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5KW單相并網逆變器設計

1. ?設計需求分析

->?功率等級:5kW,適用于小型光伏系統或家用并網系統。

->?輸入電壓范圍:根據光伏組件的配置,通常在200V-550V DC之間。

->?輸出電壓:單相220V AC,頻率50Hz(或根據當地電網標準)。

->?并網要求:符合電網標準(如IEEE 1547、IEC 62116等),具備低諧波失真(THD<5%)。

2. ?拓撲結構選擇

2路Boost+Heric:  

-->為何設計兩路MPPT?

參見的單晶硅太陽能板參數如下:

為了能保證光伏逆變器能發更多的太陽能,一般在給逆變配置1.2~1.5倍的太陽能板,也就是5KW的逆變器最多會配到7.5KW;如果只設計一路MPPT,需要的太陽能面板數為:7.5KW/450W=16,母線開路電壓為:48V*16=768V;但是市電220Vac單相逆變器的母線電壓只需要360V左右,太高的母線電壓會導致逆變轉換效率下降,母線電壓越高,需要的母線電容越貴;另一方面MPPT路數越多,捕捉太陽最大效率點效率越高;出于成本以及更好的用戶體驗,設計為兩路MPPT輸入,輸入最大電壓550V(考慮常規的高壓電解電容電壓為550V,再高不好選擇母線電解電容)。

-->逆變拓撲為何選擇Heric,而不選H6?

  •   1、從兩個拓撲可以直觀看出Heric比H6少兩個二極管,明顯有成本優勢。
  • 2、從兩個拓撲工作回路上看,Heric在電感充電回路管壓降更低,逆變效率更高。

 

3. ?控制策略

->MPPT(最大功率點跟蹤)?:兩路MPPT分別采用固定電壓擾動法和電導增量法,實現太陽能最大功率跟蹤。

->PWM調制:采用正弦脈寬調制(SPWM)生成高質量的正弦波。

->鎖相環(PLL)?:實現與電網的同步,確保輸出頻率和相位與電網一致。

->電流控制:采用電流內環和電壓外環的雙閉環控制策略,實現精確的功率輸出。

4. ?BOOST實現最大功率跟蹤MPPT

A ->固定電壓擾動法

      先給定電壓Uref=Uo,然后計算光伏面板的功率P1;接著給定電壓Uref=Uo+△U,然后計算光伏面板的功率P2;接著給定電壓Uref=Uo-△U,然后計算光伏面板的功率P3;通過比較P1、P2、P3,找出最大的功率點,然后將給定值Uref=Upmax;如此反復循環最終就能找到了光伏面板的最大功率點;程序代碼如下:

B ->電導增量法

      先給定電壓U1,得到I1、P1;然后U1-△U,得到I1'、P1',從而可以得到在U1-△U處的功率斜率x1;然后U1+△U,得到I1''、P1'',從而可以得到在U1+△U處的功率斜率x2;通過對比X1和X2,找到斜率更小的點對應的電壓Uxmin;然后將U1=Uxmin;如此反復循環最終就能找到了光伏面板的最大功率;程序代碼如下:

使用PSIM仿真軟件搭建MPPT系統如下:

仿真波形如下:

5.  并網逆變實現

A->SOGI算法實現

參考論文《光伏并網逆變器中的單相數字鎖相環研究》,算法流程圖如下:

SOGI算法如下:

使用PSIM仿真軟件搭建SOGI算法如下:

仿真波形:

B->逆變控制算法

算法流程圖如下:

使用PSIM仿真軟件搭建逆變拓撲如下:

仿真波形:

6. 兩路MPPT+逆變系統仿真

    上面已經單獨實現了MPPT和逆變并網功能,只要將MPPT輸出接到逆變系統的Vbus輸入即可實現完整的5KW光伏并網逆變器:

仿真波形:

7. ?系統總結

     本文先從5KW光伏并網逆變器拓撲選擇講起,然后使用兩種MPPT算法(定電壓擾動法和電導增量法)實現太陽能最大功率跟蹤,然后逆變Heric拓撲通過穩定母線電壓,延綿不斷的將太陽能輸送到電網,整體實現了5KW光伏并網逆變器的最基本功能。

     后續優化方向,可以嘗試在系統增加無功調度功能,可以嘗試在系統增加低電壓穿越功能,可以嘗試在系統增加防孤島檢測功能,等等逆變器安規方面的功能。

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資料明細:5KW太陽能并網逆變器系統仿真
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  • dy-Vjvnrtnr 04-28 19:00
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  • 1234木頭人切 04-27 20:22
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