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。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撲結(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)算法通過采樣當前逆變器裝置的輸出電壓電流信號計算出當前時刻的輸出功率，再與前一時刻所計算出的輸出功率進行比較，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。