7.6KW裂相并网逆变器系统设计

只看该作者 · 2025-5-15 17:36

本帖最后由电笔小新于 2025-5-20 14:00 编辑

1. 设计需求分析
->功率等级：7.6kW，适用于北美家用并网系统。
->输入电压范围：根据光伏组件的配置，通常在200V-550V DC之间。
->输出电压：裂相输出双相120V AC，频率50Hz。
->并网要求：符合电网标准，具备低谐波失真（THD<5%）。
2. 拓扑结构选择
2路Boost+T型桥：
太阳能2路MPPT输入，每路最大MPPT输入电流20A，每路MPPT支持两路太阳能组串并联，这样设计能够更好的匹配用户太阳板的不同接入方案。
两路T型桥，每路T型桥臂对电感的充放电都是通过自身桥臂的4个管子配合完成，每路T型桥臂都是一路完整独立的输出，跟其他桥臂没有任何耦合，所以非常适合用来做裂相逆变器的拓扑；

3. 控制策略
->MPPT（最大功率点跟踪）：两路MPPT分别采用固定电压扰动法和电导增量法，实现太阳能最大功率跟踪。
->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 ->固定电压扰动法
先给定电压Uref=Uo，然后计算光伏面板的功率P1；接着给定电压Uref=Uo+△U，然后计算光伏面板的功率P2；接着给定电压Uref=Uo-△U，然后计算光伏面板的功率P3；通过比较P1、P2、P3，找出最大的功率点，然后将给定值Uref=Upmax；如此反复循环最终就能找到了光伏面板的最大功率点；程序代码如下：

B ->电导增量法
先给定电压U1，得到I1、P1；然后U1-△U，得到I1'、P1',从而可以得到在U1-△U处的功率斜率x1；然后U1+△U，得到I1''、P1'',从而可以得到在U1+△U处的功率斜率x2；通过对比X1和X2，找到斜率更小的点对应的电压Uxmin；然后将U1=Uxmin；如此反复循环最终就能找到了光伏面板的最大功率；程序代码如下：

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：

SOGI算法如下：

使用PSIM仿真软件搭建SOGI算法如下：

仿真波形：

B->逆变控制算法
逆变控制算法尝试用单相H4逆变器的控制架构：

使用PSIM仿真软件搭建逆变拓扑如下：

仿真波形可以看到虽然逆变母线稳定在给定的400V，但是逆变并网的电流明显畸变；

C->逆变控制算法优化
针对上面逆变仿真进行分析：T型逆变拓扑是有正负母线的，直接引用正常H4逆变控制算法，无法保证正负母线平衡，导致了逆变电流的异常畸变。如果在控制环路中在增加正负母线平衡控制，是不是就能解决上述电流畸变问题？控制架构增加正负母线平衡环如下:

使用PSIM仿真软件搭建逆变拓扑如下：

仿真波形可以看到逆变母线稳定在给定的400V，正负母线能保持平衡，逆变并网电流正常不畸变。

6.两路MPPT+T型裂相逆变系统仿真
上面已经单独实现了MPPT和逆变并网功能，只要将MPPT输出接到逆变系统的Vbus输入即可实现完整的7.6KW裂相光伏并网逆变器：

仿真波形：

7.总结
本文先从7.6KW光伏并网逆变器拓扑选择讲起，然后使用两种MPPT算法（定电压扰动法和电导增量法）实现太阳能最大功率跟踪，接着尝试用H4逆变控制算法通过稳定母线电压直接去驱动T型逆变拓扑，发现正负母线不平衡导致并网电流畸变；针对问题深入分析，提出了加入母线平衡环算法控制正负母线平衡，实现逆变的正常并网输出；最后通过将MPPT和T型裂相逆变系统串联起来，实现延绵不断的将太阳能输送到电网，整体实现了7.6KW光伏并网逆变器的最基本功能。
后续优化方向，可以尝试在逆变电压环加入掐波器优化逆变电流谐波，可以尝试使用PR控制算法优化逆变输出，等等逆变器性能优化的功能。