光伏分布式发电中的逆变系统设计

D1-VD4 为四个反向并联的二极管。下面详细介绍一下全桥逆变电路的工作原理。

3.3 全桥逆变电路的工作原理

首先，VT1 和VT4 是一对同时开关的晶闸管，VT2 和VT3 是另外一对同时开关的晶闸管，VT1、VT4,VT2、VT3各受两路控制电压的控制。首先，VT2、VT3 的控制电压为负值，那么VT2、VT3 关断，处于截止状态。VT1、VT4 的的控制电压为正值，那么VT1、VT4 导通，电流流通路径如图3-4 所示。如果忽略晶闸管自身的压降，那么输出电压就等于Uout=EN2/N1.

然后，VT1、VT4 关断，四个功率开关都处于截止状态。

第三个时刻，VT1、VT4 的控制电压为负值，那么VT1、VT4 关断，处于截止状态。VT2、VT3 的的控制电压为正值，那么VT2、VT3 导通，电流流通路径如图3-5 所示。如果忽略晶闸管自身的压降，那么输出电压就等于Uout=-EN2/N1.

最后，VT2、VT3 关断，四个功率开关都处于截止状态。

这就是一个周期内，晶闸管的开关变化情况。按照这种工作方式，则可以获得交变的电压。

3.4 逆变器的设计

逆变器组件的设计根据某地的用户载荷分析，用户的用电载荷平均大概为3.2kW.根据某地全年品均月辐照强度5.4KWh/m?/ 天。总共需要的电池板方阵功率计算公式为：

Wl :负载的消耗功率F :蓄电池放电效率的修正系数(通常取1.05)Tm :峰值日照时数，其值与辐照强度的值基本相同，这里取3.6h:方阵表面由于尘污遮蔽或老化引起的修正系数，通常可取0.9~0.95:方阵组合损失和对最大功率点偏离以及控制器效率的修正系数，通常可取0.9~0.95L :蓄电池的维修保养率(通常取0.8)Ka :包括逆变器等交流回路的损失率(通常取0.7,如逆变器效率高可取0.8)本方案选用230W 的单晶硅电池板，则总共需要8 块，总功率为1.84Kw .

由于当地的用电电压为22OV,所以选择输出电压为22OV的离网逆变器，经过用户用电器统计可知，用户的最大功率约为716W, 考虑到用户负载中有感性负载，在启动过程时有较大的冲击电流，同时考虑系统的临时增加负载的情况，所以逆变器功率应相对选择较大的。在逆变系统中要求系统响应快，可靠性高，保护功能强等。本次设计的逆变电路中蓄电池通过DC/DC 变换最大提供给逆变器400V 的直流电压，所以单个晶闸管所承受的最大耐压也为400V,考虑到电压波动和留一定的余量的关系，最终将晶闸管的最大耐压设定在150% 的输入最大输入电压，那就是600V.

逆变器的额定输出功率为3kW,输出电流的峰值为18A,隔离变压器的变压比为1 :1.考虑到留有一定的余量，每个晶闸管的耐流值设定在30A.然后我们就可以进行选型了。

最后，选择了PM200CLA060 型号的三菱公司出品的IPM模块，其耐压600V,耐流200A,符合我这次设计的光伏发电逆变系统对于模块的要求。

3.5 逆变器支流侧电容的设计

对于分布式光伏发电系统，其直流侧需要增加电容保证直流侧电压稳定，不出现电压突变。那么需要设计出符合以下公式要求的电容。

其中P 为太阳能电池的输出功率，按照此项目每块太阳能电池的输出功率80W±3% 计算，那么40 块太阳能电池组成的阵列，其输出功率可达3.2KW.

f 为电网的频率，取50Hz.

K 为波纹系数，取0.1.

U 为直流母线电压，取400V.

所以，我们只要选用大于1273.89 的电容即可，我选用2200.由于考虑到直流侧电压为400V,那么选择500V/2200的电解电容。

3.6 交流输出滤波电路设计

由单相全桥逆变电路逆变出来的电压不是标准的正弦波，而是直流斩波电压。如下图所示。

为了使得输出的波形更加接近正弦波，以保证负载和电网获得高质量的电能，滤波电路是影响波形输出的一个重要环节。在滤波电路的设计中最重要的就是电感和电容的设计。

其中，由于逆变器的输出为220V/3kVA,那么所以Poutmax=3kVA.Uout=220V.

设定逆变器效率为96%.波纹电流系数为17%.

那么而电容的设计如下：

其中K 为谐振频率/ 基波频率，设定为12.

f 为基波频率，就是50Hz.那么所以根据设计数据，滤波电容选择40,滤波电感选择2mH.

4 总结

光伏分布式发电在日常生活中越来越常见，其中在并网和交流负载的使用过程中，逆变器的设计至关重要，本文通过对于逆变器部分的结构和原理的分析，简述了光伏发电中逆变器设计的总体思路。整个光伏发电系统的正常运行还依靠于各个部分，包括太阳能电池、蓄电池、滤波部分、控制部分、并网控制部分的配合。所以在实际的逆变器设计过程中，要充分考虑到其他部分的配合和影响。