【正文】 D4引腳。整理可得： （）本系統(tǒng)中，太陽能電池板陣列輸入電壓范圍是60～140V，直流母線電壓為=380V，有上式（）可得，～。 逆變器電路設(shè)計與參數(shù)選擇一、IGBT開關(guān)管的選擇逆變器的功率開關(guān)器件的選擇至關(guān)重要，目前使用較多的功率開關(guān)器件有門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)，雙極結(jié)型晶體管(BJT)，金屬氧化物功率場效應(yīng)管(MOSFET)和絕緣柵極晶體管(IGBT)等。我們可以從以下幾個方面來選取電感值：（1）電流的紋波系數(shù)并網(wǎng)逆變器輸出的濾波電感的值將直接影響輸出文波電流的大小，通過電感基本的伏安關(guān)系可得： （）其中為電感的電壓，當(dāng)輸出電壓在峰值附近即時，輸出電流的紋波系數(shù)最大，設(shè)此時開關(guān)管的開關(guān)周期為Ts，占空比為，則有： （）另外根據(jù)電感的伏秒特性平衡原理，可得： （）于是可得占空比： （）有以上各式可得： （）進一步化簡可得： 即 （）在逆變系統(tǒng)中，所以開關(guān)管的工作頻率為f=10kHz，T=100us，取電流的紋波系數(shù)為16%，則由式（）計算可得： （）因此，要保證實際的電流紋波，所以取電感取值范圍為[15][16]。逆變單相橋電路采用PWM波的控制方式，通過調(diào)節(jié)占空比來達到輸出波形的要求，后級采用LCL濾波電路，然后并入電網(wǎng)。（1）繼續(xù)對光伏并網(wǎng)逆變器，光伏并網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)化進行研究設(shè)計。對主電路的參數(shù)進行了詳細的公式推導(dǎo)，對器件的選型進行了詳細的論述。 IGBT兩端的電壓波形 輸出端的電壓波形從Matlab的仿真波形圖可知，該Boost升壓斬波電路將光伏直流電源從75V升高到400V，脈動在要求的范圍之內(nèi)，達到了要求的效果，證明了設(shè)計的可行性，可以進行下一步的制作PCB板工作。在電流方面，為了保證系統(tǒng)的工作安全，對開關(guān)管電流也要選取較大的裕量；逆變器的開關(guān)頻率為10kHz，在散熱方面，為了保證開關(guān)管的充分散熱，采用了將IGBT固定在散熱器上的措施。其承受的最大電壓為400V，最大電流為14A。因此，設(shè)計中選擇濾波元件總是盡量選取小的寄生電阻元件，且實際應(yīng)用中，是占空比調(diào)節(jié)[14]。本設(shè)計所采用的霍爾電流傳感器型號為HNC100LA。本設(shè)計選用CY7C1021（64K）的片外RAM，只需將它的A0A15引腳直接和DSP的XA0XA15數(shù)據(jù)線相連，IO0IO15與DSP的XD0XD15地址線相連。 JTAG接口電路TMS320F2812采用了雙電源供電機制，以獲得更好的電源性能， 。它是由Altium公司在2002年推出的，是目前最受歡迎的電子線路設(shè)計軟件，利用它可以方便地設(shè)計各種電路原理圖和PCB圖。這種芯片集成了128KB的Flash儲存器，4KB的引導(dǎo)ROM，數(shù)學(xué)運算表以及2KB的OTPROM，因此能夠大大改善其應(yīng)用的靈活性。主動檢測法是通過并網(wǎng)逆變器定時產(chǎn)生一個擾動信號，然后觀察電網(wǎng)是否受到影響作為判斷電網(wǎng)是否發(fā)生故障的依據(jù)。對于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)而言，需要考慮在一種特殊的故障狀態(tài)下的應(yīng)對策略——孤島效應(yīng)的防止對策。一定的條件下，采用恒壓控制跟蹤的方法不僅可以得到比直接匹配更高的功率輸出，還可以用來簡化和近似最大功率點跟蹤控制。若確定，則輸出電流的誤差范圍不變。若不采取一些措施，同等級功率的電壓源并聯(lián)運行優(yōu)異性不容易獲得。在本設(shè)計的系統(tǒng)中，太陽能電池板輸出的額定直流電壓為60140V之間，前級DC/DC斬波電路變換器需將此輸入電壓升至400V以上才能實現(xiàn)無隔離變壓器兩級式直接并網(wǎng)。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(yīng)較差，所以，一般采用電壓源輸入。三、無變壓器隔離拓撲結(jié)構(gòu)無變壓器隔離的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，即非隔離型里面不含隔離變壓器，能量傳遞一般只有兩級。控制策略選擇有：最大功率點跟蹤、SPWM控制等。就光伏并網(wǎng)型逆變器而言，合肥工業(yè)大學(xué)能源研究所、燕山大學(xué)、上海交通大學(xué)、中國科學(xué)院電工研究所等科研單位在這一方面進行了相關(guān)的研究，并且在“九五”、“十五”期間，國家科技部投入相當(dāng)數(shù)額的經(jīng)費進行開發(fā)工作[3]。在新能源家族中，有風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮?、潮汐能等。本文針對太陽能?yīng)用的一個重要研究領(lǐng)域——光伏發(fā)電系統(tǒng)，尤其是小功率光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，設(shè)計實現(xiàn)了基于DSP控制的單相光伏并網(wǎng)逆變器的硬件電路。當(dāng)今太陽能電池硅板成本有所降低，電力電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機處理技術(shù)等也有了飛速發(fā)展。國內(nèi)重點光伏發(fā)電項目大功率產(chǎn)品幾乎全部選用國內(nèi)產(chǎn)品。 光伏并網(wǎng)逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計 按變壓器拓撲結(jié)構(gòu)分類目前，在實際的光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用中，按變壓器拓撲結(jié)構(gòu)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。同時也能起到減小電流提高電壓的作用，從而降低逆變部分的能量損耗，提高光伏并網(wǎng)的發(fā)電效率。而交流測輸出電流的波形和相位因負載阻抗的不同而不同。后級的DC/AC逆變器，采用單相全橋逆變電路，將DCLink直流電轉(zhuǎn)換成220V/50Hz正弦交流電，實現(xiàn)并網(wǎng)輸送功率。(a) (b)其中為光伏并網(wǎng)逆變器輸出交流側(cè)電壓，為電網(wǎng)側(cè)的電壓，I為逆變器輸出電流也是電感的電流。，電流響應(yīng)快。但是這種方法也有它的一些缺陷，因為始終有擾動電壓存在，在最大功率點跟蹤過程中將會導(dǎo)致一些功率損失；若跟蹤步長太小，當(dāng)外界環(huán)境條件發(fā)生變化時，不能快速跟蹤、容易引起振蕩。若未及時將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)切離負載，可能使得某些對頻率敏感的負載損壞。光伏電池陣列的直流輸出電壓較低，雖然可以直接采用多級串聯(lián)獲得需要的逆變電路側(cè)的母線電壓，但是隨著電功率的輸出以及環(huán)境的變化，逆變器直流母線電壓將會產(chǎn)生波動，從而使得電池電源側(cè)輸出功率也隨之波動。引導(dǎo)（BOOT）ROM,外部存儲器擴展接口。無源晶振需要借助于時鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號相對于晶振而言其缺陷是信號質(zhì)量較差，通常需要精確匹配外圍電路，更換不同頻率的晶體時周邊配置電路需要相應(yīng)的調(diào)整。為了減少串口通信時CPU的開銷，TMS320F2812的串口支持16級接受和發(fā)送FIFO。電流傳感器的實際和采樣輸出的比例為1000：1，R5取樣電阻，將電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號。五、電網(wǎng)交流側(cè)過零比較電路由于TMS320F2812芯片只能采集TTL信號，該脈沖信號和正弦波有相同的過零點。由于電感一直處于充電、放電過程，而且充放電過程都是曲線的，所以電感電流不是一個直流分量，還存在紋波量，其中紋波分量由電感兩端的電壓： （）可得流過電感的電流變化量： （）電感電流的紋波系數(shù)的定義。在低壓小容量系統(tǒng)中較常使用的器件為MOSFET，因為MOSFET具有較高的開關(guān)頻率和較低的通態(tài)壓降，以及正的溫度系數(shù)，熱穩(wěn)定性較好。（2）逆變器的矢量三角形關(guān)系從逆變器的矢量三角形關(guān)系可以得出： （）于是可得它們的基波幅值滿足下面公式： （）由SPWM正弦脈寬調(diào)制理論可以得到。 單相橋帶濾波的逆變電路 仿真波形和分析。關(guān)注國內(nèi)外光伏逆變器的最新研究成果，多看一些文獻和參與設(shè)計一些實際的光伏逆變器的設(shè)計。并用Protel DXP軟件設(shè)計了光伏并網(wǎng)逆變器的升壓結(jié)構(gòu)、逆變結(jié)構(gòu)，以及DSP控制器的系統(tǒng)的原理圖和采樣電路設(shè)計。 仿真波形和分析。分別從以上幾方面考慮，在本系統(tǒng)中，IGBT的最大集射極電壓為直流電壓400V左右，考慮到器件開關(guān)過程中有電壓尖峰的影響，選取一定的電壓裕量（一般選為2～3倍）。三、開關(guān)管的參數(shù)選擇IGBT結(jié)合了GTR和MOSFET的優(yōu)點，所以Boost升壓斬波電路中選用IGBT作為開關(guān)管。為了輸出電壓的穩(wěn)定，控制電路盡量增大占空比，使電壓增益變大以便于維持輸出電壓的恒定。四、交流側(cè)電流采樣電路通過霍爾電流傳感器得到一定比例的弱電壓信號。五、片外擴展RAM由于本設(shè)計中的DSP采集的數(shù)據(jù)較多，對處理存儲容量有一定的要求，所以需要外接一塊RAM來擴展容量。EMUO和EMUI要上拉到DSP的電源。 DSP外圍設(shè)備 DSP系統(tǒng)硬件電路設(shè)計本設(shè)計硬件電路圖的設(shè)計選用了Protel DXP軟件。 DSP概述一、DSP內(nèi)部結(jié)構(gòu)TMS320F2812處理器有較高的運算精度（32位）以及系統(tǒng)的處理能力（達到150MIPS）。但是在源負載功率基本接近時，斷電后負載的電壓和頻率變化很小，被動檢測法就會失效。對于通常電網(wǎng)系統(tǒng)工作時可能出現(xiàn)的器件過流、器件過熱、器件驅(qū)動信號欠壓、太陽電池輸出欠壓以及電網(wǎng)過壓、欠壓等故障狀態(tài)，通過硬件電路檢測配合軟件進行處理比較容易。保證使電壓工作點穩(wěn)定在附近，這就可以保證太陽能電池最終具有在當(dāng)前環(huán)境下的最大功率輸出。以作為滯環(huán)比較器的環(huán)寬，當(dāng)實際電網(wǎng)電流和給定電流的差值超過環(huán)寬時，就會產(chǎn)生PWM波信號。但是鎖相環(huán)節(jié)響應(yīng)慢、逆變器輸出電壓值不易精確控制、出現(xiàn)環(huán)流現(xiàn)象。經(jīng)過方案的比較論證以及考慮本系統(tǒng)針對小型的單相并入電網(wǎng)的特點，本設(shè)計采用無變器的兩級結(jié)構(gòu)，前級DC/DC直流升壓斬波變換器和后級DC/AC逆變器之間通過DCLink相連。如果考慮到后端的輸出控制方式，則可將其劃分為電壓源式電壓控制輸出（VSCV）、電流源式電壓控制輸出（CSCV）、電壓源式電流控制輸出（VSCC）、電流源式電流控制輸出（CSCC）四種。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。其中硬件電路包括：直流斬波電路拓撲結(jié)構(gòu)、逆變器電路、DSP控制電路、采樣硬件電路和輔助電源。 國內(nèi)研究的現(xiàn)狀由于我國在光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電技術(shù)的研究起步相對較晚，光伏發(fā)電只在一些尖端領(lǐng)域應(yīng)用比較多，核心技術(shù)方面和國外還有一定的差距。能源短缺和環(huán)境惡化加快了人類去尋找替代能源的進程，各國都在大力發(fā)展新能源