基于DSP的小功率光伏并網(wǎng)逆變器的設計

　　摘要： 介紹了1KW并網(wǎng)逆變器的設計。詳細的介紹了逆變器的基本設計和關鍵技術，以及并網(wǎng)電流的控制策略。并在試驗裝置上，驗證了逆變器的穩(wěn)定性和控制策略的可靠性。

　　關鍵詞： 太陽能;光伏并網(wǎng);逆變器

　　前言

　　隨著生態(tài)環(huán)境的日益惡化，人們逐漸認識到必須走可持續(xù)發(fā)展的道路，太陽能必須完成從補充能源向替代能源的過渡。光伏并網(wǎng)是太陽能利用的發(fā)展趨勢，光伏發(fā)電系統(tǒng)將主要用于調(diào)峰電站和屋頂光伏系統(tǒng)。

　　在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器是核心部分。目前并網(wǎng)型系統(tǒng)的研究主要集中于DC-DC和DC-AC兩級能量變換的結構。DC-DC變換環(huán)節(jié)調(diào)整光伏陣列的工作點使其跟蹤最大功率點;DC-AC逆變環(huán)節(jié)主要使輸出電流與電網(wǎng)電壓同相位，同時獲得單位功率因數(shù)。其中DC-AC是系統(tǒng)的關鍵設計。

　　太陽能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結構圖如圖1所示。本系統(tǒng)采用兩級式設計，前級為升壓斬波器，后級為全橋式逆變器。前級用于最大功率追蹤，后級實現(xiàn)對并網(wǎng)電流的控制?？刂贫际怯蒁SP芯片TMS320F2812協(xié)調(diào)完成。

圖1 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)結構圖

　　逆變器的設計

　　太陽能并網(wǎng)逆變器是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心部分，其主要功能是將太陽能電池板發(fā)出的直流電逆變成單相交流電，并送入電網(wǎng)。同時實現(xiàn)對中間電壓的穩(wěn)定，便于前級升壓斬波器對最大功率點的跟蹤。并且具有完善的并網(wǎng)保護功能，保證系統(tǒng)能夠安全可靠地運行。圖2是并網(wǎng)逆變器的原理圖。

圖2 逆變器原理框圖

　　控制系統(tǒng)以TI公司的TMS320F2812為核心，可以實現(xiàn)反饋信號的處理和A/D轉換、DC/DC變換器和PWM逆變器控制脈沖的產(chǎn)生、系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視和控制、故障保護和存儲、485通訊等功能。 實際電路中的中間電壓VDC、網(wǎng)壓、并網(wǎng)電流和太陽能電池的電壓電流信號采樣后送至F2812控制板?？刂瓢逯饕ǎ篊PU及其外圍電路，信號檢測及調(diào)理電路，驅(qū)動電路及保護電路。其中信號檢測及調(diào)理單元主要完成強弱電隔離、電平轉換和信號放大及濾波等功能，以滿足DSP控制系統(tǒng)對各路信號電平范圍和信號質(zhì)量的要求。驅(qū)動電路起到提高脈沖的驅(qū)動能力和隔離的作用。保護邏輯電路則保證發(fā)生故障時，系統(tǒng)能從硬件上直接封鎖輸出脈沖信號。

　　在實現(xiàn)同頻的條件下可用矢量進行計算，從圖3可以看出逆變器輸出端存在如圖3a所示的矢量關系，對于光伏并網(wǎng)逆變器的輸入端有下列基本矢量關系式：

　　Vac=Vs+jωL