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永昌电力设备

一种大功率光伏模拟的设计

时间:2018-4-21 15:43:48 点击量:181
一种大功率光伏模拟的设计

摘要:本文提出了一种大功率光伏模拟的设计方法,可以为500kW及以下功率等级的光伏逆变器提供模拟光伏特性的。该由万能断路器、云南变压器、整流电路、BUCK降压电路组成。其中云南变压器采用3绕组且每个绕组的相序差15°,以减小注入电网的电流谐波。整流电路采用3组二极管全桥整流桥串联,电压可达1000 V以上。BUCK降压电路采用3桥臂并联结构,每相桥臂上管轮流导通,以减小电压纹波。采样电压和电流在FPGA中计算平均值,采用DSP作为主控制器,计算PV曲线并对电流做PI调节。试验结果表明,所述光伏模拟能够较好地模拟光伏电池特性曲线,适用于500kW光伏逆变器的MPPT功能测试。

引言

  太阳能是化石能源的主要替代能源之一,且清洁无污染、资源丰富。太阳能发电是直接将太阳的光能转变成电能,这是有效利用太阳能的方主要形式。太阳能发电系统分为离网发电系统、并网发电系统及分布式发电系统。其中并网和分布式发电功率都已经向大功率发展,一般都几百千瓦到几十兆瓦,甚至达到上百兆瓦。此系统使用的光伏阵列也经过多级串并联,同时所使用光伏逆变器功率等级也提高到了100kW~1MW。这就要求大功率的模拟光伏来模拟串并联后光伏阵列,达到所需要的功率等级。给光伏逆变器提供供电,同时具有光伏电池的特性,完成对光伏逆变器性能的测试。

  本文介绍了一种大功率光伏模拟,来实现对光伏阵列MPPT功能的模拟。

1 光伏电池工作原理

  光伏电池实际上就是一个大面积二极管,其等效的实际电路模型如图1。

  图中RL为外接负载电阻,UL为负载电压(即光伏电池的电压),IL为负载电流(即光伏电池电流)。

  Isc代表光子在光伏电池中激发的电流,这个量取决于辐照度、电池的面积和本体的温度。

  IVD(二极管电流)为通过P-N结的总扩散电流。

  Rs和Rsh为光伏电池固有电阻,Rs为串联电阻,Rsh为旁路电阻。

  根据图1,可以得出负载电流IL

(1)

(2)

  因为串联的R很小、并联的Rsh很大,所以进行理想电路计算时,可以忽略不计,因此理想的光伏电池特性为

(3)

  由公式(3)可以得出光伏电池的U-I特性曲线,如图2所示。此曲线为光伏电池的外特性即特性,这是光伏发电系统设计的重要基础。

  可以根据U-I特性曲线绘制出功率和电压P-U曲线,如图3所示,以便于精确的确定******功率点。

2 系统功能设计

2.1 硬件电路设计

  大功率光伏模拟由万能断路器Q1、云南变压器T1、整流电路和BUCK降压电路组成,如图4所示。

  其中云南变压器为多抽头输入、3绕组800kVA裂解云南变压器,输入抽头可以选接420Vac、400Vac、380Vac;3个绕组第一个绕组与第二个绕组相序相差15°,第二个绕组与第三个绕组相序相差15°,3个绕组额定电压都为270Vac。采用该种云南变压器主要是为了减小整流电路对电网谐波的影响。

  整流电路采取二极管半桥整流,本系统采用3个整流电路串联结构,用来将整流电压提高3倍。图4中的V1、V2、V3为整流电路。

  每个整流电路由3个熔断器、3个整流模块和滤波电容组成,如图5所示。

  本系统整流最大电压

(4)

  其中K为云南变压器变比,Uin为云南变压器输入电压。

  当云南变压器在额定电压工作时,URmax=1145Vdc。

  BUCK降压斩波电路由3组IGBT模块(每个IGBT模块由2个IGBT和2个反向二极管组成上下管)和3个电抗器组成。IGBT功率模块G1和电抗器L1构成一组降压电路,同样IGBT功率模块G2和电抗器L2、IGBT功率模块G3和电抗器L3构成另外两组降压电路。3组降压电路最终并联到同一母排上,经过电容滤波后完成并联。

本文来源于中国科技核心期刊《产品世界》2016年第3期第35页,欢迎您写论文时引用,并注明出处。



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