5kw微网逆变器系统设计

件采用美国TI公司的TMS320F2812DSP(简称2812)。

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。下面对IPM（智能功率模块）组成逆变器和分离元件组成逆变器进行分别阐述。

IPM逆变模块介绍

IPM是一种先进的功率开关器件，具有GTR(大功率晶体管)高电流密度、低饱和电压和耐高压的特点，并具有MOSFET(场效应晶体管)高输入阻抗高开关频率和低驱动功率等优点。IPM内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路，不仅减小了系统的体积以及开发时间，也增强了系统的可靠性。

IPM逆变模块保护电路设计

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。

由IR2130组成逆变模块电路设计

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。

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三相交流电和整个系统的稳定性，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。为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。实验时，可以先用外部220V供电的电源系统；实验完毕成为产品时，为了简化电路，需用内部只带蓄电池供电。

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。

电压互感器的选择

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0~500Ω，输出交流电压0~2.5V，此系统采用240欧的电阻，输出电压为-1.2V~1.2V。满足DSP的输入要求。电路如图3所示。

电流互感器的选择

此系统输出电流小于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-1V~1V的交流电压。电路如图4所示。

图3 电压互感器电路图

图4 电流互感器电路图

电平提升电路的设计

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。

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。

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。

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。

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。

微网逆变器变压器设计

本系统逆变器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5kw。此变压器起升压作用，另外起隔离作用。

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5kw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