500W微网逆变器系统设计

软件设计和测试结果
　　根据前面分析讨论，研制一套基于TI公司的DSP芯片TMS320LF2812的500W光伏并网发电装置，由于DSP强大的控制能力和数据处理能力，使整机硬件结构较为简单，除了主电路、取样检测电路和驱动电路外，所有的运算、数据处理均由DSP完成。因此合理有效的控制策略和简洁软件构架是该系统可靠运行的有力保证。根据前面的分析和光伏并网发电系统的基本要求，DSP应该完成最大功率点跟踪控制、独立供电运行控制、同步锁相与并网控制、孤岛检测保护控制及相应的其它保护。本章主要根据上述要求给出相应的软件架构及主要实验结果。
　　系统的整体软件构架
　　微网逆变光伏发电系统的目的是将光伏器件产生的电能优先供给本地负载使用，多余的电量回馈给电网，软件的设计不仅要准确可靠地体现控制思想，而且要保证系统稳定可靠，防止干扰信号对系统的影响。
　　同步锁相控制
　　光伏并网发电系统要实现并网，必须使逆变输出与电网电压的幅度、相位与频率达到一致，否则将会使电网谐波增加、电能质量下降，并产生并网环流，甚至造成光伏发电系统的损坏。因此在并网过程中必须进行同步锁相控制、输出电压幅度控制以满足并网的要求。根据IEEE Std 1547-2003规定最大相位误差为20度，瞬时电压误差不能超过电网电压的10%、最大频率误差不能超过0.3Hz。

　　孤岛检测与保护
　　孤岛效应是包括光伏发电在内的分布式能源必须重视的一个重要问题。所谓孤岛效应是指在分布式能源系统逆变器并网工作过程中，当市电输入被人为断开或出现故障而停止供电时，逆变器仍持续向局部电网供电从而使本地负载的供电电源继续处于工作状态。

作者：黄华

500W光伏并网逆变器设计     1引言    太阳能的大规模应用将是21世纪人类社会进步的重要标志，而光伏并网发电系统是光伏系统的发展趋势。
    光伏并网发电系统的最大优点是不用蓄电池储能，因而节省了投资，系统简化且易于维护。这类光伏并网发电系统主要用于调峰光伏电站和屋顶光伏系统。目前，美、日、欧盟等发达国家都推出了相应的屋顶光伏计划，日本提出到2010年要累计安装总容量达50000MW的家用光伏发电站。作为屋顶光伏系统的核心，并网逆变器的开发越来越受到产业界的关注[1]。
    2光伏并网系统设计
    2.1系统结构
    光伏并网逆变器的结构如图1所示[2]。光伏并网逆变器主要由二部分组成：前级DC-DC变换器和后级DC-AC逆变器。这2部分通过DClink相连接，DClink的电压为400V。在本系统中，太阳能电池板输出的额定直流电压为100V～170V。DC—DC变换器采用boost结构，DC—AC部分采用全桥逆变器，控制电路的核心是TMS320F240型DSP。其中DC-DC变换器完成最大功率跟踪控制(MPPT)功能，DC-AC逆变器维持DClink中间电压稳定并将电能转换成220V／50Hz的正弦交流电。系统保证并网逆变器输出的正弦电流与电网的相电压同频和同相。

    2.2控制电路设计
    2.2.1TMS320F240控制板
    TMS320F240控制板如图2所示，以TI公司的TMS320F240型DSP为核心，外围辅以模拟信号调理电路、CPLD、数码管及DA显示、通信及串行E2PROM，完成电压和电流信号的采样、PWM脉冲的产生、与上位机的通信和故障保护等功能。

    2.2.2电压和电流信号检测电路
    模拟信号检测电路的功能是把强电信号转换为DSP可以读取的弱电数字信号，同时要保证强电和弱电的隔离。笔者选用惠普公司的HCPL7800A型光电耦合器，其非线性度为0.004％，共模电压为l000V时的共模抑制能力为15kV／lμs，增益温漂为0.00025V／℃，带宽为100kHz。具体隔离检测电路如图3所示。

    2.2.3IGBT驱动电路
    DSP控制电路产生的PWM信号先通过驱动电路，然后控制IGBT开关管的开通状态。笔者选用惠普公司的HCPL3120型专用IGBT驱动电路，如图4所示。驱动电路的输入和输出是相互隔离的，驱动电路还有电平转换功能，将DSP的+5V控制电压转换为+15V的IGBT驱动电压，驱动电路电源采用金升阳公司的B0515型隔离电源模块。

    2.2.4辅助电源
    为了给光伏并网逆变器的控制电路、信号采集电路及开关管驱动电路等提供各种工作电源，需要设计1个与主电路隔离的辅助电源。辅助电源的输入电压为100VDC～170VDC；输出的3路电压分别为+15VDC(2.5W)、-15VDC(2.5W)和+5VDC(5W)；输出电压波动小于1％。笔者采用最