風光逆變并網系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

　0 引言

　　近二百年來，人類利用煤、石油及天燃氣作為能源，使生產力提高近200倍。然而化石能源逐步枯竭，而且污染等也很嚴重。隨著能源問題的日益突出，尋找新型綠色能源已經是刻不容緩的問題。而在公認的綠色能源中，數(shù)太陽能和風能是最容易獲取并高效利用的能源。

　　本文以太陽能，風能為中心，設計一個風光并網發(fā)電的模擬裝置，能夠將太陽能或者風能發(fā)電機的直流電壓轉換為交流電，并檢測外網交流電的頻率和相位，動態(tài)的調整自己的交流電的波形，使得與外網電能同頻同相。該裝置在設計時考慮了發(fā)電機的內阻。在測試時以60 V直流穩(wěn)壓電源模擬理想的太陽能電池板或者風力發(fā)電機，電源輸入級串聯(lián)一個30 Ω功率電阻模擬發(fā)電部分的內阻。

　　該裝置體積小巧，成本低廉，易于量產，人界交互界面友好，并附帶輸入電壓監(jiān)控，輸出過流監(jiān)控實時動態(tài)相位監(jiān)控等多種監(jiān)控設置也使得該裝置安全性能很好。稍加改動即可廣泛應用。

　　1 方案論證

　　1.1 主功率電路拓撲方案

　　方案一：全橋逆變。

　　全橋由4只功率開關管管組成，分為2組，其中Q1和Q4為一組，Q2和Q3為一組，兩組交替通斷，輸出交流方波電壓經LC低通濾波器后得到交流正弦輸出電壓(見圖1)。全橋型逆變器的輸出濾波電容電壓連續(xù)可測的。該電路輸出經LC濾波后便能得到很好的波形。

方案二：雙Boost DC/AC單級變換電路拓撲結構。

　　該結構由2個對稱的電流雙向流動的Boost DC/DC變換電路組成(見圖2)。負載R跨接在兩個電容之間，通過兩邊電流的雙向流動，從而在負載上實現(xiàn)交流工頻電壓輸出的效果。開關M1～M4均為由MOSFET和二極管組成的能量可以雙向流動的可控開關。由于電路工作在完全對稱的狀態(tài)下，因此對L1和L2的選擇特別敏感，如果不對稱則會照成輸出波形失真。

　　方案二在正弦的正半軸和負半軸是兩個濾波電路完成的，所以在波形的失真度上完成有難度，而方案一是由同一個電感濾波得到的，濾波后正弦失真度非常小。故采用方案一。