光伏並網（wǎng）逆變器的（de）設（shè）計（jì）

基於光伏並網逆變（biàn）器的基本原理和控製策略，設計了並網型逆變器的結構，其采用了內置高頻變（biàn）壓器的前（qián）後（hòu）兩級結構，即前級DC/DC高頻升（shēng）壓，後級DC/AC工頻逆變。該設計模式具有（yǒu）電路簡單、性能（néng）穩定（dìng）、轉換效率高等優點。

在能源日益緊張（zhāng）的今天，光伏發（fā）電技術越來（lái）越受到（dào）重視。太（tài）陽能電池和風力發電機產生的直流電需要經過逆變器逆變並達到規定要求（qiú）才能並網，因此逆變器的設計關乎到（dào）光（guāng）伏係統是否合理、高效、經濟的運行。

1光伏逆變器的原理結構

光伏並網逆變器的結構如圖1所示，主要由前級DC/DC變換器（qì）和後級DC/AC逆變器構成。其基本原理是通（tōng）過高頻變換技（jì）術將低壓直流電變成高壓直流電，然後通過（guò）工頻逆變電路得到（dào）220V交流電。這種結構具有電（diàn）路簡單、逆變（biàn）電源空載損耗很（hěn）小、輸出功率大、逆變效（xiào）率高、穩定性好、失真度小等優點。 

圖1光伏（fú）逆變器結構圖

逆變（biàn）器主電路如圖2所（suǒ）示。DC/DC模塊的控製使用SG3525芯片（piàn）。SG3525是雙端輸出式SPWM脈寬調製芯片，產生占（zhàn）空比可變的PWM波形用於驅動晶閘管的門極來（lái）控製晶閘管通斷，從而達到控製輸出（chū）波形（xíng）的（de）目的。

作為並網（wǎng）逆變器的關鍵模塊，DC/AC模塊具有更高（gāo）的控製要求，本設計采用TI公司的TMS320F240作為主控芯片，用（yòng）於采集電網同步信號、交（jiāo）流輸入電壓信號、調節IGBT門（mén）極驅動電路脈（mò）衝頻率（lǜ），通過基於DSP芯片的軟件鎖相環控製技術，完成對並網電流的頻率、相位控製，使（shǐ）輸出電壓滿足與（yǔ）電網電壓的同頻、同相關（guān）係。

濾波采用二階帶通濾波器，是有（yǒu）源濾波器的一種，用於傳輸有用頻段的信號，抑製或衰減無（wú）用頻段的（de）信（xìn）號。其可以有效地濾除逆變後產生的高頻（pín）幹擾波形，使逆變後的電（diàn）壓波形達（dá）到並網（wǎng）的要求。

圖（tú）2逆變器主電路（lù）

2 DC/DC控製模塊

SG3525是專用於驅動N溝道功率MOSFET的PWM控製芯片（piàn）。SG3525的輸出驅動為推拉輸出形式，可直接驅動MOS管；內部（bù）含有欠壓鎖定（dìng）電路、軟啟動控製電路、PWM鎖存器，具有過流保護功能（néng），頻率可調，同時能限製最大占空比。其2個輸出分（fèn）別接2個MOS管控製（zhì）其（qí）開斷，為了提高對推挽式DC/DC高頻升壓過程有效的控製，提高頻寬調製的準確性，相應設計了檢測電路，檢測輸出電流、電壓，然後反饋到控製芯片。檢測（cè）電路包括偏磁檢測電路、電壓（yā）反饋采（cǎi）樣（yàng）電路、電流反饋采樣電路。SG3525控製模塊結構如圖3.

圖3 SG3525主控芯片框圖

3 DC/AC控（kòng）製模塊

3.1 TMS320F240控製核心

TMS320F240是美國TI公司的定點式數字信號處理器芯片（piàn），硬（yìng）件（jiàn）架構以16位為（wéi）基本數據處（chù）理（lǐ）單元，它集成了高性能DSP內核，並且有著豐（fēng）富的外（wài）設功能（néng），處理速度快。DSP係統的外圍電路包括時鍾電路、複位電路、電源電路等，配合各種信（xìn）號檢測電路、驅動電路，以達到對逆變係統的（de）波形控製、脈（mò）寬調製、故障保護等（děng）要求，其結構圖如圖4.

圖4 TMS320F240主控芯片框圖

3.2電壓和電流檢測電路

（1）電（diàn）網電壓過零檢測電路

逆變後交流電的電壓必須與電網電壓同相、同頻才能並網（wǎng），因此要（yào）對輸出電壓進行鎖相控製。由於輸出的電壓信號為正弦波，而控（kòng）製芯片隻（zhī）能（néng）識別TTL電平信號，因（yīn）此需要一個電路將正弦波信號轉換為控製芯片可以識（shí）別的TTL電平信號。本設計中用LV25P電壓傳感器，將電網電壓采集（jí）並（bìng）轉換成與電網電壓等相位的低電壓脈衝信號，經過一（yī）組比較器電路，可以輸出一組與電網電壓同相的低（dī）壓方波信號。當被（bèi）檢測的電網電壓超過零點，則輸出高電平。電網電壓過（guò）零檢測電路如圖5所示。

圖5電網電壓過零（líng）檢測（cè）電路

電網（wǎng）電壓（yā）過零檢測電路得到的方波（bō）信號（hào），經過雙施密特反相電（diàn）路（lù）將信號送到DSP芯片的捕獲引腳上，捕獲單（dān）元在檢測到上升沿時觸發中斷，進行鎖相。

（2）交流電（diàn）流（liú）檢測電路

交流（liú）電流檢測電路使用CSM300LT閉環式電流傳感器，如圖6.CSM300LT是應用霍爾效應閉環原理的電流傳感器，在電隔離條件下測量交流電流。當交流電通過傳感器時，傳（chuán）感器將電流信號轉換成電壓信號送給（gěi）信號調理電路（lù），經處理後輸入到DSP芯（xīn）片的管腳。調理電路由RC濾波電路和二組集成運放隔離電路組成。

圖6交流電（diàn）流檢測電路

4輔助電源

逆變器的控製電路、信號采集電路（lù）及（jí）開（kāi）關管驅動電路等（děng）需要不同的適應電源（yuán），因此需（xū）要一個獨立的電源為其供電。所設計輔助電源（yuán）輸出的電壓分別為＋15V、－15V、＋5V三種，采用單端反激式（shì）DC/DC拓撲結構，運行穩定、可靠，輔（fǔ）助電源電路的基（jī）本電路如（rú）圖7所示。

圖7單端反激式輔助電源

5有源濾波

有源濾波采用二（èr）階帶通濾波器，它是由運（yùn）算放大器和阻容元件組成（chéng）的一種選頻網絡，用來濾除（chú）逆變過程（chéng）中產生的高次諧波，其原（yuán）理是（shì）通過設置（zhì）電路參數允許某一個通頻帶範（fàn）圍內（nèi）的信號通過，而（ér）比通頻帶下（xià）限頻率低和比上限頻率高的信號均加以衰減或抑製，如圖8.

圖8二階帶通濾波器

6結束（shù）語

光伏發電作為新能源開發（fā）利用的重要內容，對於（yú）解決能源和環境（jìng）問（wèn）題，有著深遠（yuǎn）的意義（yì）。逆變器是光伏發電（diàn）過程中（zhōng）的重要環節。文中對逆變係統的拓撲（pū）結構進行了研究，設計了（le）以高（gāo）頻升壓和全橋逆變為拓撲結構的逆變係統，再配（pèi）合有源濾波，為（wéi）太陽能（néng）的進（jìn）一步開發（fā）利用起到一（yī）定的作用。