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  1、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，人们慢慢地认识到必须走可持续发展的 道路，太阳能一定得完成从补充能源向替代能源的过渡。 光伏并网是太 阳能利用的发展的新趋势，光伏发电系统将大多数都用在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 研究大多分布在于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上限功率点 QC-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

  2、式逆变器。前级用于上限功率追 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。 文阳能 _ 电池阵列 电网 it1 AhJI- -TL fM血12为核右的控制电蹄 IM71X Delink 辅助电源 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， 其基本功能是将 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。 R V” 图2逆变器原理框图 控制管理系统以 TI 公司的

  3、 TMS320F2812 为核心，能轻松实现反馈信 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、系统运作时的状态的监视和控制、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。控制板最重要的包含： 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 控制管理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

  4、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 能够准确的看出逆变器 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二Vs+j L IN+RS IN1) 式中Vac 电网基波电压幅值，Vs逆变器输出端基波幅值 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)的幅值和相位就能控制输入电流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，

  5、在 实际系统中RS值的影响一般比较小，通常可忽略不计得到如图 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： 式中K= L/TC , TC为载波周期 从该模型即能够获得本系统所采用的图 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。 g 图4逆变器控制框图 逆变器的控制框图中参考电压Vref与光伏电池实际输出电压 VDC相比较后，误差经PI调节得到电流指令I*，再与正弦波形相乘 得到正弦指令Iref，Iref与实际输出的电流相比较后，误差经 P调节 后得到的值(物理意义

  6、上就等于逆变器输出侧电感上产生的电压 ) 与网压Vac(t)相加得到的波形与三角波比较， 便产生了 4路PWM波 控制逆变器开关管的通断，这样就实现了光伏电池输出电压基本工作 在Vref附近，系统输出正弦电流波形幅值为I*。 方案中对并网电流的采用了固定开关频率的操控方法。固定开关 频率控制是将电流误差P调节后作为调制波与三角载波比较产生 PWM波。其缺点是必须与实际电流存在偏差才能产生PWM波。因 此在固定开关频率控制的基础上有所改进，加人了交流侧网压Vac 的计算，即电流误差信号Iref经过PI调节后与Vac相加，得到的值 再与三角载波作比较。在物理意义上就等于逆变器输出侧电感 上产

  7、生的电压。 i x与Vac之和，就等于逆变器输出脉冲电压， 这样构成的矢量图与逆变器输出向量图一致。 改进的固定开关频率的 控制策略在保持原有优点的同时，电流跟踪误差显著减小，改善了 PWM 整流器的电流跟踪性能 上限功率跟踪和反孤岛效应的检测 MPPT 控制的最总目的是动态的追寻太阳能电池板的最大功 率点。常用的方法有固定电压跟踪法、扰动观测法、导纳微增法和间 歇扫描跟踪法。 本文采用的是最后一种方法。 这种方法的原理是定时 扫描太阳能电池板阵列的输出功率， 然后逐次比较， 直到追踪到最大 功率点。由于电池板上限功率点受光照的影响变化不是很剧烈， 所以 笔者对这种方法进行了改进， 只需要

  8、在上限功率点附近搜索扫描即可 找到上限功率点。 改进后的间歇扫描法控制既保持了跟踪的控制精度 又提高了系统运行的稳定性。 所谓孤岛效应就是当电力公司的供电系统， 因故障事故或停电维 修等原因而停止工作时， 安装在各个用户端的光伏并网发电系统未能 即时检测出停电状态而迅速将自身切离市电网络， 因而形成了一个由 光伏并网发电系统向周围负载供电的一个电力公司无法掌握的自给 供电孤岛现象。 其具体实现思想就是:系统通过软硬件电路周期性地检测出相邻 两次电网电压过零点的时刻，计算出电网电压的频率 f，然后在此频 率f的基础上引入偏移量 f,最后将频率（f 士 f）作为输出并网电流的 给定频率，并且在电网

  9、电压每次过零时使输出并网电流复位。那么， 当电网无故障时，负载上的电压频率即为电网电压频率，因此 DSP 每次检测到的电网电压频率基本不变 ;而当市电脱网时，光伏阵列的 输出并网电流单独作用于负载上， 由于输出并网电流频率的逐周期偏 移，所以， DSP 每次检测到的负载电压频率就会相应地改变，这样， 就形成了给定输出并网电流频率的正反馈， 使得负载电压的频率很快 就会超过频率保护的上、下限值，从而使系统有效检测出市电脱网， 因此，主动频率偏移法使系统具有了良好的反孤岛效应功能。 实验结果 根据以上设计方案， 已在搭建完成额定功率 1.5kw 的光伏并网实 验样机。输入为 100-300V ，输

  10、出并网电流为 4.5A 。输出功率约为 1kw，频率为50Hz。并网电流与电网电压同相同频，功率因数接近 为 1 。实验波形如图 5 所示。 Tek JL StopM pg 20f40m$ SAVE REC “动彳乍 存图像 格式 BMP 关于 ZA.厂厂存图像 / X / 选择 丿7 文件夹 储存 TEK0003BMP M 5.00m$AC Line I 4-Jun-O? 15:5050.0037Hz 图5 1500W实验时输出电流电压波形 结语 目前已经制作出2KW的实验样机，并已完成1500W的并网实 验。本文介绍的小功率光伏并网逆变器采用改进的固定开关频率的电 流控制并网方案，使输出功率因数接近为1。采用TMS320F2812作 为控制芯片，使系统具有很好的动态相应，保护完善，提高了并网效 率。运用了具有上限功率跟踪和反孤岛效应的软件设计，通过实验证 明该系统工作稳定可靠，性能好。