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排列3 www.jeimw.cn DC-DC 直流变换电路的设计

DC-DC 直流变换电路 光伏阵列的最大输出功率会随着外界环境变化(如光照强度、温度等)而发生变化, 通过直流变换电路,调节输出电压,使其输出的电压在最大输出功率点的电压附近,这 样就能使光伏发电系统工作在最大功率点上。通常采用直流斩波电路来完成,斩波器电 路分为降压型变换器(Buck 电路)和升压型变换器(Boost 电路)。 3.2.1 Buck 电路 Buck 变换电路是一种降压变换器,Buck 电路也是一种非隔离型变换器如图 3.8 所 示。

在开关管导通的期间,直流电压 s U 直接输出至负载,则负载两端的电压 os U U, 输出电流 os I I,二极管两端电压为反向电压而截止。在开关管关断期间,二极管两端 电压为正,则二极管导通,此时输出电压 0 o U 。在一个周期 T,可以计算输出电压 o U 的平均值: 从仿真图形可以看出,Buck 电路的输出电流在 7.05A 左右,输出电压在 14.5A 左 右,输出功率在 100.5W,因此电容、电感和电阻等器件的参数符合系统要求。 3.2.3 Boost 电路 Boost 变换电路又称为升压变换器,由于光伏阵列的输出电压 S U 小于变换器产生的 输出电压 O U 。Boost 变换电路结构图如图 3.11 所示。

Boost 电路模型的参数设置,Pulse Generator 的模型:Period (secs)设置为 0.00005, Pulse Width 为 38%;DC Voltage Source 中的 Amplitude 设置为 29.8V,Mosfet 管与 Diode 二极管忽略相关的损耗,即采用默认值。 Boost 电路仿真图形如图 3.13 所示分别是:输入电流(a)、输出电流(b)及输出电 压(c)。根据仿真图形,该电路的输入电流为 8.3A 左右;输出电流在 4.89A 左右;输 出电压在 49.8V 左右。达到升压电路的输出要求,表明其电感、电容的参数符合系统要 求。

3.3 光伏逆变电路 光伏逆变器是将光伏发电系统和蓄电池输出的直流电转换为负载所需要的交流电 的设备。逆变器除了具有将直流转换为交流的功能外,还能保证输出一个电压稳定的交 流电。光伏逆变器按输出的波形可分为三类:方波逆变器、阶梯波逆变器及正弦波逆变 器 [26][39] 。 (1)方波逆变器 该逆变器的输出波形为方波。方波逆变器的线路简单且易实现,但是其输出的谐波 分量大,会造成大的损耗,并且也会影响光伏发电系统中的通信系统。一般用于对谐波 要求不高的系统。 (2)阶梯波逆变器 该装置输出电压波形为阶梯波形。其输出的电压波形接近正弦波且产生的谐波分量 少,引起的损耗减少,但是对光伏阵列和蓄电池组要进行分组,达到逆变器需要的直流 电源 [26] 。在实际设计中会增大工程难度。 (3)正弦波 PWM 逆变器

其输出电压波形是正弦波,并且输出波形中的谐波成分很少。正弦波逆变器,一般 成本较高,但是可以用于各种负载 ,从长远看,正弦波逆变器将成为发展主流。 3.4 汇流箱及交流低压柜 在光伏发电系统中,为了减少光伏组件阵列与逆变器之间的连线,降低用户成本 和方便现场施工安装,一般采用光伏防雷汇流箱。 通过汇流箱,用户可以将相同规格的光伏组件串联起来,组成一个个光伏串阵列, 然后再将若干个光伏串阵列并联接入光伏汇流箱,在光伏汇流箱内汇流后输出,与逆 变设备配套使用 [40] 。适用于高海拔、高温、高寒等恶劣环境,长期连续、可靠运行。其 光伏防雷汇流箱的电气拓扑结构如图 3.14 所示。 交流低压柜主要是给用户提供配电接口,该低压柜含多路配电断路器、防雷器,三 相四线多功能电力仪表、用户接口及交流电压电流表等装置。适用于高海拔、高温、高 寒等恶劣环境,长期连续、可靠运行。其交流低压柜的电气拓扑如图 3.15 所示。路完成蓄电池储能 DC/DC 变换,实现升压变换,为第五章的最大功率点的跟踪奠定基 ??;最后,从输出波形考虑,如电能损耗、稳定性及谐波成分等,选取正弦波逆变器完 成 DC/AC 的变换,根据系统的要求选择汇流箱和交流低压柜。

 
     
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