10 kW光伏并网逆变器的电路拓扑与选型分析

关键词：光伏并网；逆变器；控制

Circuit Topology and Selection Analysis of 10 kW Photovoltaic Grid-Connected InverterZHANG Xuezhen(Datong Coal Mine Group Tashan Photovoltaic Power Generation Co. , Ltd. Datong 037003, China)Abstract: In this paper, a 10 kW photovoltaic grid-connected inverter is designed. Its architecture and circuit topology are

introduced, and its hardware design is expounded in focus.Key words: photovoltaic grid-connection； inverter& control0引言温度、光照、

网电压隔离开，防止光 网逆变器向电网注入直流 %

因为上 ，工频隔离 在 的并网 %，光伏电池 的三 的工频隔离型光 网逆变器 种 I：%作为光 电 大电网的连 i展，针口，如何保障 对光 电

定、高 的电能，是并网逆变器三 和三电平 ％三电平 于数 瓦甚至数百千瓦以上 ， 用的光伏并网系统％1

承担的基本任务。随着光伏产业在全球得

网逆变器的研究 从拓

、器技术和并网电流控制策略三 面展开，本文通过对其面的问题。进行设计，有效地解决了这三

1 10 kW光伏并网逆变器电路设计1.1光伏并网的体系结构多重串联型逆变器 都对应

集成性结构和串联 构件进行，由多个电路和 光 网逆变器组成。每个电路

图1三电平结构联的光 件，并且对该光

Fig.1 Three-levelstructureMPPT控制，每个电路的

，无法 光伏电池

电压通过直流母线 光伏网逆变器，在逆变器的作用下并入电网。之前的几种结

2 10 kW光伏并网逆变器硬件系统设计21光伏电池的选型设计光伏电池 导 料，光的照 在半导 料中

的太阳光是直 ，而斜中的太阳光的光照 下降。多重串联型逆变器

的光伏电池可以 在不同的方向，这样在任 刻光伏电池 的太阳光是直 的。因为每上比较产生电子空穴对，pn结的电场作用能让电子 对分离% 电子 的电子移向n区， 移向p区，在半导体的路电路都 立的MPPT控制，虽然在 可以使每个光 件都 大 ％1.2光伏并网逆变器的电路拓扑产生电压，接上电路后会产生电流％这就是光生伏特

效应，光伏电池就是利用这一效应制作的％光伏电池的输性是非线性曲线， 照

工频隔离型光 网逆变器是光 网常用的 % 在

，逆变器逆变的交流电的频率和电网的频 光伏电池 性的因素有光和环境温度％不同的光照 环境温大 、短路电流持 ％在 器后加上 工频 器，可以把光伏电 池 的电压升高至电网电压，而且可以将光 件与电收稿日期：2019-03-24光伏电池的 性发生变化，

和开路电压％本设计选用的光伏电池的基本参数为：Um =

. 7 V、*m = 5. 58 A、Uoc = . 2 V、Isc = 5. 96 A% 用集

中式的 40个光伏电池串并联成

大的光伏

2019 | 16期 | 101电工技术新能源组件，用该光伏组件向电网提供能量％△「= 5X, = 15%X10000 X/3 X/2—

2. 2控制器设计=14- 6 A相较于单片机，DSP的编程可能更复杂，但单片机的 数

2)理能力不强，所以控制板采用了 DSP。DSP不活的 ，而且 高速、高效的 ％越高效的能

，5为电感的 电流系数；为电感的纹波

电流；9。\"”论为逆变器

& 为逆变器 电压的的控制算法，对处理器处理数 DSP芯片能满足各种控制算法的

就越高。， 快，可以有效值；0为逆变器的 效率。开关器件的频率，电感量/不 得太理

的数 ，尽可能地缩短反应时间，小光伏电池的

％在算法方面，研究 提出了许多新的MPPT控制法， 控制法、 解法等，这些算法的 和精确性有很大提高，但计 大，算法难于

设计，因此得不到广泛应用。目 用的三种MPPT控制算法是定电 法、扰动观察法和电导 法。这三种MPPT控制算法易于理解，而且

设计，许多的MPPT控制算法都是在这三种的 上改进的。因为电导增量法

导的过程，所以对处理器的

高些，但精 提高，不会像扰动观察法那样，在最大震荡。选择合理的步长能提高精度和速度，当

选择的步长不合理时，使用该方法 的 性能和稳态性能。2.3传感器的选型设计测量电流采用AHC-LTS系列LTS15A型霍尔电流传 感器，该传感器可以测量直流和交流电流，额定输入电流

为15 A，测 为0〜48 A%测量直流电压采用TB-AS

电压传感器，最高可测量1000 V；测量交流电压采

用TB-ADA 电压传感器，最高可测量1000 V%2.4 IGBT电路的设计逆变器的额定输出频率9 = 10 kW,交流输出线电压

为260 V。逆变器直流侧的电压为650 V， 来说，要10%〜20%的裕量，在本设计中，选择20%的裕量

后，直流母线电压为800 V%

因素，IGBT的耐 1000 V。用下式计算流过IGBT的电流：1=10046 A (1)槡X)上述参数的计算结果，在网上查阅了 IGBT的型

号资料，最终，本设计选择BSM10GD120DN2型绝缘栅

双极型晶体管，额定电流为10 A，额定电压为1200 V。 在本设计 配备6 IGBT%2.5 LC滤波器的设计2.5.1滤波器电感设计光伏并网逆变器

电感的最小值要满足纹波要求。一般情况下，如果没有特殊要求，电流 电路中电流最大值的0.1倍或0.2倍，纹波系数取值越大，滤波电感的值 就越大。本设计取0. 15倍作为 电流系数， 线电压 260 V,假设大功率三 网逆变器的效率为97%，可得：102 I www.chinaet.net | 中国电工网小，否则会引起非 的电流 ，只有电感足够大,能 的 定性。 因此 器电感的 值 满足：，为逆变器直流线电压，取650 V； fs为开关频

率，取20 kHz； 为纹波电流，经过计算，取14. 6 A。过计算，

电感的最小值为1.61 mH，留一定裕2.5.2， 滤 2mH器电 。设计LC低通滤波器可以过滤高

折频率的高次谐波，使更加平滑。一般情况下转折频率能

选择合适的转折频率后，可通过下式计

器电容：fn=-----26 V LC=1000 Hz

(4)，fn为

器的转折频率，取1000 Hz，考虑裕量和实际电容的型号，取滤波器电容值为10 3f。2.6直流电容设计直流侧电容的作用 制直流侧电压的变化，在选择电容的值时，

数和电网角频率。选择合适的电容值，可以在 干扰 定 。

界因素的影直流侧电容应 小电容的2倍以上，防止过多的直流侧电压。可以通过多次仿真，得 适电容 值。

公式以及仿真的 ，本设计 选取4 =10000 3f。3结语本文以光伏并网逆变器控制

作为研究对象，对其进行结构与选型设计，为其进一步普及与推广奠定基础。参考文献口］陈金辉，王永生，徐相波，等.一种基于光伏并网逆变器的

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