本科生毕业设计说明书（毕业论文）
题目：基于DSP的光伏并网逆变器
硬件电路的设计
学生姓名：
学号：
专业：电气工程及其自动化
班级：
指导教师：
基于DSP的光伏并网逆变器硬件电路的设计
摘要
由于近年来不可再生能源的不断消耗，能源危机日益凸显，各国都在加紧开发新能源。太阳能发电作为一种全新的电能生产方式，具有清洁无污染、来源永不衰竭且维护措施简单等特点，因而受到越来越广泛的关注。本文针对太阳能应用的一个重要研究领域——光伏发电系统，尤其是小功率光伏并网发电系统，设计实现了基于DSP控制的单相光伏并网逆变器的硬件电路。
论文首先介绍了太阳能光伏并网的国内外发展现状，阐述了利用DSP控制光伏并网系统的基本原理。然后提出了以逆变器DC/AC变换技术为核心的单相光伏并网逆变器的硬件电路设计方案，并在Matlab软件上进行了仿真测试。最后对后续研究工作进行了展望，为进一步制作电路板及其调试提供了参考。
关键词：光伏并网；逆变器；数字信号处理器；Matlab仿真
PV Grid-Connected Inverter Hardware Circuit Design Based on DSP
Abstract
In recent years, with the continuous consumption of non-renewable energy, the energy crisis has become increasingly prominent, countries are stepping up the pace to develop new energy. Solar power, as a new energy production methods, owns many features, such as, clean, non-polluting, never failure of source and simple maintenance measures, and thus draws more and more attention. In this paper, as for an important research field of solar energy applications-photovoltaic systems, especially low-power photovoltaic power generation system, the hardware circuit of the DSP-based control of single phase photovoltaic grid-connected inverter is designed and implemented.
The paper firstly described the development of solar photovoltaic grid in the world, and explained the basic principles of DSP controlled photovoltaic grid system. Then objective of the single-phase PV grid inverter with the core of DC / AC conversion technology inverter hardware circuit is designed and its simulation tests on the Matlab software is proceeded. Finally, the prospect of follow-up study provides a reference for the further production of circuit boards and their debugging.
Key words: grid-connected photovoltaic; inverter; DSP; Matlab simulation
目录
摘要......................................................................................................................................... I Abstract ......................................................................................................................................II 第一章绪论. (1)
1.1 课题研究的背景、目的和意义 (1)
1.2 国内外研究的现状 (1)
1.2.1 国内研究的现状 (2)
1.2.2 国外研究的现状 (2)
1.3 本课题研究的主要内容 (3)
第二章太阳能光伏并网的研究 (4)
2.1 光伏并网逆变器的拓扑结构设计 (4)
2.1.1 按变压器拓扑结构分类 (4)
2.1.2 按功率变换级数分类 (6)
2.1.3 按控制方式分类 (7)
2.2 光伏并网控制策略基本原理 (10)
2.2.1 光伏并网逆变器的控制方式 (10)
2.2.2 光伏并网逆变器的控制目标 (10)
2.2.3 输出电流控制方式 (11)
2.2.4 最大功率点跟踪 (12)
2.3 孤岛效应 (14)
2.3.1 孤岛效应的影响和危害 (14)
2.3.2 孤岛效应的检测方法 (15)
第三章基于DSP的并网逆变器硬件电路的设计 (16)
3.1 并网逆变器总体结构 (16)
3.2 基于DSP的控制系统硬件设计 (16)
3.2.1 DSP概述 (17)
3.2.2 DSP系统硬件电路设计 (18)
3.3 采样和调理保护电路设计 (24)
3.4 主电路设计与关键参数选择 (28)
3.4.1 Boost电路设计与参数选择 (28)
3.4.2 逆变器电路设计与参数选择 (31)
第四章光伏并网逆变器仿真测试 (35)
4.1 Boost升压电路仿真测试 (35)
4.1.1 Matlab搭建电路图 (35)
4.1.2 仿真波形和分析 (35)
4.2 逆变器电路仿真测试 (36)
4.2.1 Matlab搭建电路图 (37)
4.2.2 仿真波形和分析 (37)
第五章总结和展望 (39)
5.1 工作总结 (39)
5.2 展望 (39)
参考文献 (41)
附录 (42)
附录A DSP控制电路PCB板 (42)
附录B 3D模式的控制电路PCB板 (42)
附录C 主电路PCB板 (43)
附录D 3D模式的主电路PCB板 (43)
附录E 总体原理电路图 (43)
附录F DSP控制电路原理图 (43)
致谢 (44)
第一章绪论
1.1 课题研究的背景、目的和意义
当今世界，人类对于能源的依赖性越来越强，能源已经成为我们生活中必需的部分，它为人类的各项活动提供着动力。随着一次能源煤、石油、天然气等不可再生能源的过度开发，以及地球环境的日益恶化——全球变暖、酸雨、厄尔尼诺现象等，一系列环境问题危及人类的可持续发展。环境、能源和可持续发展已经成为人类迫切要解决的问题。
能源短缺和环境恶化加快了人类去寻找替代能源的进程，各国都在大力发展新能源。在新能源家族中，有风能、太阳能、地热能、潮汐能等。由于太阳能资源分布相对广泛、蕴藏丰富，光伏发电以清洁可再生的太阳能为能源，直接将太阳能转换成电能，是一种不需要燃料、没有污染获取电能的高新技术，因此光伏发电被认为将是21世纪、最具活力的新能源[1]。过去太阳能光伏发电系统中因为太阳能电池的制造成本比较高，所以太阳能光伏发电只能应用于一些偏远地区的供电。例如，一些分散的农牧户、基站的通信设备供电、气象、国防等。而且应用于村庄的大都是小型的光伏发电系统，大多未能并入电网，属于独立的离网式发电。当今太阳能电池硅板成本有所降低，电力电子技术、自动控制技术、计算机处理技术等也有了飞速发展。太阳能光伏发电系统有了质的飞跃，发电成本在逐年下降，发电的效率和市场效益也在进一步提高，这为大规模发展太阳能光伏发电并网技术提供了基础。
从2004年欧盟联合研究中心预测的世界能源结构大致变化发展趋势[2]中可以看出，在接下来的近一百年里，石油、煤炭、天然气等不可再生能源在一次能源消费中所占的比例将呈下降趋势，而太阳能光伏发电则会大比例的增加。所以大力发展太阳能有利于缓解能源危机和解决环境问题，促进人类社会的可持续发展。
我国拥有丰富的太阳能资源，所以发展太阳能占有一定的先天优势。从我国所处的地理位置、地形以及纬度来分析，我国中西部地区太阳能资源比较丰富，西藏、青海、甘肃、内蒙古、新疆、宁夏均属于世界太阳能资源丰富的地区。这些地方又有十分广阔的面积，有利于大规模安置太阳能光伏并网发电设备，也有利于部分地区环境的改善。
1.2 国内外研究的现状
与独立光伏发电系统相比，光伏并网发电系统具有一些自己的优点。它省掉了体积庞大、价格高昂、不易维护的蓄电池，具有造价低，输出电能稳定的特点，因而具有更为广阔的市场前景。典型的光伏并网逆变器发电系统包括：光伏阵列，直流到直流斩波电路（DC-DC），Dclink，直流到交流逆变器（DC-AC）控制电路，采样电路，保护电路，故障处理电路等。
1.2.1国内研究的现状
由于我国在光伏发电等可再生能源发电技术的研究起步相对较晚，光伏发电只在一些尖端领域应用比较多，核心技术方面和国外还有一定的差距。就光伏并网型逆变器而言，合肥工业大学能源
研究所、燕山大学、上海交通大学、中国科学院电工研究所等科研单位在这一方面进行了相关的研究，并且在“九五”、“十五”期间，国家科技部投入相当数额的经费进行开发工作[3]。目前我国光伏并网逆变器市场发展规模还比较小，国内生产逆变器的商家虽然很多，但专门用于生产光伏发电系统的逆变器制造厂商却并不多，而且有不少国内制造厂商已经在逆变器方面研究开发多年，已经发展到拥有一定的规模和市场竞争力，但在逆变器技术质量、验证技术上、规模上与国外企业仍有很大差距。目前我国具有较大规模的厂商有北京索英、南京冠亚、北京科诺伟业、志诚冠军上海英伟力新能源科技有限公司等企业。国内市场规模虽然比较小，核心技术还处在不算成熟的阶段，但未来光伏发电市场的巨大发展潜力和发展空间将给国内光伏企业带来前所未有的发展机遇。目前国内光伏并网逆变器主要被阳光电源、艾思玛、KACO等品牌所占领，而国外的企业多数通过代理渠道进入国内的市场，由于售后服务提供难度大的问题导致其整体市场占有率不高。国内重点光伏发电项目大功率产品几乎全部选用国内产品。
从技术层次来说，国内企业在智能化程度、稳定性、转换效率、结构工艺等方面与国外先进水平仍有一定差距。目前我国在小功率逆变器技术上与国外处于同一水平，在大功率并网逆变器上，还有一定的差距，大功率并网逆变器仍需进一步发展和研究。
1.2.2国外研究的现状
近几年，随着德国、美国、西班牙、日本对本国光伏发电产业在政策上大力扶持，全球光伏并网逆变器的销售额在逐年上升，光伏并网逆变器进入了一个飞速发展的阶段。但目前全球光伏并网逆变器市场被国际几大巨头瓜分，欧洲作为全球光伏并网逆变器市场发展的先驱，具备了完善的光伏产业链，光伏并网逆变器技术处于世界领先地位。SMA是全球最早、最大的光伏逆变器生产企业（其中德国市场占有率达50%以上），2009年SMA以占据全球市场份额44%独占鳌头。SMA、KACO、Fronius、Ingeteam、Siemens、Studer、Xantrex、Danfoss、Conergy、Satcon、Power-one、Outback power 等基本占领全球光伏逆变器市场份额。其中排名前五位的企业占的市场份额已经超过了全球的70%。
1.3 本课题研究的主要内容
本论文主要设计了一种基于DSP控制的单相光伏并网逆变器的硬件电路，并用Protel DXP软件完成了整个系统的硬件电路，生成了PCB板。最后通过Matlab对电路进行了仿真。其中硬件电路包括：直流斩波电路拓扑结构、逆变器电路、DSP控制电路、采样硬件电路和辅助电源。控制策略选择有：最大功率点跟踪、SPWM控制等。仿真部分主要针对升压斩波电路和逆变器部分参数设计的检验和分析。
本文光伏并网逆变器设计参数如表1.1所示：
表1.1 光伏并网逆变器设计参数
第二章太阳
能光伏并
网的研究
太阳能光伏发电原理是利用太阳能电池的光生伏打效应，它是通过将太阳能辐射的能量直接通过硅电池板转变成电能的一种可再生发电系统。太阳能光伏发电系统一般由太阳能电池板阵列、充电蓄电池、逆变器和控制器等部分组成。本章将对太阳能光伏并网发电系统中的并网逆变器的拓扑结构进行设计，对其控制策略进行分析。
2.1 光伏并网逆变器的拓扑结构设计
2.1.1按变压器拓扑结构分类
目前，在实际的光伏发电系统应用中，按变压器拓扑结构分类的主电路有三种，分别是带工频变压器隔离的单级式逆变器、带高频变压器隔离的多级式逆变器和无变压器隔离的两级式逆变器。根据这三种逆变主电路，可以将现在的光伏发电系统的拓扑结构分为三类，即工频隔离型拓扑结构、高频隔离型拓扑结构和无变压器隔离拓扑结构。
一、工频隔离型拓扑结构
工频隔离型拓扑结构的太阳能光伏发电系统的基本组成：太阳能硅电池阵列、直流侧的滤波器件、光伏并网逆变器、工频变压器、LC滤波电路等。其结构如图2.1所示。
图2.1工频隔离型拓扑结构
这种形式的太阳能光伏并网电磁干扰小，结构简单，维护量小，可靠性高，开关频率低。由于采用了工频变压器能起到与电网侧隔离、保护的作用，所以能够防止人体误触摸逆变器造成的伤害。但是由于采用了工频变压器，导致整个系统体积庞大、重量增大，比较笨重、占用面积也增加。
二、高频隔离型拓扑结构
高频隔离型拓扑结构的太阳能发电系统指光伏并网逆变器经过两次直流电逆变成交流电能的变换。一次是经过高频方波逆变，用来提高变压器的工作频率，从而能够减轻变压器的体积和重量。
变换后产生的高频方波经过高频变压器，然后再通过AC/DC整流电路和滤波电路的作用后得到另一种直流电压，这种直流电压通过工频SPWM（正弦脉宽调制）控制的逆变器，得到并网所需要的波形。其结构如图2.2所示。
图2.2高频隔离型拓扑结构
这种形式的光伏并网逆变器拓扑结构能够显著提高光伏并网逆变器的性能，因为它采用了SPWM控制的方式进行了周波变换，所以使得输出的波形畸变比较小，滤波电感体积也比较小。它的缺点是能量传递的级数增多，这使得其中的能量损失变大。
三、无变压器隔离拓扑结构
无变压器隔离的光伏并网发电系统，即非隔离型里面不含隔离变压器，能量传递一般只有两级。因此系统体积小，能量损耗也小，是目前研究的热点[4]。其结构如图2.3所示。
图2.3无变压器隔离拓扑结构
这种拓扑结构进一步降低了光伏发电系统设备的成本，使得传输能量的级数减少，提高了发电的效率。其中的DC/AC逆变器是有工频SPWM（正弦脉宽调制）控制的，这种形式的电路在大功率的光伏发电系统中有应用。把太阳能电池板阵列输出的直流电压通过DC/DC直流升压斩波电路升高到400V左右，这样可以利用直流侧平波储能大电容的作用，来保证输入逆变器部分的电压稳定。同时也能起到减小电流提高电压的作用，从而降低逆变部分的能量损耗，提高光伏并网的发电效率。这种拓扑结构的光伏并网系统启动的先决条件是直流侧滤波电容预先充电到接近电网电压的峰值[5]。
2.1.2按功率变换级数分类
通常按照功率在光伏发电系统的变换级数进行分类可以分为两种类型：单级式光伏并网变换型和多级式光伏并网变换型。
一、单级光伏并网变换型
单级式光伏并网变换型只用到一级的能量传递变换模式就能够完成boost-buck斩波电路和DC/AC逆变电路的变换，然后通过RC滤波并入电网。其结构如图2.4所示。
图2.4单级光伏并网变换型
这种类型的单级式光伏并网变换类型具有元器件使用少，可靠性高和效率高，并且功耗损耗少等优点。但是这种类型的光伏拓扑结构由于太阳能电池板输出的电压等级有限，多用于小型的系统中。
二、多级式光伏并网变换型
多级式光伏并网变换型逆变器拓扑结构包括：滤波、DC/DC直流斩波、DC/AC逆变电路、后级滤波电路等。其结构如图2.5所示。
图2.5多级式光伏并网变换型
这种电路首先通过太阳能电池板阵列把太阳能辐射的能量转换为电能，经滤波电路后通过前级直流斩波电路捕捉到最大功率点跟踪（MPPT），然后经过工频逆变电路，并入交流电网。其优点是两级传递能量的电路，简化了控制电路的计算算法，使得每级都能够精确控制，提高了控制质量和
效率。
2.1.3按控制方式分类
按照控制方式可分为电流源式和电压源式两种拓扑类型。如果考虑到后端的输出控制方式，则可将其划分为电压源式电压控制输出（VSCV）、电流源式电压控制输出（CSCV）、电压源式电流控制输出（VSCC）、电流源式电流控制输出（CSCC）四种。对于输入源的选择，要想得到一个稳定的电流源输入很不容易，要在输入端串入一个大电感，但这会使系统的动态响应较差，所以，一般采用电压源输入。对于输出控制方式的选择，如果输出控制方式为电压的话，如果要使并网输出功率因数为1的话，则要协调控制输出电压的幅值、相位和频率三个量；而如果输出控制方式为电流的话，则只需要控制输出电流的相位和频率两个量，相对简单。所以，一般采用电压源输入电流控制输出的方式[4]。
一、电压型逆变拓扑结构
电压型逆变并网逆变器的拓扑结构指的是直流侧有一个直流电源或者并联有大电容，使得直流侧的电压基本无脉动，直流回路呈现低阻抗状态。其次由于直流侧电压源的钳位作用，交流侧输出的电压波形为矩形波，并且与负载阻抗角无关。而交流测输出电流的波形和相位因负载阻抗的不同而不同。最后当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率，直流侧的电容起缓冲无功能量的作用。为了给交流侧向直流侧反馈无功能量提供通道，逆变桥各桥必须并联反馈二极管[6]。其结构如图2.6所示。
图2.6电压型逆变拓扑结构
二、电流型逆变拓扑结构
电流型逆变拓扑结构是把太阳能电池板输出的电能经过滤波电路后送入到一个直流电流源中，或者在直流侧串联一个大电感相当于电流源。这样可以保证直流侧的电流基本无脉动，直流回路呈现高阻抗状态。其次逆变电路中的开关器件起的作用仅改变直流电流流通的路径，因此交流侧得到的输出电流为矩形波，并且和负载阻抗角无关。交流侧输出电压波形和相位则因为负载阻抗情况的不同而不一样。交流侧为阻感负载情况时，需要提供无功功率，直流侧电感起缓冲无功能量的作用。与电压型逆变拓扑结构不同，反馈的无功能量并不反向，因此无须给电流型逆变电路各桥并联二极管。其结构如图2.7所示。
图2.7电流型逆变拓扑结构
根据以上光伏并网逆变器拓扑结构的分析，综合各种结构的优缺点，本设计选用当今热点研究双级式无变压器的电压型逆变器拓扑电路作为主电路。经过方案的比较论证以及考虑本系统针对小型的单相并入电网的特点，本设计采用无变器的两级结构，前级DC/DC直流升压斩波变换器和后级DC/AC逆变器之间通过DC-Link相连。系统主电路的拓扑结构电路如图2.8所示。
图2.8光伏并网逆变器拓扑结构
在本设计的系统中，太阳能电池板输出的额定直流电压为60-140V之间，前级DC/DC斩波电路变换器需将此输入电压升至400V以上才能实现无隔离变压器两级式直接并网。Boost斩波电路为升压直流环节，结构简单，使得用于捕捉最大功率点跟踪（MPPT）控制方法简单。因为输入电流是连
续的，使得对电源电磁干扰影响相对较小，开关管发射级接地，驱动电路相对简单，是光伏并网系
统最大功率点跟踪控制的理想选择。由于光伏最大功率点跟踪（MPPT）电压低于交流侧的峰值电压，
从而Boost电路使光伏电池阵列配置比较灵活，可实现光伏发电系统较宽范围的电压输入，提高了光
伏发电系统的经济性能。同时Boost升压斩波电路具有相对较高的效率，电路结构中的二极管具有防
止电网侧能量反送给光伏阵列的作用，从而提高了光伏发电系统的整体工作效率。后级的DC/AC逆
变器，采用单相全桥逆变电路，将DC-Link直流电转换成220V/50Hz正弦交流电，实现并网输送功
率。DC-Link的作用除了连接DC/DC升压斩波变换器和DC/AC逆变器，还实现了能量的传递。控
制电路的核心芯片是TI公司的TMS320F2812数字信号处理器，它的处理速度快，精度高，能够在
线实时监测。整个系统保证了并网逆变器输出的正弦电流与电网侧相电压同频同相。
2.2 光伏并网控制策略基本原理
光伏并网逆变器控制需要满足输出电压与电网电压同幅值、同相位、同频率，输出电流与电网?=），而且其输出还应满足电能质量的要求，这些都需要光伏并网逆变器的有电压同频同相（cos1
效并网控制。
2.2.1光伏并网逆变器的控制方式
光伏并网逆变器控制方式可以分为电压源电压控制、电流源电压控制、电压源电流控制和电流
源电流控制四种。本设计采用电压源输入为主的方式，所以逆变器的并网输出控制可分为电压控制
和电流控制。在光伏逆变器和电网连接并网运行时，电网可以被看做是一个容量无穷大的交流电压
源。如果光伏并网逆变器的输出采用电压控制，则实际上就成为一个电压源与另一个电压源并联运
行的系统，这种情况下要保证系统的稳定运行，就必须采用同步锁相技术来实现与电网的同步。可
以通过调整光伏并网逆变器输出电压的大小以及相位来控制系统的有功率和无功功率输出。但是锁
相环节响应慢、逆变器输出电压值不易精确控制、出现环流现象。若不采取一些措施，同等级功率
的电压源并联运行优异性不容易获得。
而对于采用电流控制方式的并网逆变器，只需控制逆变器的输出电流跟踪电网电压，同时设定
输出电流的大小，就可以实现它的稳定并网运行，其控制方法简单，效果也较好，因此得到了广泛
应用[7]。
2.2.2光伏并网逆变器的控制目标
光伏并网逆变器的控制目标为：光伏并网逆变器输出稳定的、高质量的正弦波，且与电网电压
同频同相，同时希望能够通过调节光伏阵列的最大功率点，使太阳能光伏阵列按最大功率输出。
选择并网逆变器的输出电流为被控变量，并网发电工作方式下的等效电路如图2.9(a)所示，可以
等效的认为是逆变器给电网充电。逆变器输出电流和电压的矢量关系如图2.9(b)所示。
(a) (b)
图2.9逆变器输出电流和电压的矢量关系
其中out U 为光伏并网逆变器输出交流侧电压，grid U 为电网侧的电压，I 为逆变器输出电流也是电感的电流。由图中的矢量三角形关系可知，由于并网逆变器的输出滤波电感L 的存在，当使光伏逆变器输出电流和电网电压同相位时，电网侧电压grid U 和光伏并网逆变器输出电压out U 之间存在相位差。
2.2.3 输出电流控制方式
采用电流型输出的光伏并网系统，输出电流的控制方式一般有SPWM （正弦波脉宽调制）电流跟踪方式、SVPWM （空间矢量脉宽调制）、电流滞环瞬时比较方式、复合控制和重复控制等。较常用的电流控制方法有：SPWM 正弦波脉宽调制电流跟踪方式、SVPWM 空间矢量脉宽调制、电流滞环瞬时比较方式等。
一、SPWM 电流跟踪方式
SPWM 电流跟踪方式也可以称为三角波比较方式的电流跟踪方式，这种方式不是把指令信号和三角波直接进行比较而产生PWM 波形，而是通过闭环来进行控制的。它将电网电流grid I 在线实时值和给定电流grid I
进行比较，两者的差值通过一个PI 调节，然后与三角波进行比较，进而输出PWM 波。其结构如图2.10所示。
图2.10 SPWM 电流跟踪方式
这种方式的电流跟踪控制特性与PI 参数的设置有关，对于PI 电路响应要求快的系统，必须提高三角波载波频率，以改善输出波形[8]。这种三角波比较控制方式中，功率开关器件的开关频率是一定的，即等于载波频率，这给高频滤波器的设计带来方便。与滞环比较控制方式相比，这种控制方式输出电流所含有的谐波较少，因此它常用于对谐波和噪声要求严格的场合。
二、电流滞环瞬时比较方式
在跟踪PWM 变流电路中，电流跟踪控制应用最多。电流滞环瞬时比较方式的原理如图2.11所示。
图2.11电流滞环瞬时比较方式
以c i ?作为滞环比较器的环宽，当实际电网电流c i 和给定电流c i *的差值超过环宽时，就会产生
PWM 波信号。若c i ?确定，则输出电流的误差范围不变。滞环环宽对跟踪性能的影响较大，如果环宽过宽时，开关的动作频率低，但跟踪的误差增大；如果环宽过窄时，跟踪的误差减小，但开关的动作频率会变得过高，甚至会超过开关器件的允许频率范围，开关损耗增大。这种控制方式有以下特点：
1.不用载波，输出电压波形中不含特定频率的谐波分量。
2.硬件电路简单。
3.与计算法以及调制法相比，相同开关频率时输出的电流中高次谐波含量较多。
4.属于实时控制方式，电流响应快。
5.属于闭环控制，这是各种电流跟踪型PWM 型变流电路的共同特点。
三、SVPWM 电流控制方式
空间矢量PWM 控制策略是依据逆变器空间电压（电流）矢量切换来控制逆变器的一种新颖思路的控制策略。采用逆变器空间电压矢量（SVPWM ）的切换来获得准圆形旋转磁场，这样能够在开关频率不高的条件下，使得逆变器输出获得较好的性能。
综上几种控制的优缺点，本设计光伏并网逆变器采用电流滞环瞬时比较控制方式。
2.2.4 最大功率点跟踪
在太阳能电池阵列光伏并网发电系统中，太阳能电池阵列的内阻不仅要受到日照强度的影响，而且还要受环境温度及负载的影响，并且一直处在不断变化之中，光伏并网系统也由此变得不确定。这必然会降低光伏发电系统的效率。因此为了不断能够获得最大功率的输出，太阳能电池必须实现最大功率点跟踪。太阳能输出功率与输出电压的关系如图2.12所示。
图2.12太阳能输出功率和输出电压光照的关系
一、恒定电压法
当外界温度不变时，太阳能电池在不同光照强度下的开路电压和最大功率点电压都在某一个恒定值附近；当光照不变环境改变时，太阳能电池最大功率点随开路电压而变化，而且几乎相同的变化比例[9]。所以，我们可以近似认为太阳能电池的开路电压与最大功率点（MPPT ）电压成线性比例关系：m oc U nU =。
保证使电压工作点稳定在m U 附近，这就可以保证太阳能电池最终具有在当前环境下的最大功率输出。一定的条件下，采用恒压控制跟踪的方法不仅可以得到比直接匹配更高的功率输出，还可以用来简化和近似最大功率点跟踪控制。
二、扰动观察法
扰动观察法的基本原理是先给出一个扰动值U ?，在测量太阳能电池阵列输出功率的变化，如果功率减小，表示扰动方向错误，可按U -?方向扰动。如果功率增加，表示扰动方向正确，可继续朝同一个方向扰动。如此反复的扰动、观察以及比较，使光伏电池达到最大功率点。
这种方法的特点是原理清晰，实现简单，被测参数较少，而且不需要知道太阳能的特性曲线，能够较普遍地被应用在光伏并网发电系统的最大点功率跟踪控制上。但是这种方法也有它的一些缺陷，因为始终有扰动电压存在，在最大功率点跟踪过程中将会导致一些功率损失；若跟踪步长太小，当外界环境条件发生变化时，不能快速跟踪、容易引起振荡。当光照和温度有大幅度变化时，这种跟踪到另一最大功率点的速度变慢，不能快速跟踪。
三、电导增量法 电导增量法避免了功率扰动观察法的盲目性，可以判断出最大功率点电压与工作点电压电压之间的关系。由太阳能输出功率与输出电压的关系可知：
1.当工作点在最大功率点处有0dP dU
=；
2.当工作点处在最大功率点右边时有0dP dU
<； 3.当工作点处在最大功率点左边时有
0dP dU >。 最大功率点时的功率为P U I =*，两边同时对U 求导得：
dP dI I U dU dU =+* （2.1） 令上式（2.1）等于0可得：
dI I dU U
=- （2.2） 由上式（2.2）可知当输出电导的变化量等于输出电导的负值时，阵列获得最大功率。电导增量法通过比较太阳能电池输出的电导增量和瞬时电导来改变控制信号。其控制算法同样需要对太阳能电池输出的电压和电流进行采样。优点是当环境发生变化时，能够快速跟踪其变化，需要一些处理速度快的芯片进行控制。
综合以上三种方法的优缺点，本设计的光伏并网逆变器采用电导增量法进行捕捉最大功率点。
2.3 孤岛效应
在光伏并网发电系统中，直接将太阳能逆变后的电能馈送给电网，从而需要设置各种完善的保护措施。对于通常电网系统工作时可能出现的器件过流、器件过热、器件驱动信号欠压、太阳电池输出欠压以及电网过压、欠压等故障状态，通过硬件电路检测配合软件进行处理比较容易。对于光伏并网发电系统而言，需要考虑在一种特殊的故障状态下的应对策略——孤岛效应的防止对策。
2.3.1 孤岛效应的影响和危害
所谓孤岛(islanding)效应是指当电网由于电气故障、误操作或自然因素等原因中断供电时，光伏发电系统未能及时检测出停电状态而脱离电网，使太阳并网发电系统和周围的负载组成的一个电力公司无法掌握的自给供电孤岛[5]。
孤岛效应，可能会对用户、电网会对整个配电系统设备及用户端设备以及维修人员造成危害。主要有以下几种情况：
1.当电网发生故障或者中断后，由于太阳能光伏发电系统持续独立供电给负载，将使得维修人员在进行修复时，生命安全受到威胁。
2.当电网发生故障或者中断时，由于太阳能光伏发电系统失去电网作为参考信号，造成系统的输出电流、电压及频率出现漂移而偏离电网频率，产生不稳定的情况，且可能含有较大的电压于电流谐波成分。若未及时将太阳能光伏发电系统切离负载，可能使得某些对频率敏感的负载损坏。
3.当电网恢复瞬间，由于电压相位不同，可能发生较大的冲击电流，造成相关的设备损坏。当电网恢复供电时，可能会发生同步的问题。
4.若太阳能光伏发电系统与电网连接为三相系统，当孤岛现象发生时，将形成缺相供电，影响用
户端的三相负载[10]。
有上可知孤岛效应会严重影响电力系统的安全和正常运行。所以，必须寻求适当的解决策略来应对日趋严重的孤岛效应问题。
2.3.2孤岛效应的检测方法
现有的孤岛效应快速检测系统就是检测是否孤岛运行，如果出现孤岛运行，就让光伏发电系统立即停止供电。孤岛效应的检测技术一般分为两类——被动检测法和主动检测法。被动检测法是利用检测电网的某些状态参量(电压、频率、相角等)作为电网是否发生故障的判断依据。电网故障后，负载电压及频率均不能稳定，从而可以判断孤岛效应是否发生。但是在源负载功率基本接近时，断电后负载的电压和频率变化很小，被动检测法就会失效。主动检测法是通过并网逆变器定时产生一个扰动信号，然后观察电网是否受到影响作为判断电网是否发生故障的依据。当发生孤岛效应的情况时，主动扰动将造成系统的不稳定。即使光伏电源的功率与局部电网负载的功率平衡时，也会通过扰动破坏功率平衡，造成系统的电压、频率和相角有明显变化，从而能够检测出孤岛效应。
研旭光伏并网逆变器 YXSG-2.5KSL , YXSG-3KSL , YXSG-5KSL 安装使用手册 目录 1、安全说 明 (3) 2、产品描 述 (5) 2.1光伏并网系 统 .................................................................................................................... 6 2.2电路结构 ............................................................................................................................ 7 2.3特点 . .. (7)
2.4逆变器外观描 述 (8) 3、安 装 .......................................................................................................................................... 10 3.1 安装须 知 ......................................................................................................................... 10 3.2 安装流程说明 .. (11) 3.3安装准备 .......................................................................................................................... 12 3.4 选择合适的安装场 地 ..................................................................................................... 12 3.5 安装逆变 器 (14) 3.6 电气连 接 (14) 4、 LCD 操作说 明 . ......................................................................................................................... 21 4.1 按键功能说明 .. (21) 4.2 界面介 绍 (22) 5、故障排 除 (27) 5.1 初始化失败 ..................................................................................................................... 27 5.2 LCD 显示故 障 (27)
单相光伏并网逆变器的研究
轮机工程学院
摘要 能源危机和环境问题的不断加剧，推动了清洁能源的发展进程。太阳能作为一种清洁无污染且可大规模开发利用的可再生能源，具有广阔应用前景。并且伴随“智能电网”理论的兴起，分布式电力系统正日益受到关注，光伏逆变系统作为分布式电力系统的一种重要形式，使得对该领域的研究具有重要的理论与现实意义。 论文在分析光伏逆变系统发展现状与研究热点的基础上，探讨了光伏逆变系统的主要关键技术，对直接影响光伏逆变系统的工作效率以及工作状态的最大功率点跟踪控制、光伏逆变器控制等技术进行了详细研究。 为研究光伏逆变系统，本文建立了一套完整的光伏逆变系统模型，主要包括光伏电池模块，前级DCDC变换器，后级DCAC逆变器，以及相应的控制模块。为了提高系统模型的准确性及稳定性，论文设计了一种输出电压随温度光照改变的光伏电池模型，提出了一种基于Boost 升压变换器的最大功率点跟踪（MPPT）控制策略，并且将正弦脉冲宽度调制技术（SPWM）应用于逆变器控制。最后在MatlabSimulink软件环境下搭建了光伏逆变系统的整体模型，完成系统性的实验验证。 经过仿真实验验证，所提出的光伏逆变系统设计方案正确可行，且输出达到了设计要求，为进一步实现并网功能提供了条件，具有较高的实用参考价值。 关键词：光伏电池；最大功率点跟踪；光伏逆变系统；正弦脉冲调制技术
ABSTRACT With intensify of the energy crisis and environmental problems, the development of clean energy . The solar energy because of its friendly-environmental advantage and renewable property. With the proposition of the Smart Grid, Distributed Power System . As an important form of Distributed Power System, photovoltaic inverter system is the key of the research in this field. This paper discusses the key techniques of photovoltaic inverter system on the basis of analysis of development and research techniques such as maximum power point tracking (MPPT) which work efficiency and work condition and technology of PV inverter. In order to research PV inverter system, this paper builds an integral model, including PV battery model and DCDC converter and DCAC single phase inverter as well as corresponding control models. In order to improve the validity and the stability of the system, the paper
2015年6月15日 22:28 太阳能光伏并网控制逆变器工作原理及控制方 摘要：太阳能光伏发电是21世纪最为热门的能源技术领域之一，是解决人类能源危机的重要手段之一，引起人们的广泛关注。本文介绍了太阳能光伏并网控制逆变器的工作过程，分析了太阳能控制器最大功率跟踪原理，太阳能光伏逆变器的并网原理及主要控制方式。 1引言： 随着工业文明的不断发展，我们对于能源的需求越来越多。传统的化石能源已经不可能满足要求，为了避免面对能源枯竭的困境，寻找优质的替代能源成为人们关注的热点问题。可再生能源如水能、风能、太阳能、潮汐能以及生物质能等能源形式不断映入人们的眼帘。水利发电作为最早应用的可再生能源发电形式得到了广泛使用，但也有人就其的环境问题、安全问题提出过质疑，况且目前的水能开发程度较高，继续开发存在一定的困难。风能的利用近些年来也是热点问题，但风力发电存在稳定性不高、噪音大等缺点，大规模并网对电网会形成一定冲击，如何有效控制风能的开发和利用仍是学术界关注的热点。在剩下的可再生能源形式当中，太阳能发电技术是最有利用价值的能源形式之一。太阳能储量丰富，每秒钟太阳要向地球输送相当于210亿桶石油的能量，相当于全球一天消耗的能量。我国的太阳能资源也十分丰富，除了贵州高原部分地区外，中国大部分地域都是太阳能资源丰富地区，目前的太阳能利用率还不到1/1000。因此在我国大力开发太阳能潜力巨大。 太阳能的利用分为"光热"和"光伏"两种，其中光热式热水器在我国应用广泛。光伏是将光能转化为电能的发电形式，起源于100多年前的"光生伏打现象"。太阳能的利用目前更多的是指光伏发电技术。光伏发电技术根据负载的不同分为离网型和并网型两种，早期的光伏发电技术受制于太阳能电池组件成本因素，主要以小功率离网型为主，满足边远地区无电网居民用电问题。随着光伏组件成本的下降，光伏发电的成本不断下降，预计到2013年安装成本可降至1.5美元/Wp，电价成本为6美分/(kWh)，光伏并网已经成为可能。并网型光伏系统逐步成为主流。 本文主要介绍并网型光伏发电系统的系统组成和主要部件的工作原理。 2并网型光伏系统结构 图1所示为并网型光伏系统的结构。并网型光伏系统包括两大主要部分： 其一，太阳能电池组件。将太阳传送到地球上的光能转化成直流电能；其二，太阳能控制逆变器及并网成套设备，负责将电池板输出直流电能转为电网可接受的交流能量。根据功率的不同太阳能逆变器的输出形式可为单相或者三相；可带隔离变压器，也可不配隔离变压器。
光伏并网逆变器分类 并网逆变器是太阳能光伏系统中的关键部件，它将太阳能电池产生的直流电通过电力电子变换技术转换为能够直接并入电网、负载的交流能量。其性能，效率直接影响整个太阳能光伏系统的效率和性能。下面将从并网逆变器的分类来进行了解。 1、按照隔离方式分类 包括隔离式和非隔离式两类，其中隔离式并网逆变器又分为工频变压器隔离方式和高频变压器隔离方式。光伏并网逆变器发展之初多采用工频变压器隔离的方式，但由于其体积、重量、成本方面的明显缺陷。近年来高频变压器隔离方式的并网逆变器发展较快，非隔离式并网逆变器以其高效率、控制简单等优势也逐渐获得认可，目前已经在欧洲开始推广应用，但需要解决可靠性、共模电流等关键问题。 2、按照输出相数分类 可以分为单相和三相并网逆变器两类，中小功率场合一般多采用单相方式，大功率场合多采用三相并网逆变器。按照功率等级进行分类，可分为功率小于1kVA的小功率并网逆变器，功率等级1kVA~50kVA的中等功率并网逆变器和50kVA以上的大功率并网逆变器。 3、按照功率流向进行分类 分为单方向功率流和双方向功率流并网逆变器两类，单向功率流并网逆变器仅用作并网发电，双向功率流并网逆变器除可用作并网发电外，还能用作整流器，改善电网电压质量和负载功率因素。近几年双向功率流并网逆变器开始获得关注，是未来的发展方向之一。 4、按照拓扑结构分类 目前采用的拓扑结构包括：全桥逆变拓扑、半桥逆变拓扑、多电平逆变拓扑、推挽逆变拓扑、正激逆变拓扑、反激逆变拓扑等，其中高压大功率光伏并网逆变器可采用多电平逆变拓扑，中等功率光伏并网逆变器多采用全桥、半桥逆变拓扑，小功率光伏并网逆变器采用正激、反激逆变拓扑。 从技术层面讲，大功率并网逆变器和小功率并网逆变器是未来的两个主要发展方向，其中小功率光伏并网逆变器——微逆变器是最具发展潜力和市场应用前景的发展方向，高频化、高效率、高功率密度、高可靠性和高度智能化是未来的发展方向。
随着生态环境的日益恶化，人们逐渐认识到必须走可持续发展的道路，必须完成从补充能源向替代能源的过渡。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，并网是核心部分。目前并网型系统的研究主要集中于DC-DC和DC-AC 两级能量变换的结构。DC-DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点;DC-AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。其中DC-AC是系统的关键设计。 太阳能光伏并网系统结构图如图1所示。本系统采用两级式设计，前级为升压斩波器，后级为全桥式逆变器。前级用于最大功率追踪，后级实现对并网电流的控制。控制都是由DSP芯片TMS320F2812协调完成。 图1 光伏并网系统结构图 逆变器的设计 太阳能并网逆变器是并网发电系统的核心部分，其主要功能是将发出的直流电逆变成单相交流电，并送入电网。同时实现对中间电压的稳定，便于前级升压斩波器对最大功率点的跟踪。并且具有完善的并网保护功能，保证系统能够安全可靠地运行。图2是并网逆变器的原理图。
图2 逆变器原理框图 控制系统以TI公司的TMS320F2812为核心，可以实现反馈信号的处理和A/D转换、DC/DC变换器和PWM逆变器控制脉冲的产生、系统运行状态的监视和控制、故障保护和存储、485通讯等功能。实际电路中的中间电压VDC、网压、并网电流和太阳能电池的电压电流信号采样后送至F2812控制板。控制板主要包括：CPU及其外围电路，信号检测及调理电路，驱动电路及保护电路。其中信号检测及调理单元主要完成强弱电隔离、电平转换和信号放大及滤波等功能，以满足DSP控制系统对各路信号电平范围和信号质量的要求。驱动电路起到提高脉冲的驱动能力和隔离的作用。保护逻辑电路则保证发生故障时，系统能从硬件上直接封锁输出脉冲信号。 在实现同频的条件下可用矢量进行计算，从图3可以看出逆变器输出端存在如图3a所示的矢量关系，对于光伏并网逆变器的输入端有下列基本矢量关系式： Vac=Vs+jωL·IN+RS·IN (1) 式中Vac—电网基波电压幅值，Vs—逆变器输出端基波幅值。 图1 光伏并网系统结构图 图3 控制矢量图 在网压Vac(t)为一定的情况下，IN(t)幅值和相位仅由光伏并网逆变器输出端的脉冲电压中的基波分量Vs(t)的幅值，及其与网压Vac(t)的相位差来决定。改变Vs(t)的幅值和相位就可以控制输入电流IN(t)和Vac(t)同相位。PWM整流器输入侧存在一个矢量三角形关系，在实际系统中RS 值的影响一般比较小，通常可以忽略不计得到如图3b所示的简化矢量三角形关系，即下式： (2) 在一个开关周期内对上式进行周期平均并假设输入电流能在一个开关周期内跟踪电流指令即可推导出下式： (3)式中K= L/TC，TC为载波周期。 从该模型即可以得到本系统所采用的图4所示的控制框图。此方法称为基于改进周期平均模型的固定频率电流追踪法。
光伏并网逆变器控制与仿真设计 为了达到提高光伏逆变器的容量和性能目的，采用并联型注入变换技术。根据逆变器结构以及光伏发电阵电流源输出的特点，选用工频隔离型光伏并网逆变器结构，并在仿真软件PSCAD中搭建光伏电池和逆变器模型，最后通过仿真与实验验证了理论的正确性和控制策略的可行性。 ?近年来，应用于可再生能源的并网变换技术在电力电子技术领域形成研究热点。并网变换器在太阳能光伏、风力发电等可再生能源分布式能源系统中具有广阔发展前景。太阳能、风能发电的重要应用模式是并网发电，并网逆变技术是太阳能光伏并网发电的关键技术。在光伏并网发电系统中所用到的逆变器主要基于以下技术特点：具有宽的直流输入范围；具有最大功率跟踪（MPPT）功能；并网逆变器输出电流的相位、频率与电网电压同步，波形畸变小，满足电网质量要求；具有孤岛检测保护功能；逆变效率高达92％以上，可并机运行。逆变器的主电路拓扑直接决定其整体性能。因此，开发出简洁、高效、高性价比的电路拓扑至关重要。 ?1 逆变器原理 ?该设计为大型光伏并网发电系统，据文献所述，一般选用工频隔离型光伏并网逆变器结构，如图1所示。光伏阵列输出的直流电由逆变器逆变为交流电，经过变压器升压和隔离后并入电网。光伏并网发电系统的核心是逆变器，而电力电子器件是逆变器的基础，虽然电力电子器件的工艺水平已经得到很大的发展，但是要生产能够满足尽量高频、高压和低EMI的大功率逆变器时仍有很大困难。所以对大容量逆变器拓扑进行研究是一种具有代表性的解决方案。作为太阳能光伏阵列和交流电网系统之间的能量变换器，其安全性，可靠性，逆变效率，制造成本等因素对于光伏逆变器的发展有着举足轻
Requirements for grid-connected Inverters for NA and EU
Intertek Wind Energy Technical Supervisor
Kevin Zhu (祝国平)
https://www.doczj.com/doc/182703766.html,
Relevant Standards Used
G59/G83 VDE 0126-1-1 UL1741 IEEE1547/1547.1 IEC 62116 IEC 61727 AS 4777.3
https://www.doczj.com/doc/182703766.html,
IEC 62116 并网光伏逆变器防孤岛测试步骤
Test Circuit and the parameters to be measured
https://www.doczj.com/doc/182703766.html,
IEC 62116 并网光伏逆变器防孤岛测试步骤
测试设备要求: 1. 测试设备 高速带存储示波器，可用于计算run-on时间； 电压电流频率测量，采样频率10KHz以上； 2. 直流电源 推荐光伏模拟器； 1） 光伏模拟器
条款 输出功率 响应速度 稳定性 填充因子
https://www.doczj.com/doc/182703766.html,
条件 待测设备的最大输出， 50%~66%最大输出，25~33%最大输出， 5%的负载改变，1ms内输出电流相应为稳定值的10%以内 模拟器的输出功率稳定在2% 0.25~0.8
IEC 62116 并网光伏逆变器防孤岛测试步骤
2） 光伏阵 3. 交流电源
条款 电压 电压THD 频率 相角* *—对于三相 条件 额定+、-2% <2.5% 额定+、-0.1Hz 120°+、-1.5°
4. 交流负载 无杂散电感的电阻，低耗电感，低阻低感电容；
https://www.doczj.com/doc/182703766.html,
第一章绪论 1.1 光伏发电背景与意义 作为一种重要的可再生能源发电技术，近年来，太阳能光伏(Photovoltaie，PV)发电取得了巨大的发展，光伏并网发电已经成为人类利用太阳能的主要方式之一。目前，我国已成为世界最大的太阳能电池和光伏组件生产国，年产量已达到100万千瓦。但我国光伏市场发展依然缓慢，截至2007年底，光伏系统累计安装100MWp，约占世界累计安装量的1％，产业和市场之间发展极不平衡。为了推动我国光伏市场的发展，国家出台了一系列的政策法规，如《中华人民共和国可再生能源法》、《可再生能源中长期发展规划》、《可再生能源十一五发展规划》等。这些政策和法规明确了太阳能发电发展的重点目标领域。《可再生能源中长期发展规划》还明确规定了大型电力公司和电网公司必须投资可再生能源，到2020年，大电网覆盖地区非水电可再生能源发电在电网总发电量中的比例要达到3％以上。对于这一目标的实现，光伏发电无疑会起到非常关键的作用。 当下，我国地方和企业正积极共建兆瓦级以上光伏并网电站，全国已建和在建的兆瓦级并网光伏电站共11个（2008年5月前估计），典型的如甘肃敦煌10MW 并网光伏特许权示范项目，青海柴达木盆地的1000MW大型荒漠太阳能并网电站示范工程，云南石林166MW并网光伏实验示范电站。可以预见，在接下来的几年里，光伏并网发电市场将会为我国摆脱目前的金融危机提供强大的动力，光伏产业依然会持续以往的高增长率，光伏市场的前景仍然令人期待。光伏并网发电系统是利用电力电子设备和装置，将太阳电池发出的直流电转变为与电网电压同频、同相的交流电，从而既向负载供电，又向电网馈电的有源逆变系统。按照系统功能的不同，光伏并网发电系统可分为两类：一种是带有蓄电池的可调度式光伏并网发电系统；一种是不带蓄电池的不可调度式光伏并网发电系统。典型的不可调度式光伏并网发电系统如图1-1所示。
三相光伏并网逆变器的设计毕业设计开题报告 1 选题的目的和意义 随着社会生产的曰益发展，对能源的需求量在不断增长，全球范围内的能源危机也日益突出。地球中的化石能源是有限的，总有一天会被消耗尽。随着化石能源的减少，其价格也会提高，这将会严重制约生产的发展和人民生活水平的提高。可再生能源是满足世界能源需求的一种重要资源，特别是对于我们这个人口大国来讲更加重要。其中太阳能资源在我国非常丰富，其应用具有很好的前景。 光伏并网发电系统是通过太阳能电池板将太阳能转化为电能，并通过并网逆变器将直流电变为与市电同频同相的交流电，并回馈电网。存阳光充足时，太阳能发出的电可供使用，而不使用市网电；在阳光不充足或光伏发电量达不到使用量时，由控制部分自动调节，通过市网电给予补充。此系统主要用于输电线路调峰电站以及屋顶光伏系统。 光伏并网发电系统的核心技术是并网逆变器，在本文中对于单相并网逆变器硬件进行了建摸及设计。给出了硬件主回路并对各部分的功能进行了分析，同时选用Tl公司的DSP芯片TMs320F2812作为控制CPU，阐述了芯片特点及选择的原因。并对并网逆变器的控制及软件实现进行了研究。文中对于光伏电池的最大功率跟踪(MPPT)技术作了闸述并提出了针对本设计的实现方法。最后对安全并网的相关问题进行了分析探讨。 2 本选题的国内外动向 太阳能光伏并网发电始于20世纪80年代，由于光伏并网逆变器在并网发电中所起的核心作用，世界上主要的光伏系统生产商都推出了各自商用的并网逆变器产品。这些并网逆变器在电路拓扑、控制方式、功率等级上都有其各自特点，其性能和效率也参差不齐。目前在国内外市场上比较成功的商用光伏并网逆变器主要有以下几种： 1．德国SMA公司的Sunny Boy系列光伏逆变器艾思玛太阳能技术股份公司(SMA SolarTechnology AG)是全球光伏逆变器第一大生产供应商，并引领着全球光伏领域的技术创新和发展。该公司推出的Sunny Boy系列光伏组串逆变器是目前为止并网光伏发电站最成功的逆变器，市场份额高达60％。其在国内的典型工程包括大兴天普“50kWp大型屋顶光伏并网示范电站"、深圳国际园林花卉博览园1MWp光伏并网发电工程等。 2．奥地利Fronius公司的IG系列光伏逆变器Fronius是专业生产光伏并网逆变器和控制器
２０１３．１Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．１ 研究与设计 收稿日期：２０１２－０６－１７ 基金项目：省教育厅自然科学一般项目支持（ＫＪ２０１１Ｂ１３６）作者简介：张为堂（１９７６—），男，安徽省人，实验师，硕士，主要研究方向为电力电子技术及智能控制。 光伏并网逆变器控制设计 张为堂，王 俊，周泽华 （合肥学院机器视觉与智能控制技术重点实验室，安徽合肥２３０６０１） 摘要：基于Ｃ８０５１Ｆ００５单片机设计并实现光伏并网逆变器控制系统。系统由两块ＩＲ２１１０驱动４个ＩＲ５４０构成的Ｈ桥逆变电路，直流电源经过ＬＣ滤波后实现逆变。详细介绍了主电路、保护电路、滤波电路、采样保护电路以及变压器的设计；给出了具体的软件流程图；经过测试系统压差百分数最大值是０．０１３４２２％，最大频偏百分数为０．３４３％，阻性负载下最大相差０．９１，系统的效率达到了８３．００％，完全达到或者超出了系统的设计要求。关键词：光伏；逆变器控制；Ｈ桥逆变电路中图分类号：ＴＭ９１４．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－０８７Ｘ（２０１３）０１－００７１－０３ Ｄｅｓｉｇｎｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌ ＺＨＡＮＧＷｅｉ－ｔａｎｇ，ＷＡＮＧＪｕｎ，ＺＨＯＵＺｅ－ｈｕａ （ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭａｃｈｉｎｅＶｉｓｉｏｎａｎｄＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅＣｏｎｔｒｏｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＨｅｆｅｉＡｎｈｕｉ２３０６０１） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＣ８０５１Ｆ００５ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐｄｅｓｉｇｎ，ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＴｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｔｗｏｂｌｏｃｋｓｏｆＩＲ２１１０ｄｒｉｖｅｒ４ＩＲ５４０ＨｂｒｉｄｇｅｉｎｖｅｒｔｅｒｃｉｒｃｕｉｔｔｈｒｏｕｇｈａＤＣｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅＬＣｆｉｌｔｅｒｔｏｒｅａｌｉｚｅｉｎｖｅｒｓｉｏｎ．Ｔｈｅｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔ，ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ，ｆｉｌｔｅｒｃｉｒｃｕｉｔ，ｓａｍｐｌｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔａｎｄｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｄｅｓｉｇｎｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ；ｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｓｏｆｔｗａｒｅｆｌｏｗｃｈａｒｔｗａｓｇｉｖｅｎ．Ａｆｔｅｒｔｅｓｔ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｓｙｓｔｅｍｉｓ０．０１３４２２％，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｅｖｉａｔｉｏｎｉｓ０．３４３％，ｔｈｅｒｅｓｉｓｔｉｖｅｌｏａｄｕｎｄｅｒｔｈｅｍａｘｉｍｕｍａｎｇｌｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｓ０．９１，ａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｒｅａｃｈｅｓ８３．００％，ｗｈｉｃｈｆｕｌｌｙｍｅｅｔｏｒｅｘｃｅｅｄｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＶ；Ｉｎｖｅｒｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌ；Ｈｂｒｉｄｇｅｉｎｖｅｒｔｅｒｃｉｒｃｕｉｔ １设计要求 光伏发电在现代社会发展的过程中扮演着越来越重要的作用，研究光伏发电装置的设计有着比较重要的现实意义。现有一光伏逆变器设计要求如下： （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Ｕｄ＝１／２Ｕｓ，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）当ＲＳ＝ＲＬ＝３０Ω时，ＤＣ－ＡＣ变换器的效率h ≥６０％。（４）当ＲＳ＝ＲＬ＝３０Ω时，输出电压ｕｏ的失真度ＴＨＤ≤５％。（５）具有输入欠压保护功能，动作电压Ｕｄ（ｔｈ）＝（２５±０．５）Ｖ。（６）具有输出过流保护功能，动作电流Ｉｏ（ｔｈ）＝（１．５±０．２）Ａ。 ２方案设计 ２．１设计思路 其实上述设计要求的重点和难点在于如何在提高效率的前提下实现ＭＰＰＴ控制和频率相位的跟踪。本系统采用单片机控制输出电压和参考电压比较差来实现对输出电压的相位 和频率的跟踪，通过扰动法来实现ＭＰＰＴ最大功率点跟踪［１－２］。 ２．２系统结构 光伏并网逆变器的硬件设计是整个系统设计的基础，只有在系统硬件设计可行稳定可靠的前提下，其他控制方案才能得以继续。系统硬件主要包括ＤＣ－ＡＣ模块、驱动电路模块、滤波电路、保护电路、频率相位跟踪电路、变压器设计电路等模块。整体结构框图如图１所示。 ３各功能模块的设计与实现 ３．１ＤＣ－ＡＣ模块 本系统的逆变主电路图采用典型的Ｈ桥变换电路，选用的逆变主元器件是ＩＲＦ５４０，因为在导通状态下，其通态阻值非常小（仅为０．０４７Ω）［３－４］，这样可以在很大程度上减少损耗，提高系统的效率，主电路如图２所示。 ３．２驱动电路设计 驱动电路采用两块ＩＲ２１１０驱动４个ＩＧＢＴ管ＩＲＦ５４０，因 图１系统结构框图
并网逆变器选型细则 并网逆变器就是将太阳能直流电转换为可接入交流市电的设备,就是太阳能光伏发电站不可缺少的重要组成部分。以下对光伏电站设计过程中并网逆变器及其选型做比较详细的介绍与分析。 1. 并网逆变器在光伏电站中的作用 光伏发电系统根据其应用模式一般可分为独立发电系统、并网发电系统以及混合系统,而并网发电系统的基本特点就就是太阳电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。 1、1 并网光伏电站的基本结构 1、2 并网逆变器功作用与功能 并网逆变器就是电力、电子、自动控制、计算机及半导体等多种技术相互渗透与有机结合的综合体现,它就是光伏并网发电系统中不可缺少的关键部分。并网逆变器的主要功能就是: ◆最大功率跟踪 ◆DC-AC转换 ◆频率、相位追踪 ◆相关保护 2. 并网逆变器分类 并网逆变器按其电路拓扑结构可以分为变压器型与无变压器型逆变器,其中变压器型又分为高频变压器型与低频变压器型。变压器型与无变压器型逆变器的主要区别在于安全性与效率两个方面。以下对三种类型逆变器做简单介绍: ◆高频变压器型 采用DC-AC-DC-AC的电路结构,设计较为复杂,采用较多的功率开关器件,因此损耗较大。 ◆低频变压器型 采用DC-AC-AC的电路结构,电路简单,采用普通工频变压器,具有较好的电气安全性,但效率较低。 ◆无变压器型 采用DC-AC的电路结构,无电气隔离,电压范围较窄,但就是损耗小、效率高。
3. 并网逆变器主要技术指标 a、使用环境条件 逆变器正常使用条件:包括工作温度、工作湿度以及逆变器的冷却方式等相关指标。 b、直流输入最大电流 c、直流输入最大电压 d、直流输入MPP电压范围 逆变器对太阳能电池部分进行最大功率追踪(MPPT)的电压范围,一般小于逆变器允许的最大直流输入电压,设计电池组件的输出电压应当在MPP电压范围之内。 e、直流输入最大功率 大于逆变器的额定输出功率,即通常所说的“逆变器功率”。为了充分利用逆变器的容量,设计接入并网逆变器的电池组件的标称功率可以等于直流侧输入最大功率。 f、最大输入路数 指逆变器直流侧可接入的直流回路数目。 g、额定输出电压 在规定的输入条件下,逆变器应输出的电压值。电压波动范围一般应:单相220V±5%,三相380±5%。 h、额定输出功率 在规定的输出频率与负载功率因数下,逆变器应输出的额定电流值。 i、额定输出频率 在并网系统中,额定输出频率要对应所并入的电网频率,而且当电网的频率与相位有微小波动时,逆变器输出的交流电应自动追踪电网的频率与相位。当检测到电网频率波动过大,逆变器将自动切离电网。我国的市电频率为50Hz,并网逆变器频率波动范围一般在±3%以内。 j、最大谐波含量 正弦波逆变器,在阻性负载下,输出电压的最大谐波含量应≤10%。 k、过载能力 在规定的条件下,在较短时间内,逆变器输出超过额定电流值的能力。逆变器
一文看懂光伏逆变器工作原理！ 工作原理及特点 工作原理： 逆变装置的核心，是逆变开关电路，简称为逆变电路。该电路通过电力电子开关的导通与关断，来完成逆变的功能。 特点： (1)要求具有较高的效率。 由于目前太阳能电池的价格偏高，为了最大限度的利用太阳能电池，提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率。 (2)要求具有较高的可靠性。 目前光伏电站系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变器有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变器具备各种保护功能，如：输入直流极性接反保护、交流输出短路保护、过热、过载保护等。 (3)要求输入电压有较宽的适应范围。 由于太阳能电池的端电压随负载和日照强度变化而变化。特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大，如12V的蓄电池，其端电压可能在 10V~16V之间变化，这就要求逆变器在较大的直流输入电压范围内保证正常工作。 光伏逆变器分类 有关逆变器分类的方法很多，例如：根据逆变器输出交流电压的相数，可分为单相逆变器和三相逆变器;根据逆变器使用的半导体器件类型不同，又可分为晶体管逆变器、晶闸管逆变器及可关断晶闸管逆变器等。根据逆变器线路原
理的不同，还可分为自激振荡型逆变器、阶梯波叠加型逆变器和脉宽调制型逆变器等。根据应用在并网系统还是离网系统中又可以分为并网逆变器和离网逆变器。为了便于光电用户选用逆变器，这里仅以逆变器适用场合的不同进行分类。 1、集中型逆变器 集中逆变技术是若干个并行的光伏组串被连到同一台集中逆变器的直流输入端，一般功率大的使用三相的IGBT功率模块，功率较小的使用场效应晶体管，同时使用DSP转换控制器来改善所产出电能的质量，使它非常接近于正弦波电流，一般用于大型光伏发电站(>10kW)的系统中。最大特点是系统的功率高，成本低，但由于不同光伏组串的输出电压、电流往往不完全匹配(特别是光伏组串因多云、树荫、污渍等原因被部分遮挡时)，采用集中逆变的方式会导致逆变过程的效率降低和电户能的下降。同时整个光伏系统的发电可靠性受某一光伏单元组工作状态不良的影响。最新的研究方向是运用空间矢量的调制控制以及开发新的逆变器的拓扑连接，以获得部分负载情况下的高效率。 2、组串型逆变器 组串逆变器是基于模块化概念基础上的，每个光伏组串(1-5kw)通过一个逆变器，在直流端具有最大功率峰值跟踪，在交流端并联并网，已成为现在国际市场上最流行的逆变器。 许多大型光伏电厂使用组串逆变器。优点是不受组串间模块差异和遮影的影响，同时减少了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，从而增加了发电量。技术上的这些优势不仅降低了系统成本，也增加了系统的可靠性。同时，在组串间引人"主-从"的概念，使得系统在单串电能不能使单个逆变器工作的情况下，将几组光伏组串联系在一起，让其中一个或几个工作，从而产出更多的电能。 最新的概念为几个逆变器相互组成一个"团队"来代替"主-从"的概念，使得系统的可靠性又进了一步。目前，无变压器式组串逆变器已占了主导地位。
100kW光伏并网逆变器 设计方案 目录 1. 百千瓦级光伏并网特点 (2) 2 光伏并网逆变器原理 (3) 3 光伏并网逆变器硬件设计 (3) 3.1主电路 (6) 3.2 主电路参数 (7) 3.2.1 变压器设计............................................................................. 错误!未定义书签。 3.2.3 电抗器设计 (7) 3.3 硬件框图 (10) 3.3.1 DSP控制单元 (11) 3.3.2 光纤驱动单元 (11) 3.3.2键盘及液晶显示单元 (13) 3 光伏并网逆变器软件 (13)
1. 百千瓦级光伏并网特点 2010年全球太阳能光伏发电系统装机容量将达到10000MWp（我国将达到400MWp），2010年以后还将呈进一步加速发展趋势。百千瓦级大型光伏发电并网用逆变控制功率调节设备，成本低，效率高，容量大，被国内外光伏界公认为是适合大功率光伏发电并网用的最具技术含量、最有发展前景的新一代主流产品，直接影响到未来光伏发电的走向。 百千瓦级大功率光伏并网逆变电源其应用对象主要为大型光伏并网电站，从原理上讲，其并网控制技术与中小功率光伏并网系统的控制技术基本相同，但由于装置容量较大，在技术指标的实现达标和功能设计方面却有较大区别。 在技术指标上，主要会影响： 1.并网电流畸变率 在系统的额定容量达到一定数量级时，一些存在的技术问题将会逐步暴露并影响到系统的性能指标，其最重要的一点就是并网电流波形畸变率的控制和电流滤波方式。该系统中的主变压器一般选择为三相Δ/Y型式，且容量较大，此时变压器的非线性和励磁电流对并网电流波形的影响不容忽视，否则会引起并网电流波形的明显畸变和三相电流不平衡。 2.电磁噪声 由于是三相桥式逆变结构，受IGBT功率模块的开关频率限制及考虑系统的效率指标，系统的电流脉动要远高于中小功率系统，对电流的滤波和噪声控制需要特别注意，此时对系统的滤波电路设计和并网电流PWM控制方式的研究至关重要。由于系统的dv/dt、di/dt和电流幅值较大，其EMI和EMC的指标实现可能存在技术难度，由于系统的噪声可能影响其电流、功率的检测和计算精度，在最大功率跟踪和孤岛效应识别等方面的影响还难以预计。 在技术指标上，主要考虑： 1)主电路工艺结构设计 2)散热工艺结构设计 3)驱动方式设计
光伏并网逆变器的电流锁相改进方案及实现 摘要：基于光伏发电并网逆变器控制中电流锁相的重要性和复杂性，提出了带预锁相和遗忘算法的电流锁相方案，该方案可采用硬件锁相和软件锁相两种方式实现。建立了以MC56F8345 型DSF 为控制核心的PWM 逆变器数字化并网实验平台，对改进后的电流锁相方案进行验证。实验结果表明，该方案很好地实现了逆变器输出电流与电网电压的同步锁相控制，且输出电流的幅值、相位、频率均符合控制要求，可稳定、可靠地并网发电，并能实现网侧单位功率因数。关键词：光伏发电；并网逆变器；电流锁相1 引言在光伏发电系统中，并网逆变器输出电流的控制十分重要。有效控制逆变器输出电流可实现网侧功率因数可调。控制电流时，电流锁相十分关键，必须对电网电压的频率和相位进行实时检测，并以此控制逆变器输出电流与电网电压保持同频同相，即同步锁相。若不能稳定、可靠地锁相，则在逆变器与电网连接(并网)过程中会 产生很大的环流，对设备造成冲击，缩短设备使用寿命，严重时还会损坏设备。因此，研究光伏发电并网逆变器电流锁相改进方案及数字化实现具有现实意义。 2 光伏并网逆变器电流矢量控制策略光伏发电并网系统结构框图如图1 所示。图中上半部分为系统主电路，下半部分为系统控制电路。控制过程如下：根据PV 的输出电压、电流，由MPPT 算法获得Ud 参考值，与Ud 实际值比较后经电压调节器得到有功电流(d 轴电流)参考值。φ*为给定功率因数角，为无功电流(q 轴电流)参考值。若要求单位功率因数，则φ*=0，=0。 电流闭环控制通常采用电流矢量控制。图2 示出电流矢量控制的矢量关系图。 u，i．e 分别为逆变器输出电压、输出电流和电网电压的空间矢量。旋转坐
并网逆变器选型细则 并网逆变器是将太阳能直流电转换为可接入交流市电的设备，是太阳能光伏发电站不可缺少的重要组成部分。以下对光伏电站设计过程中并网逆变器及其选型做比较详细的介绍和分析。 1．并网逆变器在光伏电站中的作用 光伏发电系统根据其应用模式一般可分为独立发电系统、并网发电系统以及混合系统，而并网发电系统的基本特点就是太阳电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。 1.1 并网光伏电站的基本结构 1.2 并网逆变器功作用和功能 并网逆变器是电力、电子、自动控制、计算机及半导体等多种技术相互渗透与有机结合的综合体现，它是光伏并网发电系统中不可缺少的关键部分。并网逆变器的主要功能是： ◆最大功率跟踪 ◆DC-AC转换 ◆频率、相位追踪 ◆相关保护 2．并网逆变器分类 并网逆变器按其电路拓扑结构可以分为变压器型和无变压器型逆变器，其中变压器型又分为高频变压器型和低频变压器型。变压器型和无变压器型逆变器的主要区别在于安全性和效率两个方面。以下对三种类型逆变器做简单介绍： ◆高频变压器型 采用DC-AC-DC-AC的电路结构，设计较为复杂，采用较多的功率开关器件，因此损耗较大。 ◆低频变压器型 采用DC-AC-AC的电路结构，电路简单，采用普通工频变压器，具有较好的电气安全性，但效率较低。
◆无变压器型 采用DC-AC的电路结构，无电气隔离，电压范围较窄，但是损耗小、效率高。 3．并网逆变器主要技术指标 a. 使用环境条件 逆变器正常使用条件：包括工作温度、工作湿度以及逆变器的冷却方式等相关指标。 b. 直流输入最大电流 c.直流输入最大电压 d. 直流输入MPP电压范围 逆变器对太阳能电池部分进行最大功率追踪（MPPT）的电压范围，一般小于逆变器允许的最大直流输入电压，设计电池组件的输出电压应当在MPP电压范围之内。 e. 直流输入最大功率 大于逆变器的额定输出功率，即通常所说的“逆变器功率”。为了充分利用逆变器的容量，设计接入并网逆变器的电池组件的标称功率可以等于直流侧输入最大功率。 f. 最大输入路数 指逆变器直流侧可接入的直流回路数目。 g. 额定输出电压 在规定的输入条件下，逆变器应输出的电压值。电压波动范围一般应：单相220V±5%，三相380±5%。 h. 额定输出功率 在规定的输出频率和负载功率因数下，逆变器应输出的额定电流值。 i. 额定输出频率 在并网系统中，额定输出频率要对应所并入的电网频率，而且当电网的频率和相位有微小波动时，逆变器输出的交流电应自动追踪电网的频率和相位。当检测到电网频率波动过大，逆变器将自动切离电网。我国的市电频率为50Hz，并网逆变器频率波动范围一般在±3%以内。
光伏并网逆变器及其拓扑结构的设计 对于传统电力电子装置的设计，我们通常是通过每千瓦多少钱来衡量其性价比的。但是对于光伏逆变器的设计而言，对最大功率的追求仅仅是处于第二位的，欧洲效率的最大化才是最重要的。因为对于光伏逆变器而言，不仅最大输出功率的增加可以转化为经济效益，欧洲效率的提高同样可以，而且更加明显。欧洲效率的定义不同于我们通常所说的平均效率或者最高效率。它充分考虑了太阳光强度的变化，更加准确地描述了光伏逆变器的性能。欧洲效率是由不同负载情况下的效率按照不同比重累加得到的，其中半载的效率占其最大组成部分。因此为了提高光伏逆变器的欧洲效率，仅仅降低额定负载时的损耗是不够的，必须同时提高不同负载情况下的效率(图1)。 图1: 欧洲效率计算比重 1、功率器件的选型 在通用逆变器的设计中，综合考虑性价比因素，IGBT是最多被使用的器件。因为IGBT 导通压降的非线性特性使得IGBT的导通压降并不会随着电流的增加而显著增加。从而保证了逆变器在最大负载情况下，仍然可以保持较低的损耗和较高的效率。但是对于光伏逆变器而言，IGBT的这个特性反而成为了缺点。因为欧洲效率主要和逆变器不同轻载情况下效率的有关。在轻载时，IGBT的导通压降并不会显著下降，这反而降低了逆变器的欧洲效率。相反，MOSFET的导通压降是线性的，在轻载情况下具有更低的导通压降，而且考虑到它非常卓越的动态特性和高频工作能力，MOSFET成为了光伏逆变器的首选。另外考虑到提高欧效后的巨大经济回报，最新的比较昂贵的器件，如SiC二极管，也正在越来越多的被应用在光伏逆变器的设计中，SiC肖特基二极管可以显著降低开关管的导通损耗，降低电磁干扰。 为了得到最大输入功率，电路必须具备根据不同太阳光条件自动调节输入电压的功能，最大功率点一般在开环电压的70%左右，当然这和具体使用的光伏电池的特性也有关。典型的电路是通过一个boost电路来实现。然后再通过逆变器把直流电逆变为可并网的正弦交流电。 2、单相无变压器式光伏逆变器拓扑结构的设计： 拓扑结构的选择和光伏逆变器额定输出功率有关。对于4kw以下的光伏逆变器，通常选用直流母线不超过500V，单相输出的拓扑结构，如图2所示：
太阳能光伏并网逆变器的设计原理框图 随着生态环境的日益恶化，人们逐渐认识到必须走可持续发展的道路，太阳能必须完成从补充能源向替代能源的过渡。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。目前并网型系统的研究主要集中于DC-DC和DC-AC两级能量变换的结构。DC-DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点;DC-AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。其中DC-AC是系统的关键设计。 太阳能光伏并网系统结构图如图1所示。本系统采用两级式设计，前级为升压斩波器，后级为全桥式逆变器。前级用于最大功率追踪，后级实现对并网电流的控制。控制都是由DSP芯片TMS320F2812协调完成。 图1 光伏并网系统结构图
逆变器的设计 太阳能并网逆变器是并网发电系统的核心部分，其主要功能是将太阳能电池板发出的直流电逆变成单相交流电，并送入电网。同时实现对中间电压的稳定，便于前级升压斩波器对最大功率点的跟踪。并且具有完善的并网保护功能，保证系统能够安全可靠地运行。图2是并网逆变器的原理图。 图2 逆变器原理框图
控制系统以TI公司的TMS320F2812为核心，可以实现反馈信号的处理和A/D转换、DC/DC变换器和PWM逆变器控制脉冲的产生、系统运行状态的监视和控制、故障保护和存储、485通讯等功能。实际电路中的中间电压VDC、网压、并网电流和太阳能电池的电压电流信号采样后送至F2812控制板。控制板主要包括：CPU及其外围电路，信号检测及调理电路，驱动电路及保护电路。其中信号检测及调理单元主要完成强弱电隔离、电平转换和信号放大及滤波等功能，以满足DSP控制系统对各路信号电平范围和信号质量的要求。驱动电路起到提高脉冲的驱动能力和隔离的作用。保护逻辑电路则保证发生故障时，系统能从硬件上直接封锁输出脉冲信号。 在实现同频的条件下可用矢量进行计算，从图3可以看出逆变器输出端存在如图3a所示的矢量关系，对于光伏并网逆变器的输入端有下列基本矢量关系式： Vac=Vs+jωL·IN+RS·IN (1) 式中Vac—电网基波电压幅值，Vs—逆变器输出端基波幅值。