独立／并网双工模式光伏逆变系统的设计

MOD_SEL为模式选择信号，由单片机控制，REF_SIN为参考正弦信号，由单片机给定，EA_OUT为误差信号，Io_SENSE为输出电流反馈信号，Uo_SENSE为输出电压反馈信号。R7～R10，C4，C5和运放U1构成逆变系统并网工作时的反馈控制电路，R11～R15，C7，C8和运放U2构成逆变系统独立工作时的反馈控制电路。
该部分电路工作原理为：①当MOD_SEL=1时，VQ1导通，A=B=0，C=0，则通道ax，bx打开。REF_SIN由a端输入，ax端输出，与电压反馈信号VC_SENSE作比较。经图中所示运放电路调理后的信号从bx端输入，b端输出，该信号为EA_OUT。此时为独立运行模式；②当MOD_SEL=0时，VQ1关断，A=B=1，C=0，则通道ay，by打开。REF_SIN由a端输入，ay端输出，与电流反馈信号IL_SENSE作比较。经图中所示运放电路调理后的信号从by端输入，b端输出，该信号为EA_OUT。此时为并网运行模式。

4 设计实例与实验结果
此处设计了一个1 kW的光伏逆变系统。采用图1所示拓扑，主要参数为：输入电压35～75 V，输出电压220 V，输出电压频率50 Hz，直流母线电压400V，输出功率1 kW，变压器初次级匝数比8：96，隔直电容88μF，滤波电感分别为3．3 mH和1．2 mH，滤波电容分别为600 μF和2．2μF。
系统采用AVR单片机ATMEGA64作为主控芯片。DC／DC部分VT1～VT4采用IXFK180N10型MOSFET管，VD1～VD4采用MUR8120型快恢复二极管，开关频率f=62．5 kHz，高频变压器磁芯采用PQ50／50，使用丝包线绕制。DC／AC部分VT5～VT8采用47N60C3型MOSFET管，f=32 kHz。

为验证工作原理，用示波器进行检测。图6a为输出滤波前高频调制电压波形。可见，电压幅值约350 V，频率50 Hz。图6b为独立逆变模式下，逆变器带电阻性负载工作波形。可见，逆变器可输出理想的220 V／50 Hz正弦电压，在带负载时，仍能保持良好正弦性。经实测，满负载输出时电压THD≤3％，满足要求。图6c为并网逆变模式下，逆变器工作波形。可见，逆变器输出4．5 A／50 Hz正弦电流，且电流相位稍微滞后于电网电压，因为MCU的数据处理耗费了一定时间。忽略这一点，输出电流与电网电压基本同频同相。经实测，额定功率输出时电流THD≤5％，满足要求。

5 结论
此处针对光伏逆变系统，提出一种独立／并网双工模式逆变系统，分析了逆变器拓扑结构及控制原理，采用前馈控制进行改进，提出一种用于切换两种工作模式的方法，并研制一台实验样机验证可行性。结果表明该方案研制的逆变系统工作稳定，运行可靠，可分别工作于独立、并网两种模式，且能自由切换。系统具有良好的应用前景。