本文描述一個應(yīng)用于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，采用直接電流控制的三相電壓源型PWM并網(wǎng)逆變器的設(shè)計過程，并對逆變器的控制策略進(jìn)行了分析和研究，并采用三菱公司的智能功率模塊IPM50RSA060和德州儀器(TI)公司的DSP芯片TMS320LF2407設(shè)計了原型樣機(jī)。最后的實驗結(jié)果表明采用PWM控制的逆變器適合應(yīng)用于中小型功率光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，且有廣泛的應(yīng)用前景。

　　1 光伏并網(wǎng)

　　發(fā)電系統(tǒng)組成

　　光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板(即光伏陣列)，并網(wǎng)逆變器,濾波電抗器和DSP控制電路構(gòu)成。整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　由圖1可見光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)利用太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電能，再利用并網(wǎng)逆變器的受控電流源特性，控制逆變器運行在發(fā)電狀態(tài),將直流電轉(zhuǎn)化為交流電饋送電網(wǎng)。

　　整個系統(tǒng)能量的變換和傳遞過程，是利用IPM模塊構(gòu)成的并網(wǎng)逆變器路來實現(xiàn)的，而并網(wǎng)逆變器的控制則是通過DSP生成驅(qū)動主電路的PWM信號來完成。

　　2 并網(wǎng)逆變器控制原理

　　根據(jù)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的工作原理可知，并網(wǎng)逆變器是整個并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心裝置，并網(wǎng)逆變器的性能決定著整個系統(tǒng)的性能。針對圖l所示的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),本文所設(shè)計的并網(wǎng)逆變器采用三相半橋逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　并網(wǎng)逆變器交流側(cè)所輸出的電壓電流信號滿足下列方程式

　　上述模型中L代表交流側(cè)電感參數(shù)，R為電感中的寄生電阻，由于電感等效阻抗遠(yuǎn)大于電阻阻值，在系統(tǒng)設(shè)計過程中R對調(diào)節(jié)器設(shè)計影響可以忽略。

　　根據(jù)三相電壓源型PWM并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型，可知并網(wǎng)逆變器通過控制三相電壓源型逆變器橋臂輸出電壓來控制輸出電流，在控制輸出電流得同時，為提高光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)發(fā)電量，充分利用在同等光照條件的光伏陣列所能提供的最大功率，在相應(yīng)的光伏并網(wǎng)逆變器裝置控制系統(tǒng)中引入了最大功率點跟蹤(MPPT)技術(shù)。

　　圖2所示為并網(wǎng)逆變器控制結(jié)構(gòu)。從圖2中可知并網(wǎng)逆變器控制結(jié)構(gòu)的外環(huán)為功率環(huán)，采用自尋優(yōu)MPPT算法。自尋優(yōu)算法通過采樣當(dāng)前逆變器裝置的輸出電壓電流信號計算出當(dāng)前時刻的輸出功率，再與前一時刻所計算出的輸出功率進(jìn)行比較，根據(jù)輸出功率的大小不斷調(diào)整并網(wǎng)逆變器的工作點，最終使得并網(wǎng)逆變器的工作點沿著光伏陣列最大功率曲線變化。逆變器根據(jù)MPPT算法計算出的光伏陣列在此功率點下直流電壓環(huán)指令信號，電壓環(huán)的誤差信號經(jīng)由PI調(diào)節(jié)器環(huán)節(jié)后輸出電流環(huán)幅值指令，幅值指令與電網(wǎng)電壓的同步信號相乘作為電流環(huán)的同步指令信號，系統(tǒng)的輸出電流由電流誤差和內(nèi)環(huán)比例調(diào)節(jié)器控制，電流環(huán)的增益決定著系統(tǒng)輸出電流能否準(zhǔn)確跟蹤指令信號，同時決定光伏并網(wǎng)系統(tǒng)能否以單位功率因數(shù)實現(xiàn)最大功率并網(wǎng)發(fā)電。