500W微网逆变器系统设计

　　随着人类社会的发展，太阳能作为一种巨量的可再生能源，引起了人们的重视。太阳能光伏利用的主要形式为太阳能光伏并网系统，在此背景下，研究人员在太阳能光伏并网系统的硬件设计、控制算法研究、系统仿真等方面进行了深入探索。
　　500W微网逆变器系统设计
　　微网逆变器系统将可再生能源（如太阳能，风能，水能，地热能，生物质能等）转变为与电网同频、同相的交流电，优先输送给当地负荷供电，剩余的电能馈入电网。微网逆变器系统主要包括：光伏组件，蓄电池组，蓄电池充放电设备，DC/DC变换器，微网逆变器，静态开关等。

　　500W微网逆变器系统结构图

　　1.微网逆变器设计
　　微网逆变器是微网逆变器系统中的关键部分。微网逆变器输出为三相交流电，具有并网和独立运行两种工作模式。微网逆变器主电路采用智能功率模块进行逆变，产生三相交流电通过三相变压器进行隔离升压，并变成三相四线输出。
　　2.静态开关和电能计量设计
　　静态开关是微网逆变器系统中的重要组成部分。静态开关由三组双向可控硅、两个空气开关以及一个断路器组成，其闭合和断开的驱动信号由DSP产生。
        3. DC/DC变换器方案设计
　　DC/DC变换器采用Boost拓扑，实现直流电压的升压功能和蓄电池的最大功率点跟踪（MPPT）。PWM驱动信号由DSP产生，通过采集太阳能电池板的输出电压和电流，计算瞬时输出功率，不断与前一时刻的输出功率相比较，来跟踪太阳能电池板的最大输出功率。
　　4.蓄电池充放电设备设计
　　蓄电池充放电设备的硬件电路采用Buck-Boost拓扑，驱动信号由PIC单片机产生。充电时根据当前蓄电池状态，启用均充模式或者浮充模式，实现对蓄电池的智能化充电。当系统需要蓄电池放电时，由PIC单片机产生PWM驱动脉冲，实现蓄电池对负载的放电。
　　500W微网逆变器电路设计

　　系统的硬件总体图

　　1.主控制芯片的选择
　　控制芯片要实现的功能有：对检测信号进行A/D转换；产生PWM波形；完成MPPT；电能计量和反孤岛效应的计算过程。控制电路的核心器件采用美国 TI公司的TMS320F2812DSP（简称2812）。
　　2. 逆变器的设计
　　逆变器是光伏并网发电系统的核心部件，选择高可靠性的逆变模块是电路正常工作的必要条件。IPM故障输出信号封锁IPM 的控制信号通道，软件保护不需要增加硬件，简便易行，但可能受到软件设计和计算机故障的影响；硬件保护则反应迅速，工作可靠。应用中软件与硬件结合的方法能更好的弥补IPM 自身保护的不足，提高系统的可靠性。IR2130是600V以下高压集成驱动器件，它具有六路输入信号和六路输出信号，且只需一个供电电源即可驱动三相桥式逆变电路的6个功率开关器件，一片IR2130可替代3片IR2110，使整个驱动电路更加简单可靠。
　　3.微网逆变器电源设计
　　微网逆变器电源系统直接影响逆变器输出的输出的三相交流电，整个系统的稳定性，所以一个稳定的电压系统是逆变器稳定工作又一必要条件。对于蓄电池供电的电源系统需要高效率，低纹波。下面分别阐述由外部220V供电和蓄电池供电的电源设计。对于实验时，可以先用外部220V供电的电源系统，对于实验完毕成为产品，为了简化电路，需用内部只带蓄电池供电。
　　4.微网逆变器信号调理电路设计
　　由于DSP不能输入负电压，故逆变器的输出线电压和线电流，电网端的线电压和线电流总共12路信号要通过信号调理才能送入DSP。

        此系统输出是三相交流电，输出线电压为380V，故选择TV19E电压互感器，其输出负载电阻可以接0～500欧，输出交流电压0～2.5V，此系统采用240欧的电阻，输出电压-1.2V～1.2V。满足DSP的输入要求。输出电流小于1A，故选择最大可以测量1A的电压型电流互感器TA1410，负载电阻用是200欧，输出电压为-1～1V的交流电压。由于DSP输入端不能输入负电平，故要对电压互感器和电流互感器的信号进行+1.25V的提升，使输入信号在0～3.3V之间。
　　5.微网逆变器开关驱动电路设计
　　为了实现微网逆变器、负载、电网间的连接，当电路出现故障，需要快速的切换，故电路中使用了静态开关（晶闸管），交流接触器，空气开关。
　　6. 微网逆变器电能计量电路设计
　　本系统采用两块ATT7022B分别对逆变器侧和电网侧进行电能计量ATT7022B是一款高精度三相电能专用计量芯片，集成了6路差分输入二阶 sigma-delta ADC，适用于三相三线和三相四线应用，在输入动态工作范围（1000：1）内非线性测量误差小于0.1％。主要功能包括：电能计量、参数测量、数字接口和数字校准。
　　7.微网逆变器DC-DC电路设计
　　为了输入实现MPPT，输入DC-DC采用BOOST电路。采用SG3525作为主控芯片。
　　8.微网逆变器蓄电池充放电电路设计
　　智能充放电器采用升降压拓扑结构，并用PIC单片机进行智能控制，电路既包括智能充电电路，也包括智能发电电路。
　　9. 微网逆变器变压器设计
　　本系统逆变其输出三相交流电线电压为190V，结果三相升压变压器（变比1:2）升压到380V，并采用△-Ｙ接法，功率500W。此变压器起升压作用，另外起隔离作用。