利用C2000 MCU实施并网微型太阳能逆变器

时间:2022-03-17作者:佚名

本文将为您介绍如何利用一个TMS320F2802设计一种低成本、高性能的微型太阳能逆变器。另外,文章还将讨论如何使用交叉式有源钳位反激和SCR全桥实现一个220W输出的微型太阳能逆变器,并介绍完整的系统固件架构和控制方法。最后,文章还会为您展示实验室波形。

1 概述

1.1 太阳能逆变器介绍

材料、能源和信息是人类生存和发展的三大要素。能源利用的每一次新发现,都会极大改变和促进现代文明的发展:

l 蒸汽机的发明让我们进入机器时代。

l 电的发明让我们进入电气时代。

l 半导体晶体管的发明让我们进入信息时代。

当前可再生能源的发展和利用将引发第四次工业革命;在所有可再生能源利用方法中,光伏发电是整个可再生能源发展的关键组成部分。根据世界能源组织预测,随着传统能源(例如:煤炭、石油等)逐渐枯竭,可再生能源将成为人类的主要能源。图1显示了世界能源的发展趋势。

图 1 世界能源发展趋势

各国政府都对可再生能源的发展投以极大关注。2007年,中国政府称“可再生能源可满足国家长期发展规划的需求”,而在2008年,中国政府便发布了可再生能源第11个五年发展计划。根据该计划要求,中国2010年的光伏发电装机容量需达到2,500亿瓦;据估计,到2020年,中国光伏发电装机容量将达到50,000亿瓦,其中并网光伏发电占75%。

太阳能光伏发电的主要优点包括:

l 太阳能很丰富,无穷无尽。

l 生产PV板的材料分布广泛,并储备丰富。

l 系统结构简单,转换效率高。

l 无污染,并且可循环利用。

l 光伏电池寿命长,维护成本低。

太阳能光伏发电的缺点包括:

l 功率密度低,占用面积大。

l 发电受限于自然条件,没有太阳就无法发电。

l 单位生产成本高。

1.2 光伏发电系统分类

根据应用环境,光伏发电系统可分为非入网太阳能逆变器系统和入网太阳能逆变系统。

非入网太阳能逆变器系统主要用于独立组建的光伏发电系统,适用于家庭、农村、岛屿、偏远地区、城市照明以及电源系统的通信、测试与应用。图2为一个系统结构图,其描述了太阳能板组件、太阳能逆变单元、储能单元、电负载等主要组成部分。

图 2 非入网太阳能逆变器系统

入网太阳能逆变器系统主要用于同传统电网连接,太阳能逆变器把来自PV板的电能连接传统电网,其主要组成为太阳能板、太阳能逆变器、智能双向电量计、家庭用电负载和传统电网等(参见图3)

图 3 入网太阳能逆变器系统

1.3 PV板电气特性

太阳能逆变器功率输出变化几乎与阳光直接相关,但是电流减少的速度远快于光照水平下降的速度。在极低光照水平下PV板一般会产生16V的电压,但是电流却极少。

另外,随着PV板温度升高,电压输出下降,反之亦然。输出曲线随光照条件、温度等而变化,如图4所示。

太阳能逆变器必须工作在MPP下,以获得来自PV板的最大电能。这是通过最大功率点控制环路(最大功率点追踪器,MPPT)来实现的。

图4 PV板电气特性

1.4 太阳能逆变器拓扑改变

随着照度的变化,PV板的输出电压范围为20到45伏,因此如果入网应用需要更高的输出电压,则通常会考虑并串联PV板以获得高输入电压,并使用一个逆变器来实现电能转换。这种拓扑结构被称作“中央逆变器”,如图5(a)所示;它的主要特点是:

l 10到250kw,3相,数个并联串

l 转换器效率高,成本低,可靠性低

l 非最佳MPPT

l 通常用于发电厂

图 5 中央与串型拓扑

另一种应用是在所有串分支把PV板串联以实现能量转换。使用一个MPPT模块,用于获得PV板的最大电能。这种拓扑被称作“串型逆变器”,如图5(b)所示;它的主要特点是:

l 1到10kw,典型的住宅型应用。

l 每个串分支都有其自己的逆变器,用于实现更佳的MPPT。

l 各串可以有不同的方向。

l 三相逆变器,用于5km以上输出功率。

尽管这种串型逆变器可以获得更的电能收集效率,但是当一个串联PV板被阴影遮挡时,该串分支的电能收集也随之下降,如图6(a)所示。如果放置一个MPPT模块来收集所有PV板的电能,则可解决这个问题。这种拓扑被称作“微型逆变器”,如图7所示。

图 6 阴影对电能收集的影响情况

图 7 微型逆变器拓扑

很明显,就微型逆变器而言,“分布式MPPT”架构增加了每PV板成本;但是,通过回收下列效率损失可将效率提高5%到25%:

l PV板错配损耗(3%到5%)

l 部分阴影损耗(5%到25%)

l 简单的系统设计,更宽松的故障容限(0%到15%)

l 次优MPPT损耗(3%到10%)

l 另外,增加安全性和建筑面积(屋顶)利用

相关阅读

园林景观照明如何设计才能更亲民?

园林是人们放松身心、亲近自然、陶冶情操的地方。园林景观照明设计不是一般意义上的照明。园林元素(水景、树木、园林道路、雕塑等)应根据园林的性质和特点进行规划和精心设...
2022-08-24
园林景观照明如何设计才能更亲民?

隧道照明设计要严格考虑以下三个点

近年来,随着我国交通运输业的快速发展,高速公路、铁路的通车里程不断增加,隧道交通也迅速发展。有铁路穿山而过,有公路隧道,河流、湖泊和海洋有水下隧道。为了有一个更安...
2022-09-06
隧道照明设计要严格考虑以下三个点

城市夜景灯光设计的作用

城市夜景灯光照明的作用主要是为人们创造幽雅舒适的夜间环境,起到安全与警戒的作用。采用一定的照明手法使环境空间呈现出迷人的景色,通过装饰、点缀显示繁华,引导游客,美...
2022-07-15

LED夜景灯光照明提高建筑艺术性

LED照明比白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯使用寿命长,抗震等级效果非常的好,耗能更低,而出类拔萃。工程建筑应用 LED夜景灯光照明 更为翠绿色与环保节能。 1、LED夜景照明的功效...
2022-09-02
LED夜景灯光照明提高建筑艺术性

园林、城市中的石拱桥、景观桥照明

这类桥是桥墩和桥身自然地连接为一体,而且体量不是特别大,所以采用 泛光照明 时,一般是将桥身侧面和桥墩侧面一并照亮,通过将泛光灯具设置在河两岸靠近桥墩处,与桥身侧面...
2022-07-15

热销商品

拷边机 包缝机内六角上针匙 开刀 上针内6角螺丝刀扳手 1.5 1.6

拷边机(包缝机)专用内六角上针匙及开刀工具,适用于精确调整机针位置与维护设备。配备1.5mm与1.6mm两种规格的内六角螺丝刀扳手,专为紧固或拆卸上针螺丝设计,确保机针安...
1.65

暗装开关插座面板单开双控一开五孔二三极USB快充肤感超薄家用4开

暗装开关插座面板,简约设计,完美融入家居环境。单开双控,轻松实现远程控制,方便实用。一开五孔,满足多种电器插孔需求;二三极USB快充,快速充电,高效便捷。超薄设计,节省空...
1.2

鸿雁开关插座面板旗舰店家用暗装墙壁86型一开带五孔多孔X86-1

鸿雁开关插座面板旗舰店推出的家用暗装墙壁86型一开带五孔多孔X86-1,是一款设计精良、功能齐全的家居电气产品。该产品采用86型标准面板尺寸,安装方便,适用于各种暗...
4.71

不锈钢加厚镊子维修工具夹子圆头弯头防滑带齿止血烧烤夹茶杯水草

不锈钢加厚镊子维修工具夹子圆头弯头防滑带齿止血烧烤夹茶杯水草 这款不锈钢加厚镊子维修工具夹子是设计用于各种专业场合的多功能工具。它拥有一个厚实的手柄,确...
0.8

三色变光led筒灯2.5寸3W5瓦开孔6 7.5 8公分家用客厅嵌入式天花灯

三色变光LED筒灯,2.5寸精巧设计,功率可选3W/5W,适用于开孔直径6.7–8公分的家用嵌入式安装。采用高亮LED光源,支持暖光、自然光、白光三色切换,满足不同场景氛围需求。...
7.2

网站栏目