并网光伏微型逆变器设计

。如果其中有任一条件未满足，则会切换到SYSTEM_ERROR工作模式。

▲SYSTEM_ERROR

如果发生以下任一情况，则系统状态会切换到此SYSTEM_ERROR模式

?电网欠压~180VAC

?电网过压>~270VAC

?电网频率>55Hz或45Hz

?反激MOSFET过流

?逆变器输出电流峰值>3A

一旦系统切换到SYSTEM_ERROR状态，它会重新检查前述条件以避免错误的SYSTEM_ERROR触发。一旦系统确认错误确实存在，则会继续处于安全工作模式。随后系统会停止PWM模块，并将ADC触发源更改为Timer1。在SYSTEM_ERROR工作模式期间，系统状态机会持续检查输入和输出电压条件。如果故障消除，并且PV电池板电网电压以及电网电压的频率都在指定限值之内，则系统会切换到SYSTEM_STARTUP工作模式，以稳妥地开启太阳能逆变器并开始向电网馈送可用能量

▲DAY_MODE

DAY_MODE是正常工作模式。在太阳能逆变器正常工作期间，状态机会对系统外设进行配置以执行由系统状态确定的正确的功率转换算法。在该模式下，太阳能微型逆变器将来自PV电池板的最大可用能量传送到单相电网。器件的ADC外设由PWM触发，以对所有的模拟反馈信号进行采样。PLL产生与电网电压同相且同步的正弦电流参考。MPPT控制环计算参考电流输出的电流幅度，以确保逆变器系统馈送来自PV模块的最大可用能量。如果这些条件中的任一条件未满足，则系统状态机将切换到SYSTEM_ERROR状态。

▲NIGHT_MODE

如果并网PV电池板可提供的能量不足（功率25W）或PV电池板电压不在指定限值之内，则系统状态会切换到NIGHT_MODE。在此工作模式下，系统会停止向电网馈送任何能量，并关闭所有PWM开关同时将ADC触发选项从PWM切换到Timer1，以将ADC触发速率保持为与DAY_MODE模式下相同。这样，就可以持续监视所有反馈信号，并检查前述所有的系统输入输出条件及故障。如果出现任何故障或电网电压超出指定限值，则系统会切换到SYSTEM_ERROR模式。并网太阳能微型逆变器控制系统包括以下控制环：

?数字锁相环（PLL）

?MPPT控制环

?电流控制环

?负载平衡控制环

并网电网同步锁相环PLL

在连入电网的系统中，转换器控制系统的关键元件是PLL，它产生电网电压的频率和相位角以便控制输出与电网同步。PLL产生的电网电压的估计频率ωe和相位角θe不仅可通过合成或转换用于控制和信号生成，还可用于提供保护，以检测转换器何时进入了孤岛模式。因此，可将PLL系统准确并且尽快地同步到这些电网参数至关重要；否则，可能会导致对功率因数角度、谐波 的控制和对系统工作模式的确定变得不准确且存在潜在危害。并网太阳能微型逆变器的PLL采用了对电网电压的硬件过零检测和软件过零检测。在软件中，会在每个ADC触发器处对电网电压进行采样，并将电网电压的极性存储在寄存器中。每次采样时均会检查电网电压的极性。如果电网电压的极性发生了变化，软件会设置零电压检测标志。周期计数寄存器会存储两次过零检测之间发生的中断总数。随后周期计数寄存器的值给出电网电压周期值的一半，因为软件中两次中断间的时间是固定的，且从不改变。周期值决定了正弦表中正弦表参考生成的相位角增量。正弦表由512个用于产生0-90度正弦参考的元素组成。90-180度的正弦波形是0-90度波形的镜像。因此，会产生与电网电压同相和同步的0-180度半正弦参。MPPT控制环

通常使用两种算法来追踪MPPT：扰动观察法（PO）和增量电导法（IncCond）。此设计使用PO法来进行MPPT。图39提供了PO算法的控制流程图。MPP追踪器通过将太阳能阵列的电压定期增大或减小来工作。如果给定扰动导致PV输出功率增大（减小），则会在相同（反）方向上产生后续扰动。在图8中，设置MPPT参考表示对太阳能阵列电压的扰动，而MPPTref+和MPPTref-分别代表相同或相反方向上的后续扰动。设定的MPPT参考决定了由PLL产生的正弦参考电流的峰值。

如图8中所示，MPPT点之后PV输出电流的略微增加会导致PV输出电压降低一半，所以PV输出功率也会降低一半。因此，会在电网电压的每个过零处持续检查PV电压，并将该值与PV电压的前一个过零采样相比较。如果PV电压之差大于40mV，则MPPT算法会降低输出电流参考的幅度并且会将从PV电池板获取的功率保持在更靠近PV特性曲线的MPP的工作点处。

电流环

电流控制环是一个比例积分（PI）控制器，是控制系统的核心。此控制环可校正如下两个电流之间的误差两个电流是电流控制环的输入：

?参考电流信号（IACREF）

?输入电流（IAC）

电流控制环的输出是一个控制信号，用以确保输入电流（IAC）跟随参考电流（IACREF）。电流控制环以57kHz的频率执行，且开关频率为172kHz时