【正文】 于逆變電源系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器的運(yùn)行信號包括逆變器輸出電壓相位、輸出電壓頻率、輸出電感電流以及直流母線輸入電壓、電流等。設(shè)計電路如圖4所示。前級采用EL817非線性光耦將單片機(jī)控制電路與功率電路部分隔離。該芯片為14引腳封裝，由兩個獨立的高端和低端輸出通道，產(chǎn)生互補(bǔ)的邏輯信號，可驅(qū)動同橋臂的兩個MOSFET，內(nèi)部自舉工作，允許在600V電壓下直接工作，柵極驅(qū)動電壓范圍寬（10~20V），施密特邏輯輸入，輸入電平與TTL及CMOS兼容，死區(qū)時間可調(diào)，輸出、輸入同相，低邊輸出死區(qū)時間調(diào)整后與輸入反向。為減小輸入端電壓紋波，無功功率不回流到光伏電池，Ud端并電解電容1000uF/100V。由于輸入Us為60V，為保證開關(guān)管不被擊穿并留有一定裕量設(shè)計選擇IRF540（耐壓100V、額定電流27A、通態(tài)電阻70mΩ）。這里取N=10，綜合電感體積等因素，確定電感值約為2mH。 241因此濾波電容值應(yīng)滿足下式： 242 由上式計算可得，輸出低通濾波器的電容值取小于85uF。本設(shè)計中輸出交流電壓的頻率為為50Hz，逆變器的開關(guān)頻率為25KHz，濾波器的轉(zhuǎn)折頻率一般取為(5～10) ，輸出濾波電容用來濾除輸出電壓的高次諧波。因此，選擇濾波器參數(shù)時要綜合考慮這兩方面的因素。濾波時間常數(shù)越大，不僅造成濾波電路的體積和重量過大，而且濾波電路引起的相位滯后也越大，采用閉環(huán)電壓反饋控制時，整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性就越差。 濾波參數(shù)的計算逆變器輸出低通濾波器用來濾除逆變器全橋輸出SPWM波中的諧波分量。為提高系統(tǒng)效率，可采取選擇合適的開關(guān)頻率、性能優(yōu)越的開關(guān)器件（通態(tài)電阻小、開關(guān)時間短）、增大濾波電感以減小電流紋波以及開關(guān)器件吸收電路。鎖頻、鎖相的實現(xiàn)：（其以MSP430F5529內(nèi)部的TIMERA2為時基），在上升沿到來時開始輸出SPWM波，下降沿到來時輸出置零，實現(xiàn)同頻、同相。最終使得輸出電壓Ud趨于穩(wěn)定，以此方法實現(xiàn)了模擬MPPT的功能。死區(qū)時間會給輸出的PWM波帶來影響，使其稍稍偏離正弦波。同一相上下兩臂的驅(qū)動信號互補(bǔ)，為防止上下臂直通而造成短路，留一小段上下臂都施加關(guān)斷信號的死區(qū)時間。在傳統(tǒng)的單極性調(diào)制方式中，所有的功率管仍為高頻開關(guān)。圖2 雙極性SPWM生成機(jī)制圖3 單極性SPWM生成機(jī)制（2）單極性調(diào)制方式傳統(tǒng)的單極性調(diào)制方式原理如圖3所示，逆變橋的兩個橋臂分別通過三角載波c與正負(fù)正弦調(diào)制信號（m、m）相交截分開調(diào)制，當(dāng)對角功率管開通時（S1/S4或S2/S3），逆變橋輸出UAB為+Ud或Ud；當(dāng)橋臂上部兩只功率管（SS2）或下部兩只功率管開通時，逆變橋的輸出UAB為零。（1）雙極性調(diào)制方式雙極性調(diào)制時，逆變?nèi)珮螂娐返膶枪β使埽⊿1/S4，S2/S3）同時開通和關(guān)斷，兩組互補(bǔ)導(dǎo)通，所有功率管均為高頻開關(guān)。這也是正弦脈寬調(diào)制技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的原因之一。SPWM調(diào)制的工作原理是采用正弦控制信號m與高頻三角波載波c相交截，產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制信號，再經(jīng)過邏輯變換、功率放大等，得到功率管的驅(qū)動信號，控制功率管的開通與關(guān)斷，從而在逆變器的輸出端得到正弦調(diào)制輸出。另根據(jù)題目光伏模擬電池為實驗室可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，故選用方案二。而且初始值及跟蹤步長的給定對于跟蹤精度和速度都有較大的影響。根據(jù)在不同日照強(qiáng)度時其IV曲線，可以說明其最大功率輸出點大致對應(yīng)于某個恒定電壓Um，則使太陽能電池陣列的輸出電壓箝位于Um的值即可，實際上是把MPPT簡化成穩(wěn)壓控制，這就構(gòu)成了CVT式的MPPT控制。把輸出電壓值的變化量△U稱之為擾動，通過不斷施加擾動△U，并測量比較其功率的變化，使太陽能陣列的輸出功率趨于最大。 MPPT的實現(xiàn)方案根據(jù)題目要求，需實現(xiàn)MPPT（Maximum Power Point Trace）即最大功率點跟蹤功能。采用單片機(jī)具有電路簡單可靠、靈活性好、可以采用性能優(yōu)良的控制方法，而且方便實現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控、顯示和處理，使整個系統(tǒng)控制非常方便。方案二：用專有集成芯片產(chǎn)生，雖然功能較強(qiáng)，輸出波形質(zhì)量較高，但是靈活性差、采用性能優(yōu)良的控制方法能力差、成本較高，不適合小系統(tǒng)的設(shè)計需要。全橋電路結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，但控制靈活，且輸出電壓是半橋電路的兩倍，開關(guān)管所承受的電壓、電流應(yīng)力均相對較低，且控制方式靈活，盡管所用的功率管的數(shù)量較多，但容易進(jìn)行多種組合實現(xiàn)軟開關(guān)技術(shù)，因而在各種場合尤其較高功率輸出的情況得到十分廣泛的應(yīng)用。半橋電路結(jié)構(gòu)簡單，但它需要外接正負(fù)直流母線電壓，其幅值超過輸出電壓最大值的兩倍，器件電壓應(yīng)力大，直流電壓利用率低；橋臂只能輸出+1和1兩態(tài)電平，工作于雙極性調(diào)制方式，橋臂輸出波形諧波含量大，需要高的開關(guān)頻率和大的濾波器。圖1 總設(shè)計框圖 實現(xiàn)方案的分析 DCAC逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)逆變器常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要包括如下幾類：（1）單相半橋逆變器這種逆變器所用的功率管數(shù)目少，主電路結(jié)構(gòu)簡單，廣泛應(yīng)用于單相和三相逆變器中，但是也存在如下缺點：a. 直流電壓利用率低； b. 輸出諧波含量大；c. 必須設(shè)置死區(qū)時間，輸出電壓波形發(fā)生畸變；d. 續(xù)流二級管為功率開關(guān)管的體二級管，性能較差，很難得到優(yōu)化設(shè)計。如系統(tǒng)出現(xiàn)過載或過流的情況，則產(chǎn)生保護(hù)信號，關(guān)閉四路開關(guān)管的驅(qū)動輸出。逆變器部分的主要功能為：在功率電路方面，前一級直流電壓輸入經(jīng)過橋式逆變器成為高頻矩形脈沖形式的交流電壓，再經(jīng)過后一級的低通濾波器，成為光滑的50Hz正弦交流電輸出。 總體方案及框圖針對系統(tǒng)指標(biāo)要求，本項目設(shè)計組成見圖1所示。