【正文】 0 sdc dcPTC U??? （ ） 其中 400dcUV? ， 0 1000PW? ， 2%?? ， ?? ， 510sTs?? 代入上式（ ）得： 510 00 10 2 40 0dcCF ??????? （ ） 在實際的系統(tǒng)設計中，當開關管給電感充電時，后級逆變部分所需要的能量是由電容提供 的，所以給設計的電容留下充足的裕量，所以給電容留一定的 5倍以上的容量，本文采用 4500F? /450V的電容。但工作頻率過高則功率開關管的發(fā)熱和和損耗都會增加。 有以上各式可得電感的大小 ： 220(1 ) dc sUTL P????? （ ） 其中 0 1000PW? 為輸出功率。 根據(jù)伏秒平衡的定理，電感電壓在開關管的一個周期內對時間的積分為零。 圖 單相雙級光伏并網逆變器的拓撲結構 Boost電路設計與參數(shù)選擇 圖 Boost 斬波電路 一、 Boost 升壓電感參數(shù)的設計 對于一般的 變換器來說，由于電感和電容寄生電阻的影響，隨負載電流增加，輸出電壓會下降，輸出電壓對占空比 ? 的敏感度下降，控制特性變差。尤其是上管驅動采用外部自舉電容上電 ， 使得驅動電源路數(shù)目較其他 IC 驅動大大減小。 六、電網電壓同步信號采樣電路設計 畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 41 逆變器輸出的電壓只有與電網側的電壓幅值、相位、頻率一致時，才能并入交流電網之中。 五、電網交流側過零比較電路 由于 TMS320F2812芯片只能采集 TTL信號，所以需要硬件電路輔助實現(xiàn)將電網正弦波電壓信號轉換為 ，該脈沖信號和正弦波有相同的過零點。其額定電流為 100A/輸出額定電流為 50mA，電源電壓為 15V? 。然后再將信號減半，通過 RC 濾波電路，經過兩個畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 41 串聯(lián)的肖特基二極管限幅送到 DSP 的 AD4 引腳。取得電壓傳感器的電壓幅值在 [5V， +5V]范圍內。其中的電壓跟隨器起到緩沖、隔離、帶負載能力提高的作用。 二、直流側電流采樣電路 對于直流側電流的采樣，我們通過在直流輸入端串入一個電流傳感器來檢測直流側的電流 dcI ，把采集到的 光伏電池陣列輸出的直流電流和升壓斬波電路輸出的直流電流都送到 TMS320F2812芯片中。 圖 片外擴展 RAM 采樣和調理保護電路設計 一、直流側電壓采樣電路 直流側電壓的采樣，我們通過在直流輸入端串入一個電壓霍爾傳感器來檢測直流側的電壓，把采集到的光伏電池陣列輸出的直流電壓和升壓斬波電路輸出的直流電壓都 送到 TMS320F2812 芯片中。 圖 電平轉換 緩沖電路的作用是用來解決電路中信號可能受到大的干擾，產生大的脈沖波，用來消除干擾，減少對控制芯片內部器件沖擊，其連接電路如圖 所示。 圖 A/D 轉換電路 四、電平轉換和緩沖電路 在新一代電子電路設計中 ， 隨著低電壓邏輯的引入 ， 系統(tǒng)內部常常出現(xiàn)輸入 /輸出邏輯不協(xié)調的問題 ， 從而提高了系統(tǒng)設計的復雜性。其接線如圖 所示。 圖 輔助電源電路 畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 41 三、 2 路串行通信 SCI 接口電路和 A/D 轉換電路 2 路串行通信接口（ SCI）是采用雙線通信的異步串行通 信接口，即通常所說的 UART 口。與 比， 。 JTAG接口用于連接 DSP 系統(tǒng)板和仿真器， 實現(xiàn)仿真器 DSP 訪問， JTAG的接口必須和仿真器的接口一致，否則將無法連接上仿真器。其電路原路如圖 所示。 畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 41 圖 DSP 芯片和 時鐘晶振 通過按鈕實現(xiàn)復位操作。連接起振電容是為了保證正常的起振，對振蕩頻率的影響極小。它是由 Altium 公司在 2021 年推出的，是目前最受歡迎的電子線路設計軟件，利用它可以方便地設計各種電路原理圖和 PCB 圖。因此， CPU 將所有的外設都映射到了數(shù)據(jù)存儲器空間。 ，串行外設接口（ SPI）、兩個 UART 接口模塊（ SCI）、增強的 塊、多通道緩沖串口（ McBSP）。引導（ BOOT） ROM,外部存儲器擴展接口。 畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 41 圖 DSP 內部結構 通過 DSP 的結構可以歸納出 DSP 的以下特點： COMS技術，主頻達 150MHz（時鐘周期 ）、功耗低、 Flash 編程電壓為 。諾依曼結構的處理器相比有了本質的改進，為復雜信號處理算法和控制算法的實現(xiàn)提供了良好的實現(xiàn)平臺 [11]。 數(shù)字信號處理器是利用計算機或專用的處理設備，以數(shù)值計算的方式對信號進行采集、變換、綜合、估計與識別等加工處理，從而達到拾取信息和控制的目的。所以需要增加一個 DC/DC 升壓變換電路來升高直流母線電壓，采用閉環(huán)控制來實現(xiàn)直流母線電壓的穩(wěn)定。即使光伏電源的功率與局部電網負載的功率平衡時，也會通過擾動破壞功率平衡，造成系統(tǒng)的電壓、頻率和相角有明顯變化，從而能夠檢測出孤島效應。電網故障后，負載電壓及頻率均不能穩(wěn)定，從而可以判斷孤島效應是 否發(fā)生。所以，必須尋求適當?shù)慕鉀Q策略來應對日趨嚴重的孤島效應問題。 ，由于電壓相位不同，可能發(fā)生較大的沖擊電流，造成相關的設備損壞。 孤島效應，可能會對用戶、電網會對整個配電系統(tǒng)設備及用戶端設備以及維修人員造成危害。 孤島效應 在光伏并網發(fā)電系統(tǒng)中，直接將太陽能逆變后的電能饋送給電網，從而需要設置各種完善的保護措施。電導增量法通過比較太陽能電池輸出的電導增量和瞬時電導來改變控制信號。當光照和溫度有大幅度變化時，這種跟蹤 到另一最大功率點的速度變慢，不能快速跟蹤。如果功率增加，表示擾動方向正確，可繼續(xù)朝同一個方向擾動。所以，我們可以近似認為太陽能電池的開路電壓與最大功率點（ MPPT）電壓成線性比例關 系： m ocU nU? 。這必然會降低光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率。 三、 SVPWM 電流控制方式 空間矢量 PWM控制策略是依據(jù)逆變器空間電壓（電流）矢量切換來控制逆變器的一種新穎思路的控制策略。 。 圖 電流滯環(huán)瞬時比較方式 以 ci? 作為滯環(huán)比較器的環(huán)寬，當實際電網電流 ci 和給定電流 ci? 的差值超過環(huán)寬時，就會產生PWM 波信號。這種三角波比較控制方式中，功率開關器件的開關頻率是一定的，即等于載波頻率，這給高頻濾波器的設計帶來方便。 一、 SPWM電流跟蹤方式 SPWM 電流跟蹤方式也可以稱為三角波比較方式的電流跟蹤方式，這種方式不是把指令信號和三角波直接進行比較而產生 PWM 波形，而是通過閉環(huán)來進行控制的。 畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 41 (a) (b) 圖 逆變器輸出電流和電壓的矢量關系 其中 outU 為光伏并網逆變器輸出交流側電壓， gridU 為電網側的電壓， I 為逆變器輸出電流也是電感的電流。 而對于采用電流控制方式的并網逆變器，只需控制逆變器的輸出電流跟蹤電網電壓 ，同時設定輸出電流的大小，就可以實現(xiàn)它的穩(wěn)定并網運行，其控制方法簡單，效果也較好，因此得到了廣泛應用 [7]。如果光伏并網逆變器的輸出采用電壓控制，則實際上就成為一個電壓源與另一個電壓源并聯(lián)運行的系統(tǒng)，這種情況下要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，就必須采用同步鎖相技術來實現(xiàn)與電網的同步。 光伏并網控制策略基本原理 光伏并網逆變器控制需要滿足輸出電壓與電網電壓同幅值、同相位、同頻率，輸出電流與電網電壓同頻同相（ cos 1?? ），而且其輸出還應滿足電能質量的要求，這些都需要光伏并網逆變器的有效并網控制。后級的 DC/AC 逆變器，采用單相全橋逆變電路，將 DCLink 直流電轉換成 220V/50Hz 正弦交流電，實現(xiàn)并網輸送功率。 Boost 斬波電路為升壓直流環(huán)節(jié)，結構簡單，使得用于捕捉最大功率點跟蹤（ MPPT）控制方法簡單。 畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 41 圖 電流型逆變拓撲結構 根據(jù)以上光伏并網逆變器拓撲結構的分析，綜合各種結構的優(yōu)缺點，本設計選用當今熱點研究雙級式無變壓器的電壓型逆變器拓撲電路作為主電路。交流側輸出電壓波形和相位則因為負載阻抗情況的不同而不一樣。其結構如圖 所示。其次由于直流側電壓源的鉗位作用，交流側輸出的電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角無關。對于輸入源的選擇，要想得到一個穩(wěn)定的電流源輸入很不容易，要在輸入端串入一個大電感，但這會使系統(tǒng)的動態(tài)響應較差，所以，一般采用電壓源輸入。 圖 多級式光伏并網變換型 這種電路首先通過太陽能電池板陣列把太陽能輻射的能量轉換為電能，經濾波電路后通過前級直流斬波電路捕捉到最大功率點跟蹤（ MPPT），然后經過工頻逆變電路，并入交流電網。 圖 單級光伏并網變換型 這種類型的單級式光伏并網變換類型具有元器件使用少，可靠性高和效率高，并且功耗損耗少等優(yōu)點。這種拓撲結構的光伏并網系統(tǒng)啟動的先決條件是直流側濾波電容預先充電到接近電網電壓的峰值 [5]。 圖 無變壓器隔離拓撲結構 這種拓撲結構進一步降低了光伏發(fā)電系統(tǒng)設備的成本，使得傳輸能量的級數(shù)減少，提高了發(fā)電的效率 。它的缺點是能量傳遞的級數(shù)增多，這使得其中的能量損失變大。一次是經過高頻方波逆變，用來提高變壓器的工作頻率，從而能夠減輕變壓器的體積和重量。 圖 工頻隔離型拓撲結構 這種形式的太陽能光伏并網電磁干擾小，結構簡單，維護量小，可靠性高，開關頻率低。 光伏并網逆變器的拓撲結構設計 按變壓器拓撲結構分類 目前，在實際的光伏發(fā)電系統(tǒng)應用中，按變壓器拓撲結構分類的主電路有三種，分別是帶工頻變壓器隔離的單級式逆變器、帶高頻變壓器隔離的多級式逆變器和無變壓器隔離的兩級式逆變器。仿真部分主要針對升壓斬波電路和逆變器部分參數(shù)設計的檢驗和分析。 本課題研究的主要內容 本論文主要設計了一種基于 DSP 控制的單相光伏并網逆變器的硬件電路，并用 Protel DXP 軟件完成了整個系統(tǒng)的硬件電路，生成了 PCB 板。但目前全球光伏 并網逆變器市場被國際幾大巨頭瓜分，歐洲 作為 全球光伏 并網逆變器市場發(fā)展 的先驅，具備 了 完善的光伏產業(yè)鏈，光伏 并網 逆變器技術處于世界領先地位。國內重點光伏 發(fā)電項目大功率產品幾乎全部選用國內產品。 目前 我 國光伏并網逆變器市場 發(fā)展 規(guī)模 還比 較小，國內生產逆變器的商 家雖然很 多， 但 專門 用于生產 光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器制造 廠 商 卻并不多 ， 而且有 不少國內 制造廠商 已經在逆變器 方面 研究 開發(fā) 多年，已經 發(fā)展到擁有一定的 規(guī)模和 市場 競爭力，但在逆變器技術質量、 驗證技術上、 規(guī)模上與國外企業(yè)仍有 很大 差距 。它省掉了體積龐大、價 格高昂、不易維護的蓄電池，具有造價低，輸出電能穩(wěn)定的特點，因而具有更為廣闊的市場前景。 我國擁有豐富的太陽能資源，所以發(fā)展太陽能占有一定的先天優(yōu)勢。當今太陽能電池硅板成本有所降低，電力電子技術、自動控制技術、計算機處理技術等也有了飛速發(fā)展。由于太陽能資源分布相對廣泛、蘊藏豐富，光伏發(fā)電以清潔可再生的太陽能為能源，直接將太陽能轉換成電能，是一種不需要燃料、沒有污染獲取電能的高新技術，因此光伏發(fā)電被認為將是 21 世紀、最具活力的新能源 [1]。隨著一次能源煤、石油、天然氣等不可再生能源的過度開發(fā)，以及地球環(huán)境的日益惡化 —— 全球變暖、酸雨、厄爾尼諾現(xiàn)象等，一系列環(huán)境問題危及人類的可持續(xù)發(fā)展。 關鍵詞： 光伏并網；逆變器 ； 數(shù)字信號處理器； Matlab 仿真畢業(yè)設計說明書（畢 業(yè)論文） 41 PV GridConnected Inverter Hardware Circuit Design Based on DSP Abstract In recent years, with the continuous consumption of nonrenewable energy, the energy crisis has bee increasingly prominent, countries are stepping up the pace to develop new energy. Solar power, as a new energy production methods, owns many features, such as, clean, nonpolluting, never failure of source and simple maintenance measures, and thus draws more and more attention. In this paper, as for an important research field of solar energy applicationsphotovoltaic systems, especially lowpower photovoltaic power generation system, the hardware circuit of the DSPbas