一種大功率光伏模擬電源的設(shè)計(jì)

2.2 控制原理設(shè)計(jì)

　　如圖4，使用采樣電路分別采集輸出直流電壓Ud及每個(gè)降壓電路電抗器上的輸出電流i₁、i₂、i₃，經(jīng)過FPGA處理后，送入DSP進(jìn)行運(yùn)算。DSP按照公式(3)計(jì)算生成PV曲線，算出給定的輸出電流i_d*，輸出電流i₁、i₂、i₃相加算出總電流i_d，i_d*與i_d經(jīng)過PI運(yùn)算，算出脈沖占空比給定到IGBT模塊驅(qū)動(dòng)電路，完成閉環(huán)控制。其中控制每個(gè)IGBT下管都不導(dǎo)通，上管每個(gè)控制周期內(nèi)輪流導(dǎo)通。這樣可以減小輸出電壓的紋波。

2.3 算法和軟件實(shí)現(xiàn)

　　根據(jù)光伏電池的U-I特性和光伏模擬電源的自身參數(shù)，按照公式(3)，整理得電流給定Id*：

(5)

(6)

　　其中，

　　根據(jù)公式(5)和公式(6)繪出如圖6所示，光伏特性模擬框圖。powE為指數(shù)函數(shù)e^x。

　　如圖7所示，將算出給定電流Id*和Id(輸出電流i1、i2和i3相加的總電流)，使輸出電流Id按照給定電流Id*進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，生成脈沖調(diào)節(jié)所需的給定UDR。再經(jīng)過軟啟動(dòng)過程，對(duì)母線電容進(jìn)行充電，完成輸出直流電壓的過程。

　　將經(jīng)過DSP計(jì)算后的給定UDR輸出到FPGA中的脈沖生成模塊中。該脈沖生成模塊，是采用三角載波與給定數(shù)值進(jìn)行比較的方式實(shí)現(xiàn)的。三個(gè)三角載波的起始位置，分別在同一個(gè)控制周期的0時(shí)刻、1/3T時(shí)刻、2/3T時(shí)刻，這樣就可以實(shí)現(xiàn)生成PWM脈沖輪流控制，如圖8所示。

　　當(dāng)給定數(shù)值小于三角載波時(shí)，該處脈沖即為高電平，三個(gè)三角載波分別和給定進(jìn)行比較生成波形。IGBT功率模塊G1上管的PWM脈沖波形，如圖8中的曲線2所示; G2波形如圖8中的曲線3所示; G3波形如圖8中的曲線4所示。可以看出，G1，G2，G3為輪流導(dǎo)通，這樣可以減小IGBT的開關(guān)損耗及輸出電壓的紋波。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

　　采用該設(shè)計(jì)原理研發(fā)的500kW光伏模擬電源由柜體、外置變壓器、顯示液晶屏等部分組成。如圖9，左側(cè)為光伏模擬電源柜體，右側(cè)為光伏模擬電源運(yùn)行時(shí)液晶屏顯示主界面。柜體包括整流柜和調(diào)制柜，整流柜主要完成交流電壓到直流電壓的整流功能;調(diào)制柜主要實(shí)現(xiàn)直流輸出電壓按照光伏特性曲線變化。柜內(nèi)關(guān)鍵元器件都采用國內(nèi)外知名廠家產(chǎn)品，可靠耐用。該光伏模擬電源最大可模擬的光伏電池開路電壓為1000VDC，最大功率為500kW。同時(shí)可以根據(jù)用戶的要求修改光伏特性曲線的參數(shù)，模擬不同光照及溫度變化等環(huán)境變化情況。并且該光伏模擬電源有電網(wǎng)過壓、直流過壓和欠壓、電流過流、IGBT驅(qū)動(dòng)故障等各種故障保護(hù)，可以保證電源的安全使用，也可以保證被測(cè)逆變器的安全。

　　通過調(diào)試測(cè)試，記錄光伏模擬電源單個(gè)橋臂IGBT上管壓降和電流的波形，如圖10所示。綠色波形為IGBT模塊上管壓降，黃色為該橋臂電流波形。輸出電壓經(jīng)過電容濾波后，通過一個(gè)保護(hù)二極管后接到被測(cè)光伏逆變器。

4 結(jié)論

　　基于該設(shè)計(jì)方法研發(fā)的光伏模擬電源可以按照光伏特性曲線運(yùn)行，對(duì)500kW及以下功率等級(jí)的光伏逆變器完成MPPT功能測(cè)試，同時(shí)可以提供逆變器所需的直流供電，對(duì)逆變器進(jìn)行功率測(cè)試。為大功率光伏逆變器的研發(fā)提供了試驗(yàn)平臺(tái)，也為光伏逆變器產(chǎn)業(yè)化提供了出廠測(cè)試平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)：

　　[1]張興.太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電及其逆變控制[M].北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2010

　　[2]趙爭(zhēng)鳴.太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用[M].北京，科學(xué)出版社，2005

　　[3]張興.PWM整流器及其控制[M].北京，機(jī)械工業(yè)出版社，2012

　　[4]李帆.一種光伏模擬電源的設(shè)計(jì)[J].電子科技， May 2013，pp. 149-153

　　[5]馮玉，周林，傅望，等.光伏陣列模擬器綜述[J] .電氣傳動(dòng) ，2011，41(11)：3-7

　　[6]趙明，楊旭，趙春朋，等.一種電流型光伏模擬器的分析和設(shè)計(jì)[J] .電源學(xué)報(bào)，2011，38(6)：29-33

　　[7]代林旺，劉京斗，荊龍.基于PWM整流器大功率光伏陣列模擬電源的研究[J] .電氣傳動(dòng)，2013，43(7)：40-42

本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第3期第35頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。