光伏微型发电逆变器的设计

微型光伏发电逆变器的设计摘要目前，人类社会发展迅速，对能源的需求不断加大，能源危机和环境保护成了21世纪的主题。

太阳能具有无限性，清洁性等特点，如果能加以利用，对人类以后的发展和延续由很重要的意义。

在此背景下，本设计基于TMS320F240对光伏发电并网逆变器做出了分析和研究。

本设计首先介绍了国内外光伏发电的现状，分析了光伏发电的工作原理，然后对主电路结构进行分析和选择，最终确定前级采用Boost升压电路以及后级采用全桥逆变电路，逆变主电路采用无变压器绝缘的两级拓扑结构。

控制方法采用滞环反馈调节。

分析了太阳能电池的工作原理，确定了采用扰动观测法实现最大功率点跟踪（MPPT）的方法。

接着论述了孤岛效应的产生原因和危害，确定了采用周期性扰动正反馈频率漂移(AFDPF)孤岛检测方法。

对系统进行了软硬件的设计，最后利用MATLAB软件对系统部分指标进行了仿真，满足了部分要求。

本次设计能够部分解决地区供电难，社会能源短缺问题，对社会发展和稳定有重大现实意义。

关键词：太阳能，光伏并网逆变器，最大功率点跟踪，孤岛检测，MATLABThe Design of Photovoltaic InverterABSTRACTAt present, the development of human beings growing demand for energy, the energy crisis and environmental pollution have become the theme of this century. In this background, this paper use the solar energy, based on TMS320F240 is designed 800 w miniature grid-connected photovoltaic inverter.At first, this paper analyzes the main circuit structure of system, before the final level using the Boost booster circuit, and the latter adopts full bridge inverter circuit working principle of inverter main circuit adopts the two levels of topological structure of transformer insulation. Then analyzed the working principle of solar cells, determines the disturbance observation method is used to achieve maximum power point tracking (MPPT) method. Then discusses the causes and harm of islanding, determines the periodic disturbance using positive feedback frequency drift island (AFDPF) detection method.Finally, the system hardware and software design, and on the part of the performance of the MATLAB simulation, to verify the part of the performance of the system.KEY WORDS:The solar energy，Photovoltaic grid-connected inverter，Maximum power point tracing，Island detection，MATLAB目录前言 (1)第1章绪论 (2)1.1 微型光伏发电逆变器国内外研究动态 (2)1.2 选题的依据和意义 (2)1.3 基本内容和解决重点问题 (3)1.4 研究进度 (3)1.5 主要内容 (3)第2章控制系统总体设计 (4)2.1 光伏逆变系统的工作过程 (5)2.2 光伏并网逆变系统的性能指标和参数要求 (6)2.2.1 逆变器性能指标 (6)2.2.2 逆变器参数要求 (6)2.3 光伏并网逆变系统的控制方案 (7)2.3.1 系统的整体控制方案 (7)第3章控制系统硬件设计 (10)3.1 控制系统的整体构成 (10)3.2 控制系统中变量分析 (10)3.2.1 变步长扰动观察法实现最大功率点跟踪 (10)3.2.2 孤岛效应及其检测方法 (12)3.3控制系统中所用硬件设备的选择 (13)3.3.1 Boost电路设计 (13)3.3.2 逆变电路设计 (15)3.3.3 驱动电路的设计 (17)3.3.4 控制电路的设计 (18)第4章控制系统的软件设计 (19)4.1 MATLAB简介 (19)4.2控制系统整体设计 (20)4.3 DSP 锁相环节软件设计 (20)第5章系统仿真 (22)5.1电流跟踪型逆变器仿真 (22)5.2光伏阵列的仿真 (25)5.3扰动观察法模型仿真 (28)第6章总结与展望 (31)6.1本设计主要完成的工作 (31)6.2控制系统的性能和优缺点 (31)6.3控制系统设计过程中的技术难点 (32)6.4控制系统还需改进的地方 (32)谢辞 (33)参考文献 (34)外文翻译资料 (36)前言本课题主要针对目前能源问题而设计，能源问题一直关乎人类生存和发展，是人类能否延续下去的关键。

小功率光伏逆变器设计韩 翠（中国矿业大学 计算机科学与技术学院 江苏 徐州 221000）摘 要： 光伏发电系统是由光伏电池板产生电能并将其转换成负载所能使用的电能的一种装置。

本文所设计的小功率光伏逆变器主要包括直流升压电路的设计和逆变电路的设计，逆变器成功的将光电转换成220v 的工频交流电供用户使用，本逆变器具有体积小，转化效率高的特点。

关键词： 光伏发电；逆变器；直流升压中图分类号：TM91 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0120057－010 引言压器的次级线圈串接在一起；整流滤波电路将高压交流电，整流滤波生成高压直流电，整流滤波电路采用全波整流滤波，由四个二极管组成的整流光伏发电是将太阳的光能转化为电能的发电方式，它包括光化学发桥串联电感和电容组成的滤波电路构成；PWM 生成及稳压控制电路主要由电、光感应发电和光伏发电[1-2]。

光伏发电是利用光伏电池板将太阳光意法半导体公司（ST ）生产的PWM 控制器SG3525A 来完成[5]。

其中的PWM 生的能量直接转化为电能的发电方式。

由于光伏电池和蓄电池是直流电源，成及稳压控制电路如图2所示。

当负载为交流负载时，就需要逆变器将直流电能转换成交流电能的作用。

推挽升压电路中的四个开关器件（Q5、Q6、Q7、Q8）在高频开关信号光伏逆变装置从结构上一般可分为工频和高频两种，工频光伏逆变装置由下工作，并且两个为一组在PWM 信号控制下交替导通。

PWM 控制器用简单的于带有工频变压器，所以体积较大且比较笨重，更主要的是效率较低。

随比例控制方法动态地调节PWM 输出信号的脉宽，当直流电压高于标准值着电力电子元器件的逐步发展，对于功率较小的系统，高频光伏逆变装置时，脉宽占空比为10%，当直流电压低于标准值时脉宽占空比为50%，升压已经得到了广泛的使用，高频光伏逆变装置一般是用DC-DC 高频升压电路电路能够很快的稳定在给定的参考电压上。

微型光伏逆变器设计要素及拓扑结构1.微型逆变器设计要素与整个系统使用一个逆变器相比，为系统内每个太阳能电池组件都配备一个微型逆变器会再次提升整个系统的转换效率。

微型逆变器拓扑的主要好处是，即便其中一个逆变器消失故障，能量转换仍能进行。

设计微型逆变器需要考虑的要素如下：1）变换效率高。

并网逆变器的变换效率直接影响整个发电系统的效率，为了保证整个系统较高的发电效率，要求并网微型逆变器具有较高的变换效率。

2）牢靠性高。

由于微型逆变器直接与太阳能电池组件集成，一般与太阳能电池组件一起放于室外，其工作环境恶劣，要求微型逆变器具有较高的牢靠性3）寿命长。

太阳能电池组件的寿命一般为二十年，微型逆变器的使用寿命应当与太阳能电池组件的寿命相当。

4）体积小。

微型逆变器直接与太阳能电池组件集成在一起，其体积越小越简单与太阳能电池组件集成。

5）成本低。

低成本是产品进展的必定趋势，也是微型逆变器市场化的需求。

认真权衡这些高层次要求是确定MCU需要哪些功能的最好方法，例如，当并联太阳能电池组件时需要负载平衡掌握。

所选MCU 必需能检测负载电流以及能通过开/关掌握MOSFET上升或降低输出电压，这需要一个高速片上ADC来采样电压和电流。

对于针对光伏逆变器应用所设计的MCU，一个极具价值的特性是双片上振荡器，可用于时钟故障检测以提高牢靠性。

能够同时运行两个系统时钟的力量也有助于削减太阳能电池组件安装时消失的问题。

由于在微型逆变器设计中分散了如此多的创新，对MCU来说，其最重要的特性或许就是软件编程力量，该特性使得在电源电路设计和掌握中拥有最高的敏捷性。

片上集成恰当的掌握外设以及高模拟集成度是保证系统低成本的两个基本要素，为执行针对优化转换、系统监控和能量存储各环节中的效率所开发出的算法，高性能也是必需的。

2.微型逆变器拓扑结构微型逆变器的特别应用需求，打算了其不能采纳传统的降压型逆变器拓扑结构，如全桥、半桥等拓扑，而应当选择能够同时实现升降压变换功能的变换器拓扑，除能够实现升降压变换功能外，还应实现电气隔离；另一方面，高效率、小体积的要求打算了其不能采纳工频变压器实现电气隔离，需要采纳高频变压器。

小型太阳能光伏发电系统设计一、引言随着能源需求的不断增长和环境问题的日益严重，可再生能源逐渐成为人们关注的焦点。

太阳能光伏发电作为一种清洁、可再生的能源，具有广阔的发展前景。

本文旨在设计一个小型太阳能光伏发电系统，以满足家庭日常用电需求，并探讨其在实际应用中的可行性和优势。

二、系统设计1. 光伏组件选择光伏组件是太阳能光伏发电系统中最关键的部分，其性能直接影响系统的发电效率。

在选择光伏组件时，应考虑其转换效率、耐久性和成本等因素。

常见的光伏组件有单晶硅、多晶硅和薄膜太阳能电池等。

根据实际需求和经济考虑，本文选择多晶硅太阳能电池作为光伏组件。

2. 逆变器设计逆变器是将直流电转换成交流电供家庭用电器使用的关键设备。

在设计逆变器时，应考虑其转换效率、输出波形质量以及负载容量等因素。

根据实际需求，本文选择了高效率、低失真的逆变器，并根据家庭用电负载的特点进行适当的容量选择。

3. 电池储能系统设计太阳能光伏发电系统在夜晚或阴天时无法直接发电，因此需要储能系统来存储白天产生的多余电能。

在设计储能系统时，应考虑其容量、充放电效率以及寿命等因素。

本文选择了高容量、高效率的锂离子电池作为储能系统，并根据实际需求进行适当的容量选择。

4. 控制与监测系统设计为了保证太阳能光伏发电系统的正常运行和安全性，需要设计相应的控制与监测系统。

控制系统可以实现对光伏组件、逆变器和储能系统等设备进行监控和调节，以保证其正常运行和最大化发电效果。

监测系统可以对发电功率、负载功率以及储存状态等进行实时监测，并提供相应数据供用户参考。

三、性能分析1. 发电效率分析通过对太阳辐射强度和光伏组件转换效率等因素进行分析，可以评估太阳能光伏发电系统的发电效率。

根据实际数据和模拟计算，本文得出了系统的平均发电效率，并与其他可再生能源发电系统进行了比较。

2. 经济性分析太阳能光伏发电系统的经济性是评估其实际应用价值的重要指标。

本文通过对系统的投资成本、运行维护成本和可回收能源价值等进行综合分析，得出了太阳能光伏发电系统在经济上的可行性，并与传统能源供应方式进行了对比。

小型离网光伏发电系统中逆变器的设计与仿真本文针对光伏发电系统中的核心环节-光伏逆变器进行了设计，分析了其拓扑结构与数学模型，其主电路由BOOST升压电路与单相全桥逆变电路组成，控制电路采用TMS320LF2812型DSP作为控制器件，采用PI+复合的控制算法，最后通过MATLAB/SIMULINK仿真验证了设计的合理性。

标签：离网逆变器；光伏阵列；BOOST升压电路；重复控制引言目前，能源紧缺已成为我国乃至整个世界经济发展所面临的一个重要问题，而太阳能由于安全、可靠、环保、可持续利用的特点，越来越多的被人们广泛的开发利用，太阳能光伏发电系统已经成为目前各国研究设计的一个重要内容，本文以小型离网光伏发电系统中的逆变器为研究对象，对其展开设计分析。

1 逆变器的设计1.1 小型离网光伏逆变器结构的设计小型离网光伏发电系统由光伏阵列、蓄电池组、光伏控制器、光伏逆变器、交直流负载等几部分组成，其基本结构如图1所示。

白天，光伏阵列将太阳能转化为电能，在光伏控制器控制下，为交直流负载提供电能，并为蓄电池充电；夜晚，蓄电池储存的电经光伏控制器为交直流负载供电[1]。

其中光伏逆变器将光伏阵列或蓄电池出来的直流电转化为交流电，是整个光伏发电系统的核心设备。

逆变器结构由输入电路、逆变电路、输出滤波电路、控制电路、保护电路和辅助电源等组成，如图2所示。

其中输入电路将光伏阵列或蓄电池出来的直流电整形滤波，小型离网光伏系统的逆变器常采用单相逆变器，逆变电路将直流电转变为单相交流电，如果采用开环控制，输出量不用反馈到控制电路，而如果采用闭环控制，输出量还要反馈到控制电路。

控制电路的功能是按要求产生并调节一系列的控制脉冲来控制逆变开关管的导通和关断，从而配合逆变主电路完成逆变功能。

辅助电源的功能是为控制电路提供直流工作电压。

保护电路主要实现过压保护、欠压保护、过负荷保护、短路保护等。

1.2 小型离网光伏逆变器主电路的设计考虑到采用变压器的逆变电路中变压器的能耗问题，拓扑结构采用了无变压器的逆变电路，其结构如图3所示，由蓄电池或光伏阵列出来的直流电经过直流升压后，再经过逆变滤波，转化为负载可以直接利用的交流电。

光伏发电系统中逆变器方案的设计随着可再生能源的不断发展和应用，光伏发电系统已成为一种重要的清洁能源发电方式。

而光伏发电系统中的逆变器作为转换直流电能为交流电能的关键设备，在系统设计中起着至关重要的作用。

本文将从光伏发电系统逆变器的基本原理、设计要求和技术方案等几个方面展开，探讨光伏发电系统中逆变器方案的设计。

一、光伏发电系统逆变器的基本原理光伏发电系统中的太阳能电池板将太阳能转换成直流电能，而交流电力系统则需求交流电能，因此就须要借助逆变器将光伏发电的直流电能转化为电能输出。

逆变器的作用是通过改变电压、频率和相位，将直流电转换为交流电。

逆变器的工作原理主要包括开关元件的控制和功率电子器件的转换过程。

二、光伏发电系统逆变器的设计要求1.效率高：光伏发电系统逆变器的效率对系统的发电量和经济性影响较大，因此要求逆变器的效率尽可能高。

2.稳定性好：光伏发电系统在日常运行中会受到日照、温度等环境因素的影响，因此逆变器需要具有良好的稳定性，能够适应不同的工作环境。

3.可靠性高：作为光伏发电系统的核心部件之一，逆变器的可靠性对系统的发电效率和稳定性至关重要。

4.通信便捷：逆变器需要实时监测光伏发电系统的工作状态、数据参数等信息，并与其他设备进行通信，以实现对系统的有效监控和管理。

三、光伏发电系统中逆变器的技术方案1. 多级逆变器技术方案：多级逆变器是一种将直流电能分阶段进行逆变的技术方案，能够有效降低开关器件的损耗，提高系统的整体效率。

在光伏发电系统中采用多级逆变器技术方案，可以有效提高系统的功率密度和可靠性，从而实现更好的发电效果。

2. 智能控制技术方案：智能控制技术方案是指通过先进的控制算法和通信技术，实现对逆变器的精准控制和实时监测。

通过智能控制技术，可以对光伏发电系统的运行状态进行精准调节，提高系统的稳定性和效率。

3. 模块化设计技术方案：模块化设计技术方案是指将逆变器设计为多个功能模块组成的结构，可以根据实际需要进行灵活组合和扩展。

光伏逆变器的设计与控制光伏逆变器是在光伏发电系统中至关重要的一部分，它负责将由光伏组件产生的直流电转变为交流电供应给电网或负载。

在光伏逆变器的设计与控制过程中，需要考虑电流、电压、频率等多个因素，以确保逆变器的高效运行和安全性。

本文将详细介绍光伏逆变器的设计和控制方法。

一、光伏逆变器的设计1. 逆变器拓扑结构设计逆变器的拓扑结构决定了其工作性能和效率。

典型的逆变器结构包括单相桥式逆变器、三相桥式逆变器、多级逆变器等。

在选择逆变器拓扑时，需要考虑系统的功率要求、设计成本、效率等因素。

2. 开关器件选择逆变器的开关器件是实现电能转换的核心组件，常用的有IGBT、MOSFET等。

在选择开关器件时，需要考虑其导通压降、开关速度、损耗等因素，以确保逆变器的性能和效率。

3. 控制电路设计逆变器的控制电路决定了其电流与电压的调节性能。

常用的控制电路有电压闭环控制和电流闭环控制。

其中，电压闭环控制通过反馈系统控制输出电压，电流闭环控制通过反馈系统控制输出电流，可以实现更精确的电流控制。

4. 滤波器设计在光伏逆变器的输出端需要加入滤波器来滤除谐波和噪声。

滤波器的设计应考虑其频率特性和衰减特性，以确保逆变器输出的交流电质量良好。

二、光伏逆变器的控制1. MPPT算法最大功率点追踪（MPPT）是光伏逆变器控制的重要环节。

光伏组件的输出功率与光照强度、温度等因素相关，MPPT算法通过不断调整逆变器的工作状态，追踪出光伏组件的最大功率点，从而提高光伏系统的整体效率。

2. 电网连接控制光伏逆变器通常需要与电网连接，与电网进行同步运行。

在电网连接控制中，需要考虑电压频率、相位等因素，确保逆变器输出的交流电与电网保持同步，并满足电网的电压、频率等要求。

3. 故障保护光伏逆变器的故障保护是确保逆变器安全运行的重要环节。

常见的故障包括过压、过流、短路等，逆变器应具备对这些故障进行检测和保护的能力，同时及时发出警报并停机，以避免损坏设备或危害人身安全。

光伏发电逆变器设计-回复光伏发电逆变器设计，是指逆变器在光伏系统中扮演的重要角色。

光伏系统中，太阳能电池板可以将太阳光转化为直流电能，而逆变器则将这种直流电能转换为交流电能，以供电网使用或直接为家庭用电提供电能。

逆变器的设计涉及到多个方面的考虑，包括组件选择、功率转换效率、电气安全等等。

下面一步一步回答，来详细介绍光伏发电逆变器设计的过程。

第一步：逆变器选择在设计光伏发电逆变器之前，首先需要选择合适的逆变器。

逆变器的选择应考虑到以下几个因素：1. 逆变器的额定功率：根据光伏电池组的总发电功率，确定逆变器的额定功率。

逆变器的额定功率应略大于光伏电池组的总发电功率，以确保逆变器能够稳定地工作。

2. 逆变器的转换效率：逆变器的转换效率决定了光伏电能转换为交流电能的效率。

一般而言，转换效率越高，逆变器的能耗越低，单位发电成本越低。

3. 逆变器的电气安全性：逆变器应具备较高的电气安全性能，包括过电压保护、过电流保护、输出短路保护等功能，以确保系统的安全运行。

第二步：逆变器拓扑结构选择逆变器的拓扑结构决定了逆变器的性能和工作方式。

常见的逆变器拓扑结构包括单相桥式逆变器、三相桥式逆变器、多电平逆变器等。

选择适合光伏发电系统的拓扑结构需要考虑到系统的电压、功率因数、谐波失真等指标。

第三步：逆变器控制策略设计逆变器的控制策略直接影响逆变器的性能和稳定性。

常见的逆变器控制策略包括脉宽调制控制策略、电流控制策略等。

通过合理选择控制策略，可以提高逆变器的转换效率，降低谐波失真等。

第四步：逆变器电路设计逆变器的电路设计需要根据选择的拓扑结构和控制策略进行。

电路设计包括电源部分、功率开关部分、驱动电路部分等。

在设计电路时，需要考虑到各个部件的耐压、耐流等参数，并进行合理的电路布局。

第五步：逆变器保护设计逆变器的保护设计是确保逆变器在异常情况下有效保护自身和整个系统的重要环节。

常见的逆变器保护装置包括过流保护、过温保护、过压保护、短路保护等。

小型离网光伏发电系统逆变器的研制1. 本文概述随着全球对可再生能源的需求不断增长，光伏发电系统作为其中一种重要的能源形式，正受到越来越多的关注。

在众多光伏发电系统中，小型离网光伏发电系统因其安装灵活、维护简便等优点，被广泛应用于偏远地区、户外活动以及紧急电源供应等领域。

小型离网光伏发电系统的核心组件——逆变器，其性能的优劣直接影响到整个系统的效率和稳定性。

本文旨在研制一种高效、稳定的小型离网光伏发电系统逆变器。

通过对现有逆变器技术的深入分析，明确了当前逆变器在小型离网光伏系统中存在的问题和挑战。

接着，本文提出了一种新型的逆变器设计方案，该方案在提升转换效率、降低能耗、增强系统稳定性等方面具有显著优势。

本文的主要内容包括：逆变器的工作原理和关键技术研究、新型逆变器的设计与实现、以及逆变器的性能测试与分析。

通过这些研究，本文不仅为小型离网光伏发电系统提供了一种高效的逆变器解决方案，而且也为逆变器技术的进一步发展提供了新的思路和方向。

2. 文献综述小型离网光伏发电系统作为可再生能源利用的重要组成部分，在全球范围内得到了广泛的关注和发展。

逆变器作为该系统中的核心组件，负责将光伏板产生的直流电转换为交流电，以供家庭或小型社区使用。

随着技术的进步，逆变器的设计和效率成为研究的热点。

过去几年，研究人员在逆变器效率提升方面取得了显著进展。

高效能的半导体材料如硅碳(SiC)和氮化镓(GaN)的使用，显著降低了逆变器的能量损耗。

新型拓扑结构和控制策略也被提出以优化逆变器性能。

离网光伏系统通常安装在偏远地区，因此逆变器的长期稳定运行至关重要。

文献中对于提高逆变器在高温、潮湿等恶劣环境下的可靠性进行了广泛研究，包括热管理技术、故障诊断和预测维护等方面。

随着智能电网的发展，逆变器在电网交互方面的作用日益重要。

研究集中在逆变器的电网支持功能，如频率和电压调节，以及与储能系统的集成。

尽管在逆变器技术上取得了进步，但仍存在一些挑战。