光伏并網(wǎng)逆變器輸入反接保護(hù)設(shè)計(jì)

光伏并網(wǎng)逆變器輸入反接保護(hù)設(shè)計(jì)岳艷;王志鵬【摘要】設(shè)計(jì)了一種光伏并網(wǎng)逆變器的輸入反接保護(hù)電路，輔助電源由光伏電池經(jīng)整流橋供電，繼電器的常開開關(guān)串聯(lián)在光伏電池與電解電容之間，防反二極管與限流電阻串聯(lián)后與繼電器的常開開關(guān)并聯(lián)，通過檢測電解電容兩端的電壓變化判斷是否接反。該反接保護(hù)電路安全可靠、損耗小，且具有告警功能。%Aphotovoltaicgridconnectedinverterwiththefunctionofinputreverseconnectionprotectionisdesigned.Theauxiliarypowersupplyispoweredbyphotovoltaiccellsthroughtherectifierbridge.Thenormallyopenswitchoftherelayinparallelwiththediodeandtheresistorisconnectedinseriesbetweenthephotovoltaicbatteryandelectrolyticcapacitor.Thevoltageofthephotovoltaiccellsisdetectedusingthevoltagesamplingcircuit.Accordingtothevoltagechangeofthephotovoltaicbattery,wecanjudgewhethertheinputvoltageisreverseornot.Thisreverseconnectionprotectioncircuitwiththefunctionofalarmissafe,reliableandlowloss.【期刊名稱】《電子設(shè)計(jì)工程》【年(卷)，期】2015(000)015【總頁數(shù)】3頁(P42-43,46)【關(guān)鍵詞】反接保護(hù);繼電器;并網(wǎng)逆變器;整流橋【作者】岳艷;王志鵬【作者單位】大盛微電科技股份有限公司河南許昌461000；許繼電氣股份有限公司河南許昌461000【正文語種】中文【中圖分類】TN86根據(jù)直流側(cè)濾波結(jié)構(gòu)的形式，逆變器可分為電壓源和電流源兩種類型。電壓源型逆變器直流端并聯(lián)大電解電容，它既能抑制直流電壓紋波，減小直流電源內(nèi)阻，使直流側(cè)近似為恒壓源，也能為來自交流側(cè)無功電流的流傳提供通路；電流源型逆變器直流側(cè)串聯(lián)一個(gè)大電感，來抑制直流電流的紋波，使直流側(cè)近似為恒流源，但是大電感的存在將導(dǎo)致系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)變差。目前，光伏并網(wǎng)逆變器大部分采用電壓源型逆變器。大多數(shù)電壓源型光伏并網(wǎng)逆變器［1-6］沒有輸入反接保護(hù)功能，當(dāng)極性接反時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電解電容損壞，甚至爆漿，還有可能造成逆變電路元件的損壞，造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。有的電壓源型光伏并網(wǎng)逆變器采用直接串聯(lián)二極管的方式進(jìn)行反接保護(hù)，雖然此方法簡單可靠，但是二極管的正向?qū)▔航当容^大，不僅使逆變效率降低，而且電流越大發(fā)熱越嚴(yán)重，需要加裝散熱片也就越大，從而占用更多的系統(tǒng)空間，導(dǎo)致系統(tǒng)體積變大。針對(duì)上述缺憾，本文設(shè)計(jì)一種光伏并網(wǎng)逆變器的輸入反接保護(hù)電路，在不降低逆變效率的前提下，實(shí)現(xiàn)防反接控制，并能反接告警。1電路原理圖1所示，輔助電源由光伏電池經(jīng)整流橋Z1供電，無論光伏電池是否接反，輔助電源都能正常工作，為采樣電路和控制電路提供電源，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。繼電器J1的常開開關(guān)K1串聯(lián)在光伏電池與電解電容C1之間，防反二極管D1與限流電阻R1串聯(lián)后與繼電器J1的常開開關(guān)K1并聯(lián)?？刂齐娐吠ㄟ^電壓采樣電路對(duì)電解電容C1兩端的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，通過判斷電解電容C1兩端的電壓變化，控制電路控制繼電器J1是否閉合開關(guān)K1。光伏電池連接后，當(dāng)光伏電池的電壓滿足輔助電源的工作電壓時(shí)，輔助電源為采樣電路和控制電路提供電源。如果檢測到電解電容C1兩端的電壓始終為零，說明光伏電池接反，不能進(jìn)行逆變控制，驅(qū)動(dòng)告警電路提示光伏電池接反，以便及時(shí)糾正錯(cuò)誤連接。盡管光伏電池輸入極性接反，由于防反二極管D1的反向漏電流只有數(shù)十微安大小，不會(huì)對(duì)電解電容C1造成損壞，起到反向隔離作用。光伏電池正確連接后，通過防反二極管D1和限流電阻R1，對(duì)電解電容C1充電。電阻R1起到限流作用，在電解電容C1的充電過程中對(duì)充電電流加以限制。然而，如果去掉限流電阻R1，由于電解電容C1存在等效串聯(lián)電阻ESR，在電解電容C1充電期間，ESR上將產(chǎn)生CU2的損耗（其中C為電解電容C1容值，U為光伏電池的輸入電壓），這樣會(huì)造成電解電本設(shè)計(jì)光伏并網(wǎng)逆變器的輸入反接保護(hù)電路原理圖如容C1發(fā)熱，并且有非常大的峰值電流。在串入限流電阻R1后，電解電容C1充電時(shí)的損耗CU2絕大部分將消耗在電阻R1上，電流峰值也會(huì)被限制在以內(nèi)。限流電阻R1起到了兩方面的作用，一方面可防止沖擊電流對(duì)電解電容C1造成的損害，另一方面能使防反二極管D1選擇額定電流較小的型號(hào)，可減小體積和削減成本。隨著對(duì)電解電容C1的充電，其兩端電壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，此時(shí)光伏并網(wǎng)逆變器在空載狀態(tài)下將產(chǎn)生穩(wěn)定的功率損耗P。設(shè)此時(shí)電壓采樣電路檢測得到電解電容C1兩端電壓為U1,則可得出在防反二極管D1和限流電阻R1所組成的串聯(lián)電路上產(chǎn)生的壓降迪，迪根據(jù)下式得到：上式中，R1為限流電阻R1的阻值，UD1為防反二極管D1的導(dǎo)通壓降。此時(shí)，由控制電路控制繼電器J1的常開開關(guān)K1閉合，電壓采樣電路再次測得電解電容C1兩端的電壓為U2。在繼電器J1的常開開關(guān)K1閉合前后電解電容C1兩端的電壓變化為△U'=U2-U1,考慮到在不同情況下系統(tǒng)功耗有所差別以及采樣方面存在的誤差，AU'應(yīng)在（△U-￡）~（AU+e）之間，其中￡為誤差修正值。如果AU'在此范圍之間，則認(rèn)為繼電器J1的常開開關(guān)K1可靠閉合，逆變器可進(jìn)行逆變控制，否則，逆變器不工作。這樣可以防止由于繼電器J1的常開開關(guān)K1不可靠閉合而導(dǎo)致逆變器不可靠運(yùn)行。對(duì)于電解電容C1兩端的電壓是否已達(dá)到穩(wěn)態(tài)，可以通過以下兩種方法來判斷：1）判斷電壓采樣電路測得的電解電容C1兩端的電壓變化是否小于一個(gè)預(yù)設(shè)閾值，如果小于預(yù)設(shè)閾值，則認(rèn)為電解電容C1兩端的電壓已達(dá)到穩(wěn)態(tài)，如果大于預(yù)設(shè)閾值，則說明電解電容C1兩端的電壓未達(dá)到穩(wěn)態(tài);2）判斷電解電容C1兩端的電壓是否在光伏并網(wǎng)逆變器上電后過一段預(yù)設(shè)時(shí)間達(dá)到穩(wěn)態(tài)，該預(yù)設(shè)時(shí)間可以通過實(shí)驗(yàn)來確定。圖1電路原理圖Fig.1diagramofcircuit2控制算法并網(wǎng)逆變器的控制流程圖如圖2所示。圖2并網(wǎng)控制流程圖Fig.2Flowchartofgrid-connectedcontrol當(dāng)光伏電池連接后，輔助電源啟動(dòng)，系統(tǒng)正常運(yùn)行。首先采樣電解電容C1兩端的母線電壓U1,如果U1v0,說明光伏電池接反，則驅(qū)動(dòng)告警電路提示正確連接；如果U1>0,說明光伏電池連接正確，則驅(qū)動(dòng)繼電器J1使常開開關(guān)K1閉合。然后再次采樣電解電容C1兩端的母線電壓U2,可計(jì)算出繼電器J1的常開開關(guān)K1閉合前后母線電壓的變化AUf=U2-U1，如果AUf不在（膈-￡）~（迪+￡）之間，說明開關(guān)K1沒有可靠閉合，驅(qū)動(dòng)告警電路提示有故障。如果膈在（迪-￡）~（△U+e）之間，則不斷采樣交流電網(wǎng)的電壓和頻率，進(jìn)行鎖頻鎖相，當(dāng)滿足并網(wǎng)條件時(shí)，開始逆變控制。3結(jié)論傳統(tǒng)的單純二極管反接保護(hù)電路，電流越大損耗越大，多則可達(dá)幾瓦，發(fā)熱嚴(yán)重。本設(shè)計(jì)的光伏并網(wǎng)逆變器輸入反接保護(hù)電路，損耗與電流無關(guān)，只與繼電器的額定功耗有關(guān)，通常只有幾百毫瓦左右。經(jīng)試驗(yàn)證明，該反接保護(hù)電路安全可靠，損耗小，且具有反接告警功能。【相關(guān)文獻(xiàn)】蔣林，肖偉，珍瑪曲宗，等.基于IR2101最大功率跟蹤逆變器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2010，18（11）:27-29.JIANGLin，XIAOWei，ZHENMaQu-zong，etal.DesignandimplementationofmaximumpowerpointtrackinginverterbasedonIR2101[J].ElectronicDesignEngineering，2010，18（11）:27-29.宋平崗，沈友朋.改進(jìn)型無變壓器光伏并網(wǎng)逆變器的仿真研究[J].電源技術(shù)，2012，10（36）:1512-1515.SONGPing-gang，SHENYou-peng.Simulationresearchofimprovedtransformerlessgrid-connectedPVinverter[J].ChineseJournalofPowerSources，2012，10（36）:1512-1515.黃摯雄，徐保友，沈玲菲，等.LCL并網(wǎng)逆變器新型電流雙閉環(huán)控制策略研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，17（40）:1-5.HUANGZhi-xiong，XUBao-you，SHENLing-fei，etal.NewcurrentdoubleclosedloopcontrolstrategyofLCLgridconnectedinverter[J].PowerSystemProtectionandControl，2012，17（40）:1-5.馬蘭珍，王明渝，徐四勤，等.新型多電平光伏并網(wǎng)逆變器控制策略研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，17（40）:72-77.MALan-zhen，WANGMing-yu，XUSi-qin，etal.Studyoncontrolschemebasedonnewmulti-levelphotovoltaicgridconnectedinverter[J].PowerSystemProtectionandControl，2012，17（40）:72-77.金湘，陳謙.17kW光伏并網(wǎng)逆變器控制技術(shù)研究[J].電子設(shè)計(jì)工程，2013，21（4）:125-127.JINXiang，CHENQian.Researchon17kWgrid-connectedphotovoltaicinverter[J].ElectronicDesignEng