经典方案:光伏并网发电装置的系统实现

来源:元器件交易网发布时间:2015-09-18 11:38:11

一、项目概述

1.1 项目摘要

系统以FPGA为控制核心,由MOSFET管全桥逆变电路以及其IR2110对其驱动、SPWM(正弦脉宽调制)波的生成、电压电流的检测、相位频率跟踪等模块组成。其中SPWM波由在FPGA内部由软件产生的三角波的正弦波经数字比较器比较产生。通过改变正弦波的幅值来调节调制比,调节SPWM波的占空比,从而调节电压来达到功率最大。采用MPPT算法对系统进行功率最大跟踪。此系统还实现系统的欠压和过流保护,同频同相控制。

1.2 项目背景/选题动机

随着当令能源的消耗日益剧增和传统能源的日趋减少,以及使用传统能源所带来的一系列相关问题逐渐增加,如环境污染、温室效应等诸多问题,对于开发新能源的需求越来越大。光伏并网是太阳能利用的发展趋势,光伏发电系统将主要用于调峰电站和屋顶光伏系统。在光伏并网系统中,并网逆变器是核心部分。DC-AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位,同刚获得单位功率因数。

选题动机:目前作为基础设施的电力行业正在努力利用太阳能,为电力的发展注入新的生机与活力。光伏并网发电已经成为时代的潮流和制约太阳能应用的关键技术,本设计主要对光并网发电中的一些技术做了相关研究,本设计主要实现了模拟光伏电源由直流转换为单相交流电源的功能,具有最大功率点跟踪功能和频率相位跟踪功能,另外增加了相关的保护和显示功能。而且太阳能光伏发电市场受到各国政府的重视,国家扶持力度较大, 2011年7月30日中国首座利用太阳能发电的公安消防站投入使用,光伏发电具有较广泛的前景。

二、需求分析

2.1 功能要求

设计并制作一个光伏并网发电模拟装置,其结构框图如图1所示。用直流稳压电源US和电阻RS模拟光伏电池,US=60V,RS=30Ω~36Ω;uREF为模拟电网电压的正弦参考信号,其峰峰值为2V,频率fREF为45Hz~55Hz;T为工频隔离变压器,变比为n2:n1=2:1、n3:n1=1:10,将uF作为输出电流的反馈信号;负载电阻RL=30Ω~36Ω。

 

经典方案:光伏并网发电装置的系统实现0

 

图1 并网发电模拟装置框图

(1)具有最大功率点跟踪(MPPT)功能:RS和RL在给定范围内变化时,使 ,相对偏差的绝对值不大于1%。

(2)具有频率跟踪功能:当fREF在给定范围内变化时,使uF的频率fF=fREF,相对偏差绝对值不大于1%。

(3)实现相位跟踪功能:当fREF在给定范围内变化以及加非阻性负载时,均能保证uF与uREF同相,相位偏差的绝对值≤5°。

2.2 性能标准

(1)当RS=RL=30Ω时,DC-AC变换器的效率 ≥80%。

(2)当RS=RL=30Ω时,输出电压uo的失真度THD≤1%。

(3)具有输入欠压保护功能,动作电压Ud(th)=(25±0.5)V。

(4)具有输出过流保护功能,动作电流Io(th)=(1.5±0.2)A。

(5)过流、欠压故障排除后,装置能自动恢复为正常状态。

(6)当负载温度过高时,系统停止工作。

三、方案设计

3.1 系统功能实现原理

1.最大功率跟踪方案

采经典MPPT算法,对光伏电网的输出电压和电流进行连续采样,寻找P=U*I最大的点,即最大功率点。此方法变化步进由模拟光伏电池输出端的电压变化速率决定,能够快速逼近最大功率点。

2. DC-AC电路方案

我们使用FPGA产生SPWM波信号驱动半桥或全桥DC-AC逆变器,经输出LC滤波后得到逆变信号。此方案中SPWM波的产生是由软件实现的。DC- AC的逆变电路由分立元件搭建的,采用高速功率开关IRF540N及MOS管驱动芯片IR2110搭建电路。通过调节调制比来调节MOS管的通断,从而调节逆变电压的大小。

3.同频同相控制方案的实现

采用边沿触发法和数字反馈调节法进行调整。分别对输入参考信号和反馈信号利用比较器整形之后,对其上升沿进行检测,这个操作由硬件实现得到其频率和相位的差值,在FPGA内部由数字反馈的方式对再对输入信号进行相位调整,这些操作都由软件实现。

4.欠压、过流,温度过高保护电路

通过检测输入电压Ud,输入电流Id和输出电流Io的数值,用ADC0809转化为数字信号反馈到FPGA控制系统中,FPGA控制继电器的通断来实现欠压和过流保护。通过温度传感器对负载温度进行测量,当温度过高时控制继电器断开。

 

经典方案:光伏并网发电装置的系统实现1

 

系统硬件结构框图

5.单相全桥逆变电路及其驱动电路

采用IR2110为半桥驱动芯片,只需连接自举电容,利用内部自举电路即可实现对桥路的驱动,对于全桥电路只需将两片IR2110驱动各自的半桥即可。

6.电压电流的测量

输入电流的测量通过测量串入回路的小电阻的两端的电压,再由AD620放大100倍,再进行A/D转换再让FPGA计算出当时所检测到的电流大小,并显示;


7. 输出端电流Io为交流,先同测输入端电流方法一样放大100倍后,再由AD637转为直流电压再同(2)中计算并显示。

3.2 硬件资源配置

放大器使用AD620,有效值转换使用AD637,A/D转换使用ADC0809,最小系统使用FPGA,驱动芯片使用IR2110,MOS管使用IR540,温度传感器使用ST公司赠予的STeval-MKI062V2开发套件中的温度传感器,以及一些元器件

3.3系统软件架构

三角波的生成:计数器从0000000000增到1111111111,再从1111111111减到0000000000,则可以得到一个10位的三角波。

正弦波生成:用MATLAB生成一个十位的mif文件,再把这1024个点产生1024个地址,把地址存入ROM中,读出采样数据即可得到所要正弦波。

SPWM波生成结构框图:

 

经典方案:光伏并网发电装置的系统实现2

 

软件架构图

SPWM波是由三角波与正弦波进行比较,正弦波幅值大于三角波的幅值时,输出高电平,反之输出低电平。

3.4 系统软件流程

FPGA通过检测ADC0809上读回来的的输入电压电流,和输出电流,首先对这几个值进行转换,比如电流值要通过计算得到,然后再比较是否欠压和过流,如果欠压或者过流了控制继电器断开,0.5s之后再一次检测,如果没有欠压或者过流就直接进行最大功率跟踪,然后在液晶显示屏上显示出输入电压电流,输出电流以及输入功率。

 

经典方案:光伏并网发电装置的系统实现3

 

程序运行流程图

责任编辑:xiaoxue
索比光伏网&碳索光伏版权声明:

本站标注来源为“索比光伏网”、“碳索光伏"、"索比咨询”的内容,均属www.solarbe.com合法享有版权或已获授权的内容。未经书面许可,任何单位或个人不得以转载、复制、传播等方式使用。

经授权使用者,请严格在授权范围内使用,并在显著位置标注来源,未经允许不得修改内容。违规者将依据《著作权法》追究法律责任,本站保留进一步追偿权利。谢谢支持与配合!

推荐新闻
双强标倒逼光伏材料无卤化:无卤阻燃剂厂家兴秀成的组件周边阻燃解决方案来源:咸宁新闻 发布时间:2026-09-23 17:42:51

本文介绍了2026—2027年光伏行业阻燃标准升级背景下,无卤阻燃材料的迫切需求与技术应对路径。工信部《光伏组件安全要求》强制性国标与新版GB 8624-2025标准同步实施,首次将光伏组件纳入建筑材料燃烧性能分级体系,明确要求接线盒、连接器、复合边框、线缆等外部聚合物部件必须满足V-1及以上阻燃等级,并通过“燃烧性能+产烟+滴落+烟气毒性”四维评价,无卤化由此成为合规底线。文章系统梳理了四大核心痛点:V-1达标与卤系禁用冲突、1500V系统对CTI≥500V的高压绝缘要求、25年户外服役下的耐候与抗析出挑战、BIPV场景的低烟无毒刚性约束。在此基础上,兴秀成公司依托磷氮系无卤阻燃技术,为四大光伏周边场景提供定制化解决方案,覆盖高CTI接线盒、耐候型连接器、V-0级复合边框及低烟无卤线缆,并已通过改性塑料企业进入宁德时代、比亚迪等头部供应链。全文聚焦政策驱动下的材料迭代逻辑与产业化落地路径。(198字)

违规更换逆变器引发火灾,北京大兴两名作业人员被行政拘留十日来源:新京报 发布时间:2026-09-22 09:06:03

近日,北京大兴区中鼎路一公司楼顶光伏系统在维修过程中发生火灾,过火面积达100平方米,所幸无人员伤亡。经调查,维修人员任某某指使苏某某违反设备操作规程,在未取得特种作业资质的情况下擅自更换并检测逆变器,导致设备故障起火。二人因过失引发火灾,依据《中华人民共和国消防法》第六十四条第二项,被公安机关依法处以行政拘留十日。大兴区消防救援局强调,此类事故并非单纯意外,行为人须承担相应法律责任;相关法律明确区分了过失引发火灾的行政处罚与刑事追责标准。事件警示各类经营主体须严格落实消防安全主体责任,杜绝违规操作与管理疏漏。(198字)

《深圳市分布式光伏发电系统碳普惠方法学(2026修订版)》印发来源:深圳市生态环境局 发布时间:2026-09-22 09:04:30

深圳市生态环境局于9月21日印发《深圳市分布式光伏发电系统碳普惠方法学(2026修订版)》,正式替代此前的试行版。该方法学适用于在深圳碳普惠机制下,对装机容量不超过1MW的分布式光伏发电项目所产生温室气体减排量进行科学核算与核证。文件明确了项目准入条件:须为非重点排放单位管辖范围内的独立项目,符合国家及地方关于分布式光伏建设、并网及运行的法律法规与技术标准,并以并网验收文件作为装机容量认定依据。此外,同一申报主体可合并申报多个项目,但其核算周期内年均减排总量不得超过2万吨二氧化碳当量。此举旨在规范小微光伏项目的碳减排价值认定,完善本地碳普惠制度体系。

苏美达能源墩头50兆瓦光伏发电项目顺利并网发电来源:苏美达能源 发布时间:2026-09-17 10:00:59

苏美达能源海安墩头50兆瓦“渔光互补”光伏项目于9月15日成功并网,年发电6600万度。项目创新应用柔性支架技术,提升水面养殖空间,实现“板上发电、板下养鱼”双收益。高标准建设、多方协同保障质量与进度,彰显绿色低碳实践成果。

安徽怀远县关于做好分布式光伏发电项目清理的通知来源:怀远县发展和改革委员会 发布时间:2026-09-17 09:17:42

怀远县为落实蚌埠市发改委关于规范分布式光伏发电项目管理的要求,启动全县光伏项目清理工作。本次清理聚焦两类异常项目:一是15户超容发电项目,即实际发电功率持续超过备案容量;二是70户长期停运项目,指连续6个月未发电或设施已拆除的项目。清理流程由县供电公司每月初开展现场核查,形成清单并报县发改委;对拒不整改的超容项目及确认无法恢复运行的停运项目,供电公司依规办理销户,并提前告知项目单位,同步通过官网、本地媒体及发改部门渠道公示;清理完成后,县发改委将撤销相关备案信息。通知自发布之日起施行。

花2万装光伏9年农户觉得不划算 警惕销售夸大承诺来源:中华网 发布时间:2026-09-10 14:52:37

本文聚焦农村户用光伏安装中普遍存在的销售误导问题,指出部分农户花2万元安装后实际发电量远低于销售人员承诺的“年发5500–8800度”,导致回本周期延长至9年甚至更长。文章剖析了夸大宣传的常见套路,如虚报等效利用小时数、忽略系统效率(通常仅0.75–0.85)、以次充好设备、偷换“全额上网”与“自发自用”模式,以及诱导签订含光伏贷或租屋顶的隐性债务合同。文中提供科学测算方法:年发电量=装机容量×当地年等效利用小时数×系统效率,并结合华北等地典型数据说明合理收益区间(如10kW系统年收益约5390元,回本6.5–8年)。最后强调农户应自主核查光照数据、明确用电模式、审慎审核合同条款,警惕“两三年回本”“每天固定发电”等不实承诺。

云南墨江龙坝光伏发电项目并网发电来源:水电十四局 发布时间:2026-09-10 14:23:01

云南墨江龙坝光伏发电项目近日正式并网发电,由水电十四局承建,位于墨江哈尼族自治县龙坝镇打东村茶园山坡地带。项目额定容量98.88兆瓦,占地146.4公顷,建成35个光伏方阵、17.8千米35千伏集电线路,安装逆变器309台、箱变35台,并接入新建的220千伏龙坝光伏电站35千伏侧。项目因地制宜采用“茶光互补”模式,在山坡茶园上方布设光伏设施,实现清洁能源生产与茶叶种植协同发展。建设中克服雨季施工、山地作业等困难,统筹安全、质量与进度,顺利完成土建、设备安装及系统调试。投运后将稳定输出清洁电力,支撑普洱市新型电力系统建设,助力云南省“双碳”目标实现。(199字)

阳光电源SG465HX组串逆变器:破解海上光伏四大痛点的系统级解决方案来源:阳光电源 发布时间:2026-09-10 11:52:24

文章介绍了阳光电源推出的全球首款400kW+组串式逆变器SG465HX,聚焦其作为海上光伏系统级解决方案的核心价值。面对海上光伏在环境腐蚀、安全风险、低收益和运维困难四大痛点,该产品通过IP66防护与C5-H防腐设计提升耐候性;采用机械/电子开关冗余保护、全工况防雷及MPPT级绝缘检测强化直流侧安全;依托465kW高功率密度、5MW+大子阵设计及效率提升(最大效率99.11%,中国效率98.58%),实现系统级降本每瓦2分、LCOE降低1.5%;并集成AI智能IV诊断、风道自清洁、微秒级故障录波等技术,显著提升远程运维效率与弱电网适应能力。产品已通过多场景验证并实现规模化应用。(199字)

浙江温州市公开征求光伏发电高质量发展三年行动方案来源:温州市发展和改革委员会 发布时间:2026-09-08 14:36:24

温州市发改委近日发布《光伏发电高质量发展三年行动方案(2026–2028年)(征求意见稿)》,旨在加快构建“清洁低碳、安全可靠、高效节能”的新型能源体系。方案坚持集中式与分布式并重、陆上与海上协同、源网协调与技术示范并举,提出到2028年全市新增光伏装机超240万千瓦的目标。其中,集中式光伏新增135万千瓦(含海上光伏48万千瓦),分布式光伏覆盖工业、建筑、农业、交通及公共机构五大领域,分别设定55万、15万、15万、10万和10万千瓦装机目标。方案还强调拓展绿电直连、整县推进、设备更新与组件综合利用等新模式,强化电网消纳能力、技术创新和全过程质量监管,以系统性举措支撑温州绿色低碳转型。(199字)

云南昭通:梭山光伏发电项目奏响清洁能源转型的新乐章来源:中国日报网 发布时间:2026-09-08 14:33:12

云南昭通梭山光伏发电项目是中国能建西南院投资建设的典型山地光伏工程,位于牛栏江畔溶蚀侵蚀高山峡谷地貌区。项目克服地形破碎、坡度陡峭(局部达50度)、运输困难等挑战,仅用13个月完成全容量并网,配套89.28公里送出线路3个月内建成投运。项目采用“固定+柔性”支架混合布置与预应力索网技术,提升土地利用率10%以上;依托无人机航测、三维建模与数字孪生运维系统,实现精准设计与高效管理。建设期间吸纳近半本地劳动力,带动道路升级与产业链发展,年发电4亿度,相当于节约标煤13.02万吨、减排二氧化碳35.33万吨,并预留储能场地,构建“源网荷储”协同的绿色能源新格局。(199字)

深圳“虚拟电厂小镇”光伏发电实现“四可”并网来源:新华网 发布时间:2026-09-08 08:48:53

深圳“虚拟电厂小镇”二期光伏发电项目于近日完成“可观、可测、可调、可控”全功能联调验收并正式并网,成为深圳市首个通过虚拟电厂聚合实现光伏“四可”能力的示范工程。该项目覆盖10栋厂房及宿舍,装机容量1.7兆瓦,依托数字化技术前置调试,实现设备“即插即用”,大幅降低改造成本与实施周期。面对深圳分布式光伏装机已达147万千瓦但调控难、消纳难的现实挑战,该模式使用户侧资源可实时响应电网调度,在南方电网深圳供电局调度大厅即可实现远程监测与精准控制。项目还支持参与电力现货交易、无功调配等市场化场景,提升光伏资产收益,并探索城中村集体经济绿色转型路径。