3KW单相光伏并网逆变器系统设计

只看该作者 · 2025-3-28 16:04

本帖最后由电笔小新于 2025-3-29 08:55 编辑

#申请原创# @21小跑堂
1. 设计需求分析

->功率等级：3kW，适用于小型光伏系统或家用并网系统。

->输入电压范围：根据光伏组件的配置，通常在200V-500V DC之间。

->输出电压：单相220V AC，频率50Hz（或根据当地电网标准）。

->并网要求：符合电网标准（如IEEE 1547、IEC 62116等），具备低谐波失真（THD<5%）。

2. 拓扑结构选择

Boost+逆变器：加入Boost升压电路，可以兼容用户不同的光伏面板组合方案，提高MPPT输入的适应性。

3. 控制策略

->MPPT（最大功率点跟踪）：采用固定电压扰动法MPPT算法，实现太阳能最大效率转换。

->PWM调制：采用正弦脉宽调制（SPWM）生成高质量的正弦波。

->锁相环（PLL）：实现与电网的同步，确保输出频率和相位与电网一致。

->电流控制：采用电流内环和电压外环的双闭环控制策略，实现精确的功率输出。

4. BOOST实现最大功率跟踪MPPT

A ->最大功率点跟踪原理

光伏阵列输出特性具有非线性特征,并且其输出受日照强度、环境温度和负载情况影响。在一定的日照强度和环境温度下，光伏阵列可以工作在不同输出电压，但是只有在某一输出电压值时，光伏阵列的输出功率才能达到最大值，这时光伏阵列的工作点就达到了输出功率电压曲线的最高点，称之为最大功率点（Maximum Power Point,MPP）。

一般在正常工作情况下，随辐照强度和温度变化的曲线如图(1)、图(2)所示。理论上根据电路原理：当光伏电池的输出阻抗和负载阻抗相等时，光伏电池的输出功率最大。因此，光伏电池MPPT的过程就是使光伏电池输出阻抗和负载阻抗匹配的过程。

B ->MPPT算法实现

参考论文《光伏系统中的 MPPT 算法研究》，算法流程图如下：

光伏系统中的MPPT算法研究_邓国新.pdf (820.27 KB)

使用PSIM仿真软件搭建MPPT系统如下：

仿真波形如下：

5. 并网逆变实现

A->SOGI算法实现

参考论文《光伏并网逆变器中的单相数字锁相环研究》，算法流程图如下：

光伏并网逆变器中的单相数字锁相环研究_金曼.pdf (704.62 KB)

使用PSIM仿真软件搭建SOGI算法如下：

SOGI锁相波形：

B->逆变控制算法

算法流程图如下：

使用PSIM仿真软件搭建逆变拓扑如下：

仿真波形：

6. MPPT+逆变系统仿真

上面已经单独实现了MPPT和逆变并网功能，要将MPPT和逆变串联成一个系统，只需在逆变控制框架上增加母线电压环，将控制母线的功能下放给逆变，控制框架如下：

使用PSIM仿真软件搭建MPPT+逆变拓扑如下：

仿真波形：

7.系统性能优化

根据并网法规要求，并网的电流谐波需要小于＜5%，对步骤6仿真的电流波形进行谐波测量如下：

并网电流谐波约等于10%，明显超法规要求：对谐波组成成分进一步分析如下：

电路谐波的主要成分为150Hz，成分来源：由于并网电流是跟随电网电压的，也就是母线上流动的功率频率是电流和电压的2陪频即100Hz，脉动的母线电压信号Ubus将100Hz信号引入到电流环控制环中去，而电流环中的Sin计算又将100Hz的信号升到了150Hz，因此构成了电流谐波150Hz成分的主要来源；