500W微网逆变器系统设计

新的Topswitch系列FOP222型电路进行辅助电源的设计[3]。辅助电源主电路采用单端反激式拓扑结构，如图5所示。

    3最大功率跟踪控制MPPT
    MPPT的实质是一种自寻优过程[4]，常用的方法有固定电压跟踪法、扰动观测法、导纳微增法和间歇扫描跟踪法。笔者采用的是间歇扫描跟踪法。其核心思想是定时扫描一段(一般为0.5倍～0.9倍的开路电压1阵列电压，同时记录不同电压下对应的阵列输出功率值，然后比较不同点太阳电池阵列的输出功率，得出最大功率点。笔者对间歇扫描法进行了改进，即在较短时间间隔内只在缩小的跟踪范围内(Vm-0.1Voc和Vm+0.1Voc)扫描1次。其中Vm和Voc分别是太阳能电池阵列的最大功率点工作电压和阵列开路电压。每隔一段较长时间后再在整个跟踪范围内对各工作点扫描1次。
    改进后的间歇扫描法控制既保持了跟踪的控制精度又提高了系统运行的稳定性。
    4反孤岛效应控制方法
    孤岛效应是指由于电气故障、误操作或自然因素等原因造成电网中断供电时各个用户端的太阳能光伏并网逆变器仍独立运行的现象。一般来说，孤岛效应可能对整个配电系统设备及用户的设备造成不利的影响，包括并网逆变器持续供电可能危机电网线路维护人员的生命安全：干扰电网的正常合闸过程：电网不能控制孤岛中的电压和频率。可能造成用户用电设备的损坏[5]。因此解决光伏并网系统的孤岛问题显得尤为重要。
    笔者提出了一种正反馈频率扰动的反孤岛检测方法。该方法的主要思想是首先判断当前电网电压频率的漂移方向，然后周期性地对输出电流频率施以相应的扰动。同时观测实际输出电流频率。当输出电流频率跟随扰动信号变化即输出电流频率可由并网逆变器控制时，就成倍增加扰动量。以达到使输出电流频率快速变化而触发反孤岛频率检测的目的。
    5实验
    笔者对500W光伏并网逆变器进行了测试。采用8块额定功率为50W的多晶硅太阳电池阵列串连，输入电压为100VDC-170VDC，输出电压为220VAC，输出频率为50Hz。输入侧分别用安培表和伏特表测量太阳电池的输入电压和电流，输出侧采用FLUKE43B型电能质量分析仪检测并网逆变器输出交流电压和电流的参数和波形。由于输出交流电流值太小，因此采用在电流探头上绕8匝后测量。
    测试结果是太阳电池的输出电压基本在122V左右，输出电流为2A，输出功率为244W。由测试结果可以看出。逆变器的输出电压为230.9V，输出功率为1.45kW／8=181.2W，所以逆变器的效率为0.74，逆变器的效率包括DC-DC变换和DC-AC变换及辅助电源的总效率。逆变器输出功率因数为0.97，基本保持与网压同频和同相。输出电流的基波分量占电流总量的99.6％，输出的电能质量是令人满意的。
    6结束语
    由实验波形可以看出，所设计的光伏并网逆变器工作稳定。性能良好。由于采用了以TMS320F240型：DSP为主的控制电路，系统具有较好的动态响应特性。采用了具有最大功率跟踪和反孤岛控制功能的软件设计，因而能充分利用太阳能电池的能源且能检测孤岛效应的发生。
    作者：
    杨海柱1，金新民1，刘洁2
    (1、北京交通大学电气工程学院，北京100044；
    2、焦作大学计算机工程系，河南焦作454003)