶ．２５，２（）（）７，Ｖｏ１．２４ Ｎｏ．６ ２００７年Ｉ１月２５日第２４卷第６期 处应预留接地孔，铁塔为楼顶塔时，在屋顶防雷引下线 （一般在８（）（）～１５００ ｍ），同时注意避雷器的安装方向， 设备端与防雷端不能装反。室内走线架应每隔５～１（） ｍ接地一次，走线架接地处应除去防锈漆才装接地 线，接好后再涂上防锈漆；馈线接头和馈管接地处要做 防水处理，先裹半导电自溶胶（防水胶）、然后是密封胶 （自溶胶）、最后再裹ＰＶＣ绝缘胶。缠绕防水胶带时， 首先应从下往上逐层缠绕、然后从上往下逐层缠绕、最 后再从下往上逐层缠绕，上一层覆盖下一层三分之一 左右，这样可防止雨水、湿气渗漏，影响接地效果。避 雷接地夹接地线引向应由上往下，顺势引出，与馈管夹 角以不大于１ ｏ为宜，不可成Ｕ型直弯形状。 （４）站点机房防雷：机房单独建设时，机房屋顶应 设避雷网，形成“准法拉第笼”，其网格尺寸不大于３ ｉｎ ×３ ｉｎ，并与屋顶避雷针（带）按３ ｉｎ间距一一焊接连 通。机房屋顶四角设避雷电流引下线，该引下线可用 ４０ ｍｍ×４０ ｍｍ镀锌扁钢，其上端与避雷带、下端与地 网焊接连通。机房屋顶上其它金属设施分别就近与避 雷带焊接连通。 或在相同作用的建筑物主钢筋上分别就近焊接，焊点 做防护处理且要保证连接点的数量和分散性；铁塔为 落地塔时，铁塔应建地网，在其四周埋设镀锌扁钢带５ １（）ｍ，扁钢带每隔１～３ ｍ打地桩一个（地桩可用 ０．５～１ ｍ的圆钢），此外还可在铁塔四角人地埋设垂 ～直地桩，四角外四周再设环形闭合接地体形成多点连 接，即地网面积应延伸到塔基四角１．５ ｍ以远的范 围，网格尺寸应不大于３ ｍ×３ ｍ，周边为封闭式，最后 铁塔地网与机房地网之间，应每间隔３～５ ｍ相互焊 接连通（至少两处相互连通）。 （２）天线方面：天线应有防直击雷的保护措施，如 天线铁塔设避雷针与塔可靠焊接，确保避雷针有良好 的接地线，以保证雷电流泄放；天线安装的位置应在避 雷针的保护区内，保护角取３０。～４５。，多数保护设计取 ３（）。较好。 （３）馈线问题：馈线屏蔽层应在塔顶、离开塔身的 转弯处、进入机房前等处妥善接地，实际施工中如果塔 不是太高，塔顶一点可不予考虑；但如果馈线较长（如 超过６０ ｍ），则相应增加接地点。实际工作分为两个 基本原则：一是在离两种不同物质接口或拐弯１．５ ｍ ２ ｍ处接地；二是直线长度超过４５ ｍ处接地，原则 上不能直接利用塔梯作为接地点。馈线进入室内加装 避雷器时，避雷器应尽可能靠近进入建筑物的人口处 ～４结束语 随着村村通的不断发展，基站防雷措施也在不断 革新，只要在工程实际中不断调查优化研究，充分认识 雷电可能的入侵途径，采取全方位、多层次综合防护， 就能取得有效的防雷效果。 （上接第８１页） 主程序 Ｔｌ中断子程序 同步中断子程序 Ｔ２中断子程序 变量和常量的初始化 Ｉ Ｉ中断向量初始化Ｉ ＋ 时钟寄存器初始化 测到直流电压恢复正常时，ＤＣ／ＤＣ又自动复位开始工 作。当出现交流过流、过热故障时，程序进入中断服务 子程序，封锁所有驱动信号。当故障排除后，手动复 位，系统重新启动。 ５结束语 太阳能光伏发电系统中逆变器的控制方案直接影 响到整个系统的效率。文中详细介绍了功率为２００ Ｗ 的太阳能光伏并网逆变器的控制方法，给出了其硬件 控制电路和软件控制流程。 参考文献： ［１］徐萍．光伏并网逆变器设计［Ｄ＿．济南：山东大学学位论 Ｐ定时器寄存器初始化 ｝比较单元寄存器初始化 图６软件流程图 ４系统保护 本系统设计有直流侧电压、欠压，交流侧过流、过 热等多种保护。当出现太阳能蓄电池板的输出电压过 压、欠压故障的时候，由ＴＭＳ３２０Ｆ２４０向ＳＧ３５２５发出 个信号，封锁ＤＣ／ＤＣ的脉冲，使其停止工作。当检 一文，２（）（）６． Ｅ２］Ｍｏｈｓｅｎ Ｒｕｚｂｅｈａｎｉ．ＤＣ／ＤＣ开关功率变换器控制方法的 研究ＥＪ２．重庆：重庆大学学报，２０｛）５，３８—４０． Ｅ３］张荣．光伏并网逆变器的研究［Ｄ］．重庆：重庆大学学位 论文，２（）（）６．