基于DSP的小功率光伏并網逆變器的設計

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

　　關鍵詞： 太陽能;光伏并網;逆變器

　　前言

　　隨著生態環境的日益惡化，人們逐漸認識到必須走可持續發展的道路，太陽能必須完成從補充能源向替代能源的過渡。光伏并網是太陽能利用的發展趨勢，光伏發電系統將主要用于調峰電站和屋頂光伏系統。

　　在光伏并網系統中，并網逆變器是核心部分。目前并網型系統的研究主要集中于DC-DC和DC-AC兩級能量變換的結構。DC-DC變換環節調整光伏陣列的工作點使其跟蹤最大功率點;DC-AC逆變環節主要使輸出電流與電網電壓同相位，同時獲得單位功率因數。其中DC-AC是系統的關鍵設計。

　　太陽能光伏并網系統結構圖如圖1所示。本系統采用兩級式設計，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，后級實現對并網電流的控制。控制都是由DSP芯片TMS320F2812協調完成。

圖1 光伏并網系統結構圖

　　逆變器的設計

　　太陽能并網逆變器是并網發電系統的核心部分，其主要功能是將太陽能電池板發出的直流電逆變成單相交流電，并送入電網。同時實現對中間電壓的穩定，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保護功能，保證系統能夠安全可靠地運行。圖2是并網逆變器的原理圖。

圖2 逆變器原理框圖

　　控制系統以TI公司的TMS320F2812為核心，可以實現反饋信號的處理和A/D轉換、DC/DC變換器和PWM逆變器控制脈沖的產生、系統運行狀態的監視和控制、故障保護和存儲、485通訊等功能。 實際電路中的中間電壓VDC、網壓、并網電流和太陽能電池的電壓電流信號采樣后送至F2812控制板。控制板主要包括：CPU及其外圍電路，信號檢測及調理電路，驅動電路及保護電路。其中信號檢測及調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控制系統對各路信號電平范圍和信號質量的要求。驅動電路起到提高脈沖的驅動能力和隔離的作用。保護邏輯電路則保證發生故障時，系統能從硬件上直接封鎖輸出脈沖信號。

　　在實現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，對于光伏并網逆變器的輸入端有下列基本矢量關系式：

　　Vac=Vs+jωL