第十章光伏逆變設計實例器光伏逆變器的設計，首先需要明確應用于離網（獨立）還是并網發電系統中，在離網（獨立）發電系統中應用的是離網逆變器，在并網發電系統中應用的是并網逆變器。光伏并網逆變器是將光伏電池板輸出的能量轉換成交流電后直接送到電網上，需要實時跟蹤電網的頻率和相位，此時的光伏發電系統相當于一個電流源；而光伏離網逆變器是將光伏電池板輸出的能量轉換成交流后，直接供給用電設備使用，自己建立起一個獨立的小電網，主要是控制自己的電壓和頻率，相當于一個電壓源。這兩種逆變器輸出的波形應該是干凈的正弦波。本章將重點介紹這兩種光伏逆變器的設計實例。第十章光伏逆變設計實例器光伏逆變器的設計，首先需10.1.1逆變器的電路構成圖10-1逆變器的基本電路框圖10.1.1逆變器的電路構成圖10-1逆變器的基本電各部分電路工作原理和作用如下所述。1．半導體功率開關器件逆變器的功率開關器件是逆變器實現逆變功能的核心器件，根據所設計的逆變器功率和輸入直流電壓的大小來選用合適的功率開關器件。常用的半導體功率開關器件主要有：晶閘管可控硅又稱為（SiliconControlledRectifier，SCR）、大功率晶體管（GTR）、功率場效應晶體管（MOSFET）、可關斷晶閘管（GTO）、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）、MOS控制晶閘管（MCT）、靜電感應晶體管（SIT）、靜電感應晶閘管（場控晶閘管，SITH）和集成門極換流晶閘管（IGCT）等。2．逆變控制及驅動電路傳統的逆變器電路由許多分立元件或模擬集成電路構成，這種電路組成元器件數量多、波形質量差、控制電路繁瑣復雜。隨著微處理器的發展，控制及驅動電路也從模擬集成電路發展到單片機控制和數字信號處理器（DSP）控制。各部分電路工作原理和作用如下所述。1．半導體功率開關器件1）逆變驅動電路：驅動電路主要是對功率開關器件進行驅動，以便得到好的PWM脈沖波形。隨著電子技術的發展，許多專用多功能集成電路陸續推出，給電路的設計帶來了極大方便，同時也使逆變器的性能得到了極大提高。如各種開關驅動電路SG3525、TL494、IR2130、TLP250等，在逆變器電路中得到廣泛應用。2）逆變控制電路：控制電路主要是對驅動電路提供符合要求的邏輯與波形，如PWM、SPWM控制信號等。控制的核心從8位微處理器到16位單片機，直至32位DSP等，使先進的控制技術如矢量控制技術、多電平變換技術、重復控制、模糊邏輯控制等在逆變領域得到了應用。在逆變器中常用的微處理器有MP16、PIC16C73、68HC16、MB90260、AVR系列等，常用的專用數字信號處理器（DSP）有TMS320F206、TMS320F240、M586XX、TMS320F28XX等。1）逆變驅動電路：驅動電路主要是對功率開關器件進行驅10.1.2逆變器設計的技術要求逆變器作為光伏發電系統的關鍵部件，有以下六點基本技術要求。1．高效率2．高可靠性3．對直流輸入電壓的適應范圍寬4．能夠跟蹤光伏陣列的最大功率點5．防孤島效應的能力6．輸出純正弦波10.1.2逆變器設計的技術要求逆變器作為光伏發電系統的10.2.1純正弦逆變器的設計圖10-2純正弦光伏逆變系統結構圖10.2.1純正弦逆變器的設計圖10-2純正弦光伏逆10.2.2高頻直流升壓電路設計1．高頻變壓器設計高頻直流升壓電路設計中變壓器磁心參數如下：根據系統樣機要求，變壓器輸入電壓幅值=12V，輸出電壓幅值=200V，最大工作比=0.45，二次繞組峰值電流=1.45A，二次繞組電流有效值

一次繞組峰值電流

=24.16A一次電流有效值

=16.2A因此變壓器的輸出功率為10.2.2高頻直流升壓電路設計

=189.8W=536.7W（變壓器效率取為1）取工作磁感應強度=160mT，電流密度j取10，銅在窗口中的占空比系數Km（初選時取0.2～0.3），實際計算時取Km=0.25，則計算面積乘積

通過上述公式可知，選取EI33磁心即可滿足設計要求。變壓器繞組匝數計算如下：先確定最低電壓繞組的匝數 （10-1）由式（10-1），取=8，一次繞組匝數

（10-2）由式（10-2），取偶數=134，其中開關管最大導通時間=150ns，控制器輸出頻率f=20kHz。在繞制變壓器過程中，取較簡單的夾層式繞法，一次繞組分兩層，每層繞4匝，為了避免趨膚效應，一次繞組采用四線并繞，在一次繞組中間繞制二次繞組，一、二次層間墊1～2層絕緣紙。實際制作測量這樣繞制的變壓器一、二次側漏感值較小，僅有幾微亨。2．推挽升壓電路設計系統設計的是小功率的逆變電源，綜合考慮系統成本以及對器件特性的要求，特別是MOSFET和變壓器的參數選擇等因素，升壓部分采用兩路對稱的推挽升壓電路輸出結果相疊加的升壓方式，具體電路如圖10-3所示。

圖10-3對稱的推挽升壓電路圖10-3對稱的推挽升壓電路3．PWM生成及穩壓控制電路圖10-4PWM生成及穩壓控制電路3．PWM生成及穩壓控制電路圖10-4PWM生成及穩壓控4．過電流與過載保護電路設計圖10-5過電流與過載保護電路4．過電流與過載保護電路設計圖10-5過電流與過載保護電5．系統保護報警功能的實現圖10-6系統保護報警控制流程圖5．系統保護報警功能的實現圖10-6系統保護報警控制流程圖10-7中斷服務程序流程圖圖10-7中斷服務程序流程圖10.2.3DC/AC逆變電路設計1．逆變主電路設計圖10-8系統的逆變橋電路10.2.3DC/AC逆變電路設計1．逆變主電路設計圖12．保護電路設計

逆變器設計的一個關鍵內容就是保護電路的設計，緩沖電路是保護電路的一種，與軟開關技術相比，具有電路簡單、成本低和可靠性高等優點。如圖10-8所示，逆變電路緩沖電路采用變形的有損緩沖電路。由于器件的開關損耗隨著開關頻率的增高成正比例上升，所以在高頻橋臂側引入了由R1、R2、C2、C3、VD1、VD2構成的變形的有損緩沖電路，逆變電路開關管切換時產生的過沖電壓分量由緩沖電阻R1、R2吸收。一旦緩沖電路的損耗減小，會導致緩沖C2、C3電容的容量增大，因此緩沖電阻的損耗即使在較高的開關頻率下也很小。由于緩沖電路只吸收切換過程中的過沖分量，對du/dt沒有影響，所以為了限制功率開關管兩端電壓上升率du/dt在兩個橋臂端引入C1、C2。另外，緩沖電路中VD1、VD2用于抑制寄生振蕩。2．保護電路設計逆變器設計的一個關鍵內容就是保護電路3．控制及驅動電路設計圖10-9SPWM生成及MOSFET驅動電路3．控制及驅動電路設計圖10-9SPWM生成及MOSFE4．逆變電路控制方案（1）基于DSP的控制方式圖10-10DSP主程序流程圖

圖10-11定時器0中斷子程序流程圖4．逆變電路控制方案（1）基于DSP的控制方式圖10-10（2）軟件生成SPWM控制

系統通過TMS320F28027中的EPWM（EnhancedPulseWidthModulator，即增強型PWM控制器）模塊，采用軟件方式生成SPWM控制信號。根據控制信號的要求，利用EPWM模塊中TB、CC、AQ、ET四個子模塊產生逆變變換所需的SPWM控制波形。配置EPWM1和EPWM2的TB、CC、AQ、ET四個子模塊，由EPWM1A/B輸出低頻臂所用的50Hz控制信號，而由EPWM2A/B輸出高頻臂所用的18kHzSPWM控制信號。（3）數字PI控制算法圖10-12增量式數字PI控制實現框圖（2）軟件生成SPWM控制（3）數字PI控制算法圖10-1210.2.4系統仿真和結果分析1．DC/DC升壓電路仿真分析（1）DC/DC直流升壓電路輸出特性仿真圖10-13DC/DC直流升壓電路輸出波形仿真10.2.4系統仿真和結果分析1．DC/DC升壓電路仿真（2）DC/DC升壓電路工作效率仿真圖10-14DC/DC升壓電路工作效率曲線（2）DC/DC升壓電路工作效率仿真圖10-14DC/D2．DC/AC逆變電路仿真分析（1）DC/AC逆變電路輸出特性仿真圖10-15逆變電路輸出濾波前的波形a)時域波形b)頻域波形2．DC/AC逆變電路仿真分析圖10-15逆變電路輸出濾圖10-16逆變電路輸出電壓波形a)時域波形b)頻域波形圖10-17逆變電路輸出電流波形a)時域波形b)頻域波形圖10-16逆變電路輸出電壓波形圖10-17逆變電路（2）加入閉環PI反饋控制仿真圖10-18引入諧波干擾后的輸出波形a)時域波形b)頻域波形（2）加入閉環PI反饋控制仿真圖10-18引入諧波干擾后圖10-19加入PI反饋后的輸出波形a)時域波形b)頻域波形圖10-19加入PI反饋后的輸出波形10.3.1并網逆變器的結構和工作原理1．并網逆變器的結構圖10-20DSP控制的單相雙級式光伏并網系統10.3.1并網逆變器的結構和工作原理1．并網逆變器的結2．工作原理（1）前級Boost電路的工作原理圖10-21Boost升壓電路圖2．工作原理圖10-21Boost升壓電路圖圖10-22Boost電路的工作過程a)VF1導通時工作電路b)VF1斷開工作電路（2）后級單相全橋逆變器的工作原理圖10-22Boost電路的工作過程（2）后級單相全橋逆

圖10-23Boost電路連續導電時的穩態波形圖10-24單相全橋逆變器的拓撲圖10-23Boost電路連續圖10-3．主電路參數的選取（1）濾波電感的選取1）電流的紋波系數（10-9）式中，為電感兩端的電壓，考慮到當輸出電壓處于峰值附近（即uo(t)=UNm)時，輸出電流紋波最大，若此時開關管的開關的周期為T，占空比為D(t)，則有（10-10）式中，為直流母線電壓；L為濾波電感。根據單級性SPWM原理，因為開環頻率遠大于工頻頻率，所以得到（10-11）3．主電路參數的選取（1）濾波電感的選取1）電流的紋波系數（

則每個開關周期的占空比為（10-12）將式（10-12）代入式（10-10）中得當時，紋波電流最大為T

(10-13)取（10-14）則每個開關周期的占空比為（10-12）將式

（2）開關管的選取

目前使用較多的功率器件有達林頓功率晶體管（BJT）、功率場效應晶體管（MOSFET）、絕緣柵極晶體管（IGBT）和可關斷晶閘管（GTO）等。在小容量低壓系統中使用較多的器件為MOSFET，因為MOSFET具有較低的通態電壓降和較高的開關頻率，在高壓大容量系統中一般均采用IGBT模塊，因為MOSFET隨著電壓的升高其通態電阻也隨之增大；IGBT在中容量系統中占有較大的優勢；而在特大容量（100kV·A以上）系統中，一般均采用GTO作為功率元件。隨著針對于光伏系統的功率模塊的發展，主電路元器件功率模塊的也有較大的選擇余地。針對本電路的特點，電路選用IGBT作為開關元件。（2）開關管的選取10.3.2DC／DC級電路的MPPT實現1．MPPT電路實現原理圖10-25系統控制原理圖10.3.2DC／DC級電路的MPPT實現1．MPPT電

2．基于改進Fibonacci線性搜索算法仿真2．基于改進Fibonacci線性搜索算法

10.3.3孤島檢測方法1．工作原理圖10-29APS檢測法的流程10.3.3孤島檢測方法1．工作原理圖10-29AP

2．仿真分析圖10-30Qf=2.5時，APS法的仿真結果a)APS法電壓、電流波形及頻率b)APS法的電流THD2．仿真分析圖10-30Qf=2.5時10.3.4DC/AC的控制方案1．恒開關頻率的電流控制方法圖10-31逆變器并網工作時的等效電路和電壓電流矢量圖a)等效電路圖b)矢量圖10.3.4DC/AC的控制方案1．恒開關頻率的電流控制

圖10-32恒開關頻率控制電路圖10-32恒開關頻率控制電路

圖10-33改進型SPWM輸出電流跟蹤2．同步鎖相環的實現圖10-33改進型SPWM輸出電流跟蹤

3．仿真分析圖10-34輸出的電壓、電流波形3．仿真分析圖10-34輸出的電壓、電10.4微型逆變器的組成及其工作原理圖10-35MI系統結構圖10.4微型逆變器的組成及其工作原理圖10-35MI10.4.1微型逆變器硬件電路設計1．主電路設計圖10-36微型逆變器的主電路結構圖10.4.1微型逆變器硬件電路設計1．主電路設計圖10-

2．雙變壓器串聯推挽式DC/DC變換器的設計本設計的MI屬于兩級式隔離系統，前級升壓采用雙變壓器串聯推挽式升壓結構，為后級全橋逆變電路提供所需的高壓直流電。如圖10-36所示，4個開關管（VF1、VF2、VF3、VF4）兩個一組和變壓器T1、T2組成兩組典型的推挽升壓電路。兩個變壓器的二次繞組串接在一起，使升壓結果相疊加，輸出高壓交流電。高壓交流電再經過全波整流及LC濾波電路生成高壓直流電。一次兩個獨立的推挽電路分別接入電源，且采用相同時序的高頻PWM開關控制信號，VF1和VF2交替導通工作。3．逆變控制器的設計圖10-37DSP控制及MOSFET驅動電路2．雙變壓器串聯推挽式DC/DC變換器的設

4．電流電壓檢測電路（1）光伏組件的電壓檢測圖10-38PV電壓檢測電路（2）光伏組件的電流檢測4．電流電壓檢測電路圖10-38PV電

圖10-39PV電流檢測電路（3）MI輸出電流、電網電壓及過零點檢測電路圖10-40過零點檢測電路圖10-39PV電流檢測電路（3）MI

5．過電流過載保護電路圖10-41過電流過載保護電路5．過電流過載保護電路圖10-41過電

6．報警功能的實現圖10-42系統保護報警控制流程圖圖10-43中斷服務程序流程圖6．報警功能的實現圖10-42系統保護10.4.2微型逆變器的控制策略圖10-44MI控制策略結構圖1．最大功率點跟蹤閉環控制這里采用的是改進的擾動觀察法，即將定電壓跟蹤法與擾動觀察法結合起來，在尋優初期快速地定位在最大功率點附近，控制精確、響應速度快。10.4.2微型逆變器的控制策略圖10-44MI控制

2．電網跟蹤控制設計（1）滯環電流控制瞬時值控制2．電網跟蹤控制設計（1）滯環電流控制瞬時

（2）PI電流控制方法圖10-47PI電流控制方法（3）小慣性電流跟蹤控制方式圖10-48MI的輸出模型（2）PI電流控制方法圖10-47PI

3．SPWM波形產生及并網控制的實現

通過配置TMS320F28027中的EPWM模塊，采用軟件方式生成單極性SPWM控制信號。而并網控制利用增強型捕獲功能ECAP來實現。圖10-50SPWM低頻信號生成時序圖圖10-51SPWM高頻信號生成時序圖3．SPWM波形產生及并網控制的實現10.4.3系統仿真及實驗結果分析1．DC/AC逆變電路仿真（1）DC/AC逆變電路輸出特性仿真10.4.3系統仿真及實驗結果分析1．DC/AC逆變電路

（2）DC/AC逆變電路工作效率仿真圖10-56DC/AC逆變電路效率（2）DC/AC逆變電路工作效率仿真圖10

（3）PI控制仿真圖10-57引入干擾后的輸出波形圖10-58加入PI反饋后輸出波形（3）PI控制仿真圖10-57引入干擾

（4）過零點檢測電路仿真圖10-59過零點檢測電路仿真圖圖10-60過零點檢測電路仿真效果圖（4）過零點檢測電路仿真圖10-59過

（5）MPPT算法仿真圖10-61MPPT模型仿真（5）MPPT算法仿真圖10-61MP

圖10-62MPPT算法仿真結果圖10-62MPPT算法仿真結果10.5離/并網雙模式逆變器目前所使用的逆變器除了前面介紹的并網逆變器和離網逆變器，還有一種在分布式發電系統中常用的雙模式切換逆變器，即具有獨立發電和并網發電兩種工作模式。在能源充足的情況下，系統工作在并網模式。除了保證本地負載正常工作外，還可以把多余的電能輸送給電網，以高效率地利用能源；在能源不充裕的情況下，系統切換到獨立工作模式，給本地負載供電。實現了分布式發電與電網的交互利用，增加了對負載供電的可靠性。雙模式并網逆變器在并網工作模式下，輸出電壓被電網電壓鉗位而不可控，需要由電流環來控制進網電流，此時為電流控制方式；在獨立工作模式下，雙模式并網逆變器的輸出電壓由電壓環控制，此時為電壓控制方式。因此，雙模式逆變器在技術面臨的問題是：在兩種工作模式切換瞬間，并網逆變器必須準確、快速地實現兩種控制方式的轉換，同時還要保證切換時刻，逆變器的輸出電壓幅值和相位不能與電網電壓幅值和相位相差太大，實現兩種工作模式間10.5離/并網雙模式逆變器目前所使用的逆變器除了前

的平滑切換，否則會有較大的電壓電流突變，對逆變器、負載和電網產生較大沖擊，造成本地負載電壓突變問題，對其產生損害。另外，現有電網故障檢測存在檢測盲區或檢測延時，會造成電網斷電。但并網逆變器仍處于電流控制方式時，也會使輸出電壓處于失控狀態。為了解決上述問題，在設計雙模式并網逆變器時，提出了許多解決方案。1）針對該切換瞬間的特性，通過在并網前，使輸出電壓跟蹤電網電壓的幅值和相位，在斷網時刻采用斷網前負載電壓相位幅值作為電壓基準，從而實現無縫切換。但是，在電網出現故障時，并網開關即雙向晶閘管只有在并網電流過零點才能斷開，因而從故障到斷開這段時間仍為電流控制模式，所以本地負載電壓會受到故障電網電壓的影響而突變。2）針對方案1存在的問題，在給出晶閘管關斷信號的同時，從電流控制模式轉換到電壓控制模式。通過控制此時逆變器的輸出電壓幅值和相位，加快并網雙向開關的斷開速度，從而改善上述問題，但在電網故障瞬間，電網電壓很難測定且無規律，加速關斷的控制的平滑切換，否則會有較大的電壓電流突變，對

規律可能不成立，甚至會惡化關斷時間。3）通過在切換時外加電壓環來保證輸出電壓的連續。其思路與方案2一致。上述控制策略都存在電流與電壓兩種控制方式之間的轉換，控制器結構發生了變化，所采取的措施也是為了減小控制器結構變化時對輸出性能的影響。4）在并網工作模式下，通過間接電流控制，將電流控制轉換為電壓控制，與獨立控制模式的電壓控制方式相結合，避免了控制模式的切換，從而實現了逆變方式的無縫切換。由于雙模式切換逆變器在結構上與并網逆變器幾乎相同，差別主要集中在切換模式的控制方案上，本章不再敘述。規律可能不成立，甚至會惡化關斷時間。第十章光伏逆變設計實例器光伏逆變器的設計，首先需要明確應用于離網（獨立）還是并網發電系統中，在離網（獨立）發電系統中應用的是離網逆變器，在并網發電系統中應用的是并網逆變器。光伏并網逆變器是將光伏電池板輸出的能量轉換成交流電后直接送到電網上，需要實時跟蹤電網的頻率和相位，此時的光伏發電系統相當于一個電流源；而光伏離網逆變器是將光伏電池板輸出的能量轉換成交流后，直接供給用電設備使用，自己建立起一個獨立的小電網，主要是控制自己的電壓和頻率，相當于一個電壓源。這兩種逆變器輸出的波形應該是干凈的正弦波。本章將重點介紹這兩種光伏逆變器的設計實例。第十章光伏逆變設計實例器光伏逆變器的設計，首先需10.1.1逆變器的電路構成圖10-1逆變器的基本電路框圖10.1.1逆變器的電路構成圖10-1逆變器的基本電各部分電路工作原理和作用如下所述。1．半導體功率開關器件逆變器的功率開關器件是逆變器實現逆變功能的核心器件，根據所設計的逆變器功率和輸入直流電壓的大小來選用合適的功率開關器件。常用的半導體功率開關器件主要有：晶閘管可控硅又稱為（SiliconControlledRectifier，SCR）、大功率晶體管（GTR）、功率場效應晶體管（MOSFET）、可關斷晶閘管（GTO）、絕緣柵雙極晶體管（IGBT）、MOS控制晶閘管（MCT）、靜電感應晶體管（SIT）、靜電感應晶閘管（場控晶閘管，SITH）和集成門極換流晶閘管（IGCT）等。2．逆變控制及驅動電路傳統的逆變器電路由許多分立元件或模擬集成電路構成，這種電路組成元器件數量多、波形質量差、控制電路繁瑣復雜。隨著微處理器的發展，控制及驅動電路也從模擬集成電路發展到單片機控制和數字信號處理器（DSP）控制。各部分電路工作原理和作用如下所述。1．半導體功率開關器件1）逆變驅動電路：驅動電路主要是對功率開關器件進行驅動，以便得到好的PWM脈沖波形。隨著電子技術的發展，許多專用多功能集成電路陸續推出，給電路的設計帶來了極大方便，同時也使逆變器的性能得到了極大提高。如各種開關驅動電路SG3525、TL494、IR2130、TLP250等，在逆變器電路中得到廣泛應用。2）逆變控制電路：控制電路主要是對驅動電路提供符合要求的邏輯與波形，如PWM、SPWM控制信號等。控制的核心從8位微處理器到16位單片機，直至32位DSP等，使先進的控制技術如矢量控制技術、多電平變換技術、重復控制、模糊邏輯控制等在逆變領域得到了應用。在逆變器中常用的微處理器有MP16、PIC16C73、68HC16、MB90260、AVR系列等，常用的專用數字信號處理器（DSP）有TMS320F206、TMS320F240、M586XX、TMS320F28XX等。1）逆變驅動電路：驅動電路主要是對功率開關器件進行驅10.1.2逆變器設計的技術要求逆變器作為光伏發電系統的關鍵部件，有以下六點基本技術要求。1．高效率2．高可靠性3．對直流輸入電壓的適應范圍寬4．能夠跟蹤光伏陣列的最大功率點5．防孤島效應的能力6．輸出純正弦波10.1.2逆變器設計的技術要求逆變器作為光伏發電系統的10.2.1純正弦逆變器的設計圖10-2純正弦光伏逆變系統結構圖10.2.1純正弦逆變器的設計圖10-2純正弦光伏逆10.2.2高頻直流升壓電路設計1．高頻變壓器設計高頻直流升壓電路設計中變壓器磁心參數如下：根據系統樣機要求，變壓器輸入電壓幅值=12V，輸出電壓幅值=200V，最大工作比=0.45，二次繞組峰值電流=1.45A，二次繞組電流有效值

一次繞組峰值電流

=24.16A一次電流有效值

=16.2A因此變壓器的輸出功率為10.2.2高頻直流升壓電路設計

=189.8W=536.7W（變壓器效率取為1）取工作磁感應強度=160mT，電流密度j取10，銅在窗口中的占空比系數Km（初選時取0.2～0.3），實際計算時取Km=0.25，則計算面積乘積

通過上述公式可知，選取EI33磁心即可滿足設計要求。變壓器繞組匝數計算如下：先確定最低電壓繞組的匝數 （10-1）由式（10-1），取=8，一次繞組匝數

（10-2）由式（10-2），取偶數=134，其中開關管最大導通時間=150ns，控制器輸出頻率f=20kHz。在繞制變壓器過程中，取較簡單的夾層式繞法，一次繞組分兩層，每層繞4匝，為了避免趨膚效應，一次繞組采用四線并繞，在一次繞組中間繞制二次繞組，一、二次層間墊1～2層絕緣紙。實際制作測量這樣繞制的變壓器一、二次側漏感值較小，僅有幾微亨。2．推挽升壓電路設計系統設計的是小功率的逆變電源，綜合考慮系統成本以及對器件特性的要求，特別是MOSFET和變壓器的參數選擇等因素，升壓部分采用兩路對稱的推挽升壓電路輸出結果相疊加的升壓方式，具體電路如圖10-3所示。

圖10-3對稱的推挽升壓電路圖10-3對稱的推挽升壓電路3．PWM生成及穩壓控制電路圖10-4PWM生成及穩壓控制電路3．PWM生成及穩壓控制電路圖10-4PWM生成及穩壓控4．過電流與過載保護電路設計圖10-5過電流與過載保護電路4．過電流與過載保護電路設計圖10-5過電流與過載保護電5．系統保護報警功能的實現圖10-6系統保護報警控制流程圖5．系統保護報警功能的實現圖10-6系統保護報警控制流程圖10-7中斷服務程序流程圖圖10-7中斷服務程序流程圖10.2.3DC/AC逆變電路設計1．逆變主電路設計圖10-8系統的逆變橋電路10.2.3DC/AC逆變電路設計1．逆變主電路設計圖12．保護電路設計

逆變器設計的一個關鍵內容就是保護電路的設計，緩沖電路是保護電路的一種，與軟開關技術相比，具有電路簡單、成本低和可靠性高等優點。如圖10-8所示，逆變電路緩沖電路采用變形的有損緩沖電路。由于器件的開關損耗隨著開關頻率的增高成正比例上升，所以在高頻橋臂側引入了由R1、R2、C2、C3、VD1、VD2構成的變形的有損緩沖電路，逆變電路開關管切換時產生的過沖電壓分量由緩沖電阻R1、R2吸收。一旦緩沖電路的損耗減小，會導致緩沖C2、C3電容的容量增大，因此緩沖電阻的損耗即使在較高的開關頻率下也很小。由于緩沖電路只吸收切換過程中的過沖分量，對du/dt沒有影響，所以為了限制功率開關管兩端電壓上升率du/dt在兩個橋臂端引入C1、C2。另外，緩沖電路中VD1、VD2用于抑制寄生振蕩。2．保護電路設計逆變器設計的一個關鍵內容就是保護電路3．控制及驅動電路設計圖10-9SPWM生成及MOSFET驅動電路3．控制及驅動電路設計圖10-9SPWM生成及MOSFE4．逆變電路控制方案（1）基于DSP的控制方式圖10-10DSP主程序流程圖

圖10-11定時器0中斷子程序流程圖4．逆變電路控制方案（1）基于DSP的控制方式圖10-10（2）軟件生成SPWM控制

系統通過TMS320F28027中的EPWM（EnhancedPulseWidthModulator，即增強型PWM控制器）模塊，采用軟件方式生成SPWM控制信號。根據控制信號的要求，利用EPWM模塊中TB、CC、AQ、ET四個子模塊產生逆變變換所需的SPWM控制波形。配置EPWM1和EPWM2的TB、CC、AQ、ET四個子模塊，由EPWM1A/B輸出低頻臂所用的50Hz控制信號，而由EPWM2A/B輸出高頻臂所用的18kHzSPWM控制信號。（3）數字PI控制算法圖10-12增量式數字PI控制實現框圖（2）軟件生成SPWM控制（3）數字PI控制算法圖10-1210.2.4系統仿真和結果分析1．DC/DC升壓電路仿真分析（1）DC/DC直流升壓電路輸出特性仿真圖10-13DC/DC直流升壓電路輸出波形仿真10.2.4系統仿真和結果分析1．DC/DC升壓電路仿真（2）DC/DC升壓電路工作效率仿真圖10-14DC/DC升壓電路工作效率曲線（2）DC/DC升壓電路工作效率仿真圖10-14DC/D2．DC/AC逆變電路仿真分析（1）DC/AC逆變電路輸出特性仿真圖10-15逆變電路輸出濾波前的波形a)時域波形b)頻域波形2．DC/AC逆變電路仿真分析圖10-15逆變電路輸出濾圖10-16逆變電路輸出電壓波形a)時域波形b)頻域波形圖10-17逆變電路輸出電流波形a)時域波形b)頻域波形圖10-16逆變電路輸出電壓波形圖10-17逆變電路（2）加入閉環PI反饋控制仿真圖10-18引入諧波干擾后的輸出波形a)時域波形b)頻域波形（2）加入閉環PI反饋控制仿真圖10-18引入諧波干擾后圖10-19加入PI反饋后的輸出波形a)時域波形b)頻域波形圖10-19加入PI反饋后的輸出波形10.3.1并網逆變器的結構和工作原理1．并網逆變器的結構圖10-20DSP控制的單相雙級式光伏并網系統10.3.1并網逆變器的結構和工作原理1．并網逆變器的結2．工作原理（1）前級Boost電路的工作原理圖10-21Boost升壓電路圖2．工作原理圖10-21Boost升壓電路圖圖10-22Boost電路的工作過程a)VF1導通時工作電路b)VF1斷開工作電路（2）后級單相全橋逆變器的工作原理圖10-22Boost電路的工作過程（2）后級單相全橋逆

圖10-23Boost電路連續導電時的穩態波形圖10-24單相全橋逆變器的拓撲圖10-23Boost電路連續圖10-3．主電路參數的選取（1）濾波電感的選取1）電流的紋波系數（10-9）式中，為電感兩端的電壓，考慮到當輸出電壓處于峰值附近（即uo(t)=UNm)時，輸出電流紋波最大，若此時開關管的開關的周期為T，占空比為D(t)，則有（10-10）式中，為直流母線電壓；L為濾波電感。根據單級性SPWM原理，因為開環頻率遠大于工頻頻率，所以得到（10-11）3．主電路參數的選取（1）濾波電感的選取1）電流的紋波系數（

則每個開關周期的占空比為（10-12）將式（10-12）代入式（10-10）中得當時，紋波電流最大為T

(10-13)取（10-14）則每個開關周期的占空比為（10-12）將式

（2）開關管的選取

目前使用較多的功率器件有達林頓功率晶體管（BJT）、功率場效應晶體管（MOSFET）、絕緣柵極晶體管（IGBT）和可關斷晶閘管（GTO）等。在小容量低壓系統中使用較多的器件為MOSFET，因為MOSFET具有較低的通態電壓降和較高的開關頻率，在高壓大容量系統中一般均采用IGBT模塊，因為MOSFET隨著電壓的升高其通態電阻也隨之增大；IGBT在中容量系統中占有較大的優勢；而在特大容量（100kV·A以上）系統中，一般均采用GTO作為功率元件。隨著針對于光伏系統的功率模塊的發展，主電路元器件功率模塊的也有較大的選擇余地。針對本電路的特點，電路選用IGBT作為開關元件。（2）開關管的選取10.3.2DC／DC級電路的MPPT實現1．MPPT電路實現原理圖10-25系統控制原理圖10.3.2DC／DC級電路的MPPT實現1．MPPT電

2．基于改進Fibonacci線性搜索算法仿真2．基于改進Fibonacci線性搜索算法

10.3.3孤島檢測方法1．工作原理圖10-29APS檢測法的流程10.3.3孤島檢測方法1．工作原理圖10-29AP

2．仿真分析圖10-30Qf=2.5時，APS法的仿真結果a)APS法電壓、電流波形及頻率b)APS法的電流THD2．仿真分析圖10-30Qf=2.5時10.3.4DC/AC的控制方案1．恒開關頻率的電流控制方法圖10-31逆變器并網工作時的等效電路和電壓電流矢量圖a)等效電路圖b)矢量圖10.3.4DC/AC的控制方案1．恒開關頻率的電流控制

圖10-32恒開關頻率控制電路圖10-32恒開關頻率控制電路

圖10-33改進型SPWM輸出電流跟蹤2．同步鎖相環的實現圖10-33改進型SPWM輸出電流跟蹤

3．仿真分析圖10-34輸出的電壓、電流波形3．仿真分析圖10-34輸出的電壓、電10.4微型逆變器的組成及其工作原理圖10-35MI系統結構圖10.4微型逆變器的組成及其工作原理圖10-35MI10.4.1微型逆變器硬件電路設計1．主電路設計圖10-36微型逆變器的主電路結構圖10.4.1微型逆變器硬件電路設計1．主電路設計圖10-

2．雙變壓器串聯推挽式DC/DC變換器的設計本設計的MI屬于兩級式隔離系統，前級升壓采用雙變壓器串聯推挽式升壓結構，為后級全橋逆變電路提供所需的高壓直流電。如圖10-36所示，4個開關管（VF1、VF2、VF3、VF4）兩個一組和變壓器T1、T2組成兩組典型的推挽升壓電路。兩個變壓器的二次繞組串接在一起，使升壓結果相疊加，輸出高壓交流電。高壓交流電再經過全波整流及LC濾波電路生成高壓直流電。一次兩個獨立的推挽電路分別接入電源，且采用相同時序的高頻PWM開關控制信號，VF1和VF2交替導通工作。3．逆變控制器的設計圖10-37DSP控制及MOSFET驅動電路2．雙變壓器串聯推挽式DC/DC變換器的設

4．電流電壓檢測電路（1）光伏組件的電壓檢測圖10-38PV電壓檢測電路（2）光伏組件的電流檢測4．電流電壓檢測電路圖10-38PV電

圖10-39PV電流檢測電路（3）MI輸出電流、電網電壓及過零點檢測電路圖10-40過零點檢測電路圖10-39PV電流檢測電路（3）MI

5．過電流過載保護電路圖10-41過電流過載保護電路5．過電流過載保護電路圖10-41過電

6．報警功能的實現圖10-42系統保護報警控制流程圖圖10-43中斷服務程序流程圖6．報警功能的實現圖10-42系統保護10.4.2微型逆變器的控制策略圖10-44MI控制策略結構圖1．最大功率點跟蹤閉環控制這里采用的是改進的擾動觀察法，即將定電壓跟蹤法與擾動觀察法結合起來，在尋優初期快速地定位在最大功率點附近，控制精確、響應速度快。10.4.2微型逆變器的控制策略圖10-44MI控制

2．電網跟蹤控制設計（1）滯環電流控制瞬時值控制2．電網跟蹤控制設計（1）滯環電流控制瞬時

（2）PI電流控制方法圖10-47PI電流控制方法（3）小慣性電流跟蹤控制方式圖10-48MI的輸出模型（2）PI電流控制方法圖10-47PI

3．SPWM波形產生及并網控制的實現

通過