光伏並網逆變器的（de）設計

基於光伏並網逆（nì）變器的基本原理和控製策（cè）略，設計了並網型逆變器的結構，其采（cǎi）用了內置高頻變壓器的前後兩級結構，即前級DC/DC高頻升壓，後級DC/AC工頻逆變。該設（shè）計模式具有電路簡單、性能穩（wěn）定、轉換效率高等優點。

在能源日（rì）益緊張（zhāng）的今天，光伏發電技術越來越受到（dào）重視。太陽能電池（chí）和風力發電機產生的直流電需要經過逆變器逆變並（bìng）達到規定要求才能並網，因此逆變器的（de）設計（jì）關乎到光伏係統是否合理、高效、經濟的運行。

1光（guāng）伏逆變器的原理（lǐ）結構

光伏並網逆變器的結構如圖1所（suǒ）示，主要由前級DC/DC變換器和後級DC/AC逆變器構成。其基本原理是通過高頻變換技術將低壓（yā）直流電變成高（gāo）壓直流電，然後通過工頻逆（nì）變電路得到220V交流電。這種結構具（jù）有電（diàn）路簡單、逆（nì）變電源空載損耗很小、輸出功率大、逆變效率高（gāo）、穩定性好、失真度小等（děng）優點。 

圖1光伏逆變器結構圖

逆（nì）變（biàn）器主電路如（rú）圖2所示。DC/DC模塊的控製使用SG3525芯（xīn）片（piàn）。SG3525是雙端輸出式SPWM脈寬調製芯片，產（chǎn）生占空比可變（biàn）的PWM波形用於驅動晶閘（zhá）管的門極來控製晶閘管通（tōng）斷，從而達到控製輸出波形的目的。

作為並網逆變（biàn）器的關鍵模塊，DC/AC模塊具有更高的控製要（yào）求，本設計采用TI公司的TMS320F240作為（wéi）主控芯片，用於（yú）采集電網同步信號（hào）、交流輸（shū）入電（diàn）壓信號、調節IGBT門極驅動電路脈衝頻率，通過（guò）基於DSP芯片的軟（ruǎn）件鎖相環控製技術（shù），完成對並網電流的頻率、相位控製，使（shǐ）輸出電壓滿足（zú）與（yǔ）電網電壓的同頻（pín）、同相（xiàng）關（guān）係。

濾波采（cǎi）用二階帶通濾波器，是有源濾波器的一種，用於傳輸有用頻段的信號，抑製或衰減無用頻段的信號。其可以有效地濾除逆變後產生的高頻幹擾波形，使逆變後（hòu）的電壓波（bō）形達（dá）到並網的要求。

圖2逆變器主電路

2 DC/DC控製模塊

SG3525是專用於驅動N溝道（dào）功率MOSFET的PWM控製芯（xīn）片。SG3525的輸出驅動為推拉輸出形式，可（kě）直接驅動MOS管；內部含有欠壓鎖定電路、軟啟動控製電（diàn）路、PWM鎖存器，具（jù）有過流保護功能，頻率可調，同時能限製最大（dà）占空比。其2個輸（shū）出分別接2個MOS管控製其開斷，為（wéi）了提高對推挽式DC/DC高頻升（shēng）壓過程有效的控製，提高頻寬調製的準確性，相應設計了（le）檢測電路，檢測輸出（chū）電流、電（diàn）壓，然後反饋到控製芯片。檢測（cè）電路（lù）包括偏（piān）磁檢測電路、電壓反饋采樣（yàng）電路、電（diàn）流反饋采樣電路。SG3525控製模塊結構如圖（tú）3.

圖3 SG3525主（zhǔ）控芯片（piàn）框圖

3 DC/AC控製模塊

3.1 TMS320F240控製核（hé）心

TMS320F240是美國TI公司的定點式數字信號（hào）處理器芯片，硬件架構以16位為（wéi）基本數據處理（lǐ）單（dān）元，它（tā）集成了高性能DSP內核，並且有著豐富的外（wài）設功能，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（zhǒng）信號檢測電路、驅動電路，以達到對逆變係統的波形控製、脈寬調製、故障保護（hù）等要求，其結構圖如圖（tú）4.

圖4 TMS320F240主控芯（xīn）片框圖

3.2電壓和電流檢測電路

（1）電網電壓過零檢測電路

逆變後交（jiāo）流電（diàn）的（de）電壓必須（xū）與電網電壓同（tóng）相、同頻才（cái）能並網，因此要對（duì）輸出電壓進行鎖相控製。由於輸出的電壓信號為正弦波，而（ér）控製芯（xīn）片隻能識別TTL電平信號，因此需要一個電路（lù）將正弦波信號轉換為控製芯片可以識別的TTL電平信號。本（běn）設計中（zhōng）用（yòng）LV25P電壓（yā）傳感器（qì），將電網電壓采集並轉（zhuǎn）換成與電網電（diàn）壓等相位（wèi）的低電壓脈（mò）衝信號，經（jīng）過一組比較器電路，可以輸出（chū）一組與電網電壓同相的低壓方波信號。當被檢測的電網電壓超過零點，則輸出高電平。電網電壓過零檢（jiǎn）測電路如圖5所示。

圖5電網電壓過零檢測電路

電網電壓過零檢測電路（lù）得到（dào）的方波（bō）信號，經過雙施密特反相電路將信號送到DSP芯片的捕獲引腳上，捕（bǔ）獲單元在檢測到上升沿時觸發中（zhōng）斷，進行鎖相。

（2）交流電流檢測電（diàn）路（lù）

交流電流檢測（cè）電路使用CSM300LT閉環式電流傳感器，如（rú）圖6.CSM300LT是應用霍（huò）爾（ěr）效應閉環原理（lǐ）的（de）電流傳感器，在電隔離條件下測量交流（liú）電流。當交流電通過（guò）傳感器時，傳感器將電流信號轉換成電壓信號送給信號調理電路，經處理後輸入到DSP芯片的管腳。調理（lǐ）電路由RC濾波電路和二組集成運放隔離（lí）電路組成。

圖6交流電流檢測電路（lù）

4輔助電源

逆變器的控製電路、信號采集電路及開關管驅動電路等需要不（bú）同的適應電源，因此需要（yào）一個獨立的電源為其供電。所設計輔助電源輸出的電壓分別（bié）為＋15V、－15V、＋5V三種，采（cǎi）用單（dān）端反激（jī）式DC/DC拓撲結構（gòu），運行穩定、可靠，輔助電源電路的基本電路如（rú）圖7所示。

圖7單端反激式輔助電源

5有源濾波

有源濾波采用二階帶通濾波器（qì），它是由運算放大器和阻容元件組成的一種選頻網絡，用來濾（lǜ）除逆變過（guò）程中產生的高次諧波（bō），其原理是（shì）通過設置電路參數（shù）允許某一個通頻帶範圍內的信號通過，而比（bǐ）通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號均加以衰減或抑製（zhì），如圖8.

圖8二階帶通濾波（bō）器

6結束語

光伏發電作為新能源開發利用的重要內容（róng），對於解決能源和環境問（wèn）題，有著深遠的意（yì）義。逆變器是光伏發電過（guò）程中的重要環節。文中對逆變係（xì）統的拓撲結構進行了研究，設計（jì）了（le）以高頻升（shēng）壓和全（quán）橋逆變為拓撲（pū）結構的逆變係統，再配合有源濾波，為太陽能的進一步開發利用起到一定的作用。