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• 1 • ELECTRONICS WORLD ・ 技术交流 50KW三相并网光伏逆变器设计 湖北东贝新能源有限公司 黄太祥 【摘要】本文介绍了50KW三相并网光伏逆变器的设计方案，分别从硬件电路设计和软件设计进行介绍。硬件电路设计包括主电路设计和控 制电路设计，主电路设计给出了组成主电路的主要元件的选型参数，控制电路介绍了各部分设计过程。软件设计包括主程序和中断程序两部 分及每部分的设计内容。 【关键词】光伏；逆变器；并网；主电路 1 引言 太阳能光伏发电是利用天然太阳光资源，无污染，无噪音，无 生产原料，用之不竭的新型可再生能源发电技术。光伏并网逆变器 是太阳能光伏发电系统的核心设备，其主要作用是将太阳能电池板 产生的直流电转化成符合公共电网要求的交流电并送入电网。本文 详细介绍了5OKW三相并网光伏逆变器的设计过程，包括主电路设 计及器件选型，控制电路设计，软件设计等。 2 主电路设计 采用高效工频隔离变压器设计，安全性高，对逆变过程中产生的谐 波，直流分量进行隔离，能够满足技术标准和规范对并网设备的要求。 主电路由直流断路器，直流侧防雷，直流滤波器，DC-Link电 容，IGBT模块，电抗器，工频变压器，交流滤波器，软启动器， 交流侧防雷，交流断路器组成。 直流断路器：选用额定电流160A、额定电压DC500V 4P的断路 器，将其中2P串联形成额定直流电压达DC1000V的直流断路器。可 对电池板输入功率进行投入和断开控制。 直流侧防雷：选用额定电压DC1000V，最大放电电流40KA的 浪涌保护器。当雷电浸入到逆变器直流输入线时，浪涌保护器迅速 启动，将雷击电流泄放到大地，确保逆变器安全运行。 直流滤波器：选用直流工作电压DC1100V，额定电流150A的 直流滤波器，用于去除直流侧共模、差模及高频干扰信号。 DC-LINK电容：即直流母线支撑电容，是逆变器直流侧电路 重要组成部分。用以吸收将电池板输出的直流功率转换成电网所需 的交流波动功率时所产生的高幅值脉动电流。选型时除了计算电 容容量，电容耐压外，还要考虑纹波电流。本设计选用4个420UF/ DC1100V金属薄膜电容并联。 IGBT模块：选用3只英飞凌的300A/1200V的IGBT模块，组成 三相全桥逆变电路，将直流电逆变成符合公共电网要求的三相交流 电。IGBT模块工作频率高，发热大，需将其安装在散热器上，同 时配有冷却风机进行散热。在IGBT的集电极和发射极之间并接有 2UF/1200V的吸收电容，用以吸收该两极间的瞬间过电压。 电抗器：选用额定电流120A，电感量0.4mH，频率50HZ的铝 电抗器，与3*47UF/450V的滤波电容组成低通滤波器，滤去高频载 波信号，向电网馈入高质量的50HZ正弦电流。 工频变压器：选用容量50KVA, 频率50HZ ，初级额定电压 270V，次级额定电压400V，连接方式Dyn11的铝变压器。工频变压 器除了电气隔离外，还可实现逆变输出电压与电网电压匹配。 交流滤波器：选用的额定电压AC380V，额定电流100A的交流 滤波器，用以滤除逆变器工作时产生的高频和共模差模干扰信号， 保证逆变器不对电网其他设备产生不良影响。 软启动器：由主接触器和辅助接触器组成，避免逆变器与电网 连接时对电网形成冲击。 交流侧防雷：选用额定电压AC400V，最大放电电流40KA的浪 涌保护器，用以对交流侧的雷击进行防护。 交流断路器：选用额定电压AC690V, 额定电流100A的3P断路 器。控制逆变器与公共电网的连接或断开。 3 控制电路设计 逆变器控制电路由DSP主控制单元，IGBT驱动电路单元，模拟信号 采样单元，电网电压同步信号采样单元，开关量输入单元，开关量输出单 元，触摸LCD显示单元，通信接口单元以及各单元供电电源电路组成。 DSP主控制单元：选用TI公司浮点型芯片TMS320F28335，该芯片精 度高，运行速度快，外设接口齐全。DSP主控制单元是整个逆变器控制电 路的核心单元，其功能是根据实时检测到的各种信号和控制指令，经过 相应计算和分析判断，输出对应的控制信号使逆变器正常并网工作。 触摸显示单元：采用7寸触摸彩色LCD显示屏，实时显示逆变器各项 运行数据，图形直观显示当天发电功率变化，每日发电量等；显示逆变 器工作状态及故障记录；设置逆变器工作参数及控制逆变器工作状态。 模拟信号采集单元：模拟信号采集单元有三相电网电压、三相 电网电流、三相逆变电压、三相逆变电流、直流输入电压、直流输 入电流、装有IGBT模块的散热器温度等信号的采集。 电网电压同步信号采样单元：在控制逆变输出电流与电网电压同 频同相过程中，DSP需要采样电网电压信号的幅值、频率和相位。该单 元电路将电网电压正弦波转成同频同相的方波，通过DSP的捕获功能捕 获电网电压上升沿，产生中断，从而实现电网电压同步信号的采样。 IGBT驱动电路单元：IGBT模块是一种复合全控型电力电子器 件，是逆变器实现DC/AC逆变的关键元件。因此IGBT的驱动和保护 电路的设计很重要，首先要求强电侧与弱电侧进行电气隔离，其次驱 动电流足够大并有完善的保护措施。采用日本三菱的厚膜集成电路 M57959L,该集成电路配有短路、过载保护功能。即当IGBT过载或短 路时，M57959L自动对IGBT实现“软关断”，并向DSP发出报警信号。 开关量输入/输出单元：开关量输入单元用于检测驱动过流输 入、负载过载输入、方阵绝缘阻抗检测输入、变压器电抗器温度开 关输入及紧急停机输入等，开关量输出单元用于控制逆变器与电网 的连接与断开以及冷却风机的启停等。 通讯接口单元：采用RS485通讯接口，MODBUS通讯协议，可 对逆变器进行远程监控。 4 软件设计 软件设计是整个逆变器设计的核心和重点工作，整个软件分 为主程序、中断程序两大部分。在主程序中，首先进行系统初始 化，设置TMS320F28335的各功能模块及其工作方式，并对各工作 状态进行初始设置，然后进入主循环。在主循环中，主要完成各运 行参数的刷新显示，判断各运行参数是否正常，系统是否有故障。 扫描触摸显示单元传来的操作指令，如没有操作指令，则进入循环 等待状态；若要求进行参数设置，则接受触摸显示单元传过来的参 量代码及其数值，进行各项参数的修改并保存；若启动了自动运行 指令，则进入自动并网过程。在系统无故障情况下，首先判断电网 的各参量是否正常，再判断电池板输出的直流电压是否到达启动电 压，当这些并网条件具备后，便启动软启动器与电网连接，根据电 网的相位、频率、幅值进行跟踪并网，并网成功后，进行MPPT跟 踪，使发电效率达到最高。为了提高MPPT的动态跟踪速度和稳态 输出的稳定性，本设计分两步进行跟踪，当电池板输出电压低于理 论最大功率点对应的工作电压时，采用CVT方法对最大功率点进行 快速跟踪，使电池板输出电压快速到达最大功率点电压附近，然后 采用扰动观察法进行跟踪，使稳态输出功率稳定波动小。 中断程序主要完成AD采样；电网电压同步信号捕获；与上位 机传输数据；故障保护，包括电网过欠压、过欠频、相位错误、直 流电压过压、负载过载、孤岛防护等；产生SPWM驱动信号。本设 计采用双环控制策略，内环为并网电流环，控制电流从直流到交流 的逆变，并能达到高品质因数；外环为直流电压环，控制直流侧母 线电压稳定，而MPPT确定的电压值为直流母线电压给定值。 5 主要技术指标 输入（直流） 最大直流功率：55KW 最大输入电压：850V 启动电压：500V （下转第190页） DOI:10.19353/j.cnki.dzsj.2016.10.128
![ç U ã è i u ¨ ê 8 7 y ¼...2018/04/05 · ® Ü d ã è i v o O q | ã è i ê 8 ç v u # ê ` f ^ s W ] Á É \ q O d } ª ê 8 y 2 Ç ê 8 Î < . Ç ê 8 ã è i è Q j v C](https://static.documents.pub/doc/80x56/5f72faa75824c37aaa3df21c/-u-i-u-8-7-y-20180405-oe-d-i-v-o-o-q-.jpg)
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