毕业设计（论文）单相太阳能逆变电源控制系统设计.doc

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1、中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名： 学 号： 学 院： 应用技术学院 专 业： 电气工程及其自动化 设计题目： 单相太阳能逆变电源控制系统设计 专 题： 指导教师： 张同庄 职 称： 副教授 2010 年 6 月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 应用技术学院专业年级 电气06-1班学生姓名 蔡林平 任务下达日期： 2010年 3 月 8日毕业设计日期： 2010年 3 月 8 日至 2010 年 6月 8 日毕业设计题目: 单相太阳能逆变电源控制系统设计毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：单相太阳能逆变电源是小功率应用的主要类型，掌握对单相太阳能逆变电源控制系统的理论计算和

2、设计手段，具体要求如下： 1.对单相太阳能逆变电源控制系统方案进行对比与选择。2.对单相太阳能逆变电源控制系统的主电路进行理论计算与选择。3.对最大太阳能的利用与跟踪算法进行研究。4.对单相太阳能逆变电源控制回路进行设计。院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学

3、知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字：年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日

4、学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要 随着社会生产的不断发展，环境污染和能源短缺问题的日益严重，寻找一种大储备、无污染、易获取的新能源己经上升到世界各国的日程；对能源的需求量在不断增长，全球范围内的能源危机也日益突出。地球中的化石能源是有限的，总有一天会被消耗尽。随着化石能源的减少，其价格也会提高，这将会严重制约生产的发展和人民生活水平的提高。可再生能源是满足世界能源需求的一种重要资源，特别是对于我们这个人口大国来讲更加重要。太阳能凭借其在以上几方面的优点受到全球的高度关注。其中太阳能资源在我国非常丰富，其应用具有很好的前景。 本文以一个完整的独立光伏逆变发电系统为

5、设计，着重对单相的光伏逆变系统进行了分析，并从逆变系统的主电路拓扑、控制策略、系统参数选择、最大功率点跟踪等几个方面做了详细的分析。首先，详细分析了光伏逆变发电系统的不同主电路拓扑结构的工作原理和特点，在此基础上选用了一种比较简单的电路拓扑。并推导出一个简单实用的控制方程。 其次，根据设计出的主电路和控制器，采用完成了基于TMS320F2812 DSP控制系统的硬件电路设计和软件设计。再次，通过分析各种常用的最大功率点跟踪的方法，提出了一种基于本文中控制器的增量电导法。 关键词: 单相光伏； 逆变器； 最大功率点跟踪； DSPABSTRACTWith the continuous develo

6、pment of social production, environmental pollution and energy shortage have become a very serious problem, so searching for a new kind of energy which is large in reserve, pollution-free, and easy to obtain has risen to the agenda of the world. Moreover, the demand for energy is growing, and worldw

7、ide energy crisis has become increasingly prominent. However, earths fossil energy is limited, and it will be consumed one day. With the reduction of fossil fuels, its price will increase, which would seriously restrict the development of production and improvement of living standards. Therefore, re

8、newable energy is an important resource to meet the worlds energy demand, especially for our country with large population. Solar, with its advantages in these areas, has gotten global attention. In China, solar energy is very rich, and has a good prospect in application. In this paper, the research

9、 object is a complete independent photovoltaic inverter power system. The author has analyzed the single-phase PV inverter system, and then given a detailed study and simulation from the topology of the main circuit, control strategy, system parameters, and the maximum power point tracking in invert

10、er. First, the author analyzes the working principles and characteristics of different main circuit topology in the photovoltaic power inverter generation system. Then he chooses a relatively simple circuit topology to derive a simple and practical equation. Secondly, the author has completed the ha

11、rdware and software design, which is based on TMS320F2812 DSP control system and the main circuit and the controller. Thirdly, the author proposes a perturbation and observation method which is based on the controller mentioned in this article by analyzing a variety of commonly used methods of maxim

12、um power point tracking.Keywords: Single-phase-photovoltaic; Inverter; Maximumpower point tracking ; DSP目 录 1绪论11.1 光伏系统的应用现状及发展前景11.1.1 国外光伏发电产业的现状11.1.2 国内光伏发电产业的现状21.2 毕业设计要求：22 单相逆变器的工作原理与理论分析42.1系统总体设计构思42.1.1单相光伏系统的工作原理结构42.2 光伏系统的容量设计62.2.1地理位置62.2.2气候资源62.2.3 光伏组件方阵62.2.4关于蓄电池的容量计算(由于不在本设计计划

13、内，所以略减)82.3单相光伏逆变器的工作原理与结构82.3.1 逆变器的分类92.4 单相光伏逆变器主电路设计92.4.1 电压型逆变电路的特点102.4.2全桥逆变器电路112.5 逆变器的参数计算与器件选定122.5.1电压型单相半桥逆变器的参数计算122.5.2开关管的选取142.5.3光伏阵列逆变器的控制策略153 单相太阳能的DCDC变换（Boost电路）163.1直流变换电路的分类163.1.1 DCDC变换电路163.2 Boost电路电感的设计183.3 Boost电路电容的设计223.4 开关管和二极管的选型设计233.4.1开关的设计选型233.4.2 二极管的设计233

14、.5 其他参数的选取234 太阳能独立光伏发电系统控制系统电路设计244.1系统的条件244.2控制系统硬件及其电路244.2.1 DSP概述244.2.3 控制芯片TMS320F2812DSP简介244.3 基于TMS320F2812DSP的控制系统254.3.1 控制面板254.3.2 CPLD接口电路264.3.3 驱动电路264.3.4 Boost电路开关管的驱动电路284.3.5电流的检测285 系统硬件资源分配295.1模拟量采样295.2 PWM的输出295.3 PDPINT引脚295.4系统I/O端口分配296 系统软件的设计316.1控制软件主要完成以下功能：316.2 系统

15、主程序流程图326.3 定时器中断子程序336.4 PI环控制子程序流程图346.5 SPWM脉冲发生子程序流程图357 最大功率点跟踪控制MPPT378 太阳光跟踪系统39结 论40参考文献：41翻译部分1英文原文1中文译文10致 谢181绪论中国地处北半球，幅员辽阔，大部分地区位于北纬45以南，有着十分丰富的太阳能资源。据估算，中国陆地表面每年接收的太阳辐射能约501018千焦(121018千卡) ，约相当十1700亿吨标煤。全国各地太阳辐射总量达3340-8400兆焦/(米2年)140千卡/(厘米2年)。从全国太阳能辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、

16、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳能辐射总量很大。尤其是青藏高原地区最大，这里平均海拔高度在4000米以上，大气层薄而清洁，透明度好，纬度低，日照时间长。例如:被人们称为“日光城”的拉萨市，1961一1970年间的年平均日照时数为3005. 7小时相对日照率为68%年平均晴天为108. 5天，阴天为98. 8天，太阳总辐射为8160兆焦/(米2年)195千卡/(厘米2年)，比全国其他省、区和同纬度的地区都高。全国以四川和贵州两省的太阳年辐射总量为最小，其中尤以四川盆地为最，那里雨多、雾多，晴天较少。例如素有“雾都”之

17、称的成都市，1961一1970年，年平均日照时数仅为1152. 2小时，相对日照率为26 %，年平均晴天为24. 7天，阴天达244. 6天。其它地区的太阳年辐射总量居中。中国太阳能资源的分布具有如下一些主要特点:太阳能的高值中心和低值中心都处在北纬22-35一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心;太阳年辐射总量，西部地区高于东部地区，而除西藏和新疆两个自治区外，基本上是南部低于北部;由于南方多数地区云雾雨多，在北纬30-40地区，太阳能的分布情况与一般的太阳能随纬度而变化的规律相反，太阳能不是随着纬度的增加而减少，而是随着纬度的增加而增加。1.1 光伏系统的应用现状及发展前景1.1.1

18、 国外光伏发电产业的现状近年来，国际上太阳能光伏发电技术在许多方面取得突破。 自1839年法国物理学家AE贝克勒尔(Becqurel)发现“光生伏打效应”“（photovoltaic effect），到1954年在美国贝尔实验室第一次做出光电转换效率为6%的实用单晶硅光伏电池，开创了光伏发电的新纪元。从此光伏电池技术及其应用得到了日新月异的发展。光伏发电技术的应用在当今世界，特别是在非洲、南美、澳洲及业洲等各国，普遍受到重视。太阳能的利用上，欧共体、美国、日本等处十世界先进水平国外在90年代前后对独立运行系统研究比较多，也基本上形成了比较成熟的思路。此外，意大利、印度、瑞士、法国、荷兰、西班牙

19、都有类似的计划，并投巨资进行技术开发和加速产业化进程。从世界范围来讲，光伏发电己经完成了初期开发和模应用发展，其应用范围几乎遍及所有的用电领域。 近几年国际上光伏发电快速发展，美国、欧洲及日本制定了庞大的光伏发电发展计划。1.1.2 国内光伏发电产业的现状目前，国内各大院校、科研单位和厂家也都在研发太阳能逆变控制。我国的太阳能光伏发电系统起步较晚，但是发展速度很快。1958年开始对光伏电池的生产和应用进行研究，1971年成功将其应用到东方红二号卫星上。在1981年一1990年间，我国的光伏工业得到一定的巩固与发展，并在一些应用领域建立了示范工程。光伏发电在改善人民生活条件方面已发挥着重要作用，

20、并将在21世纪可持续发展中发挥更大作用。技术方面，经过十多年的努力，我国光伏发电技术有了很大的发展，光伏电池技术不断进步，与发达国家相比有差距，但差距在不断缩小。 随着国民经济的稳步发展、综合国力的不断提高和科技的进步，特别是“西部开发”战略的实施，利用西部地区丰富的太阳能、风能资源解决几千万人口的用电问题这一伟大构想己经逐步成为现实。我国西部幅员辽阔、地广人稀、负荷密度小，不利于常规电网的延伸。但是日照时间长，日射强度大，为光伏发电提供了得天独厚的优势。通过在人口相对集中的地区建立独立光伏电站，解决乡村一级基本生产、办公、生活用电需要是提高用电普及率的有效途径;同时独立光伏电站还可为小型农场

21、、畜牧养殖中心提供电源，有利十提高当地的农牧业机械化、自动化水平。现在，江苏的无锡尚德，陕西的西安华朗,保定的天威英利，宁波太阳能，南京中电光伏，上海太阳能科技，云南天达和常州天台等在光伏发电行业，设备的研发等领域技术已趋于成熟。我国正在成为世界重要的光伏工业生产基地之一。新能源高效利用的国家之一。1.2 毕业设计要求：结合在大学四年所学所知的电气知识，设计一个容量为2kw的光伏发电系统，并着重的对系统的容量、主电路图的设计、设备器件的选型、工作参数、逆变及其控制策略、最大功率跟踪与仿真的实现。具体包括以下内容：（1）对单相太阳能逆变电源控制方案进行对比与选择；（2）对单相太阳能逆变电源控制回

22、路进行理论计算与选择；（3）对最大太阳能的利用与跟踪算法进行研究；（4）对单相太阳能逆变电源控制回路进行计算及电路设计；通过毕业设计，更进一步掌握对单相太阳能逆变电源控制系统的理论计算和设计手段，提高自身的知识水平。2 单相逆变器的工作原理与理论分析2.1系统总体设计构思本设计决定采用无变压器的两级结构，前级DC/DC变换器和后级的DC/AC逆变器，两部分通过DClink相连。前级DC/DC变换器，可选择的型式有半桥式、全桥式、推挽式和Boost式，考虑到输入电压较低，如采用半桥式则开关管电流变大，输出电压太低;而采用全桥式则控制复杂，开关管功耗增大，因此这里采用结构简单，控制方便的Boost

23、升压电路，它根据负载电压的大小使在不同天气条件下的输入电压达到一个合适的水平，同时在低压情况下实行最大功率点的跟踪，增大光伏系统的经济性能。在本系统中，太阳能电池板输出的额定直流电压为5080V之间，通过DC/DC变换器将电能转换为DClink的直流电。后级的DC/AC逆变器，采用单相逆变全桥，作用是将DClink直流电转换成 220/50HZ正弦交流电，实现逆变向负载输送功率。DClink的作用除了连接DC/DC变换器和DC/AC逆变器，还实现了功率的传递。控制电路的核心芯片是TI公司的TMS320F2812。2.1.1单相光伏系统的工作原理结构一般来说，太阳能独立光伏发电系统主要包括太阳能

24、电池阵列、控制器、蓄电池组和逆变器等部分。太阳能电池阵列是整个系统能源的来源，它把照射到其表面的太阳能转化为电能；控制器是整个系统的核心部件之一，其运行形式决定着系统的运行状态，系统在控制器的管理下运行；蓄电池的功能在于储存太阳能电池阵列受光照时所发出的电能并在无光照时向负载供电（此处为了简化设计，不设蓄电池）；逆变器是将直流电变换为交流电的设备，由于太阳能电池阵列和蓄电池发出的是直流电，因此当系统向交流负载供电时，逆变器是不可缺少的。常用的太阳能独立光伏发电系统原理如下图： 图21 独立光伏发电系统结构太阳能光伏系统的特点：太阳能光伏发电系统自身具有其独特的特点：（1）无枯竭危险；（2）绝对

25、干净（无污染，除蓄电池外）；（3）不受资源分布地域的限制；（4）可在用电处就近发电；（5）能源质量高；（6）使用者从感情上容易接受；（7）获取能源花费的时间短；（8）供电系统工作可靠。作为关键部件的太阳电池使用寿命长，晶体硅太阳电池寿命可达到25年以上（现市场上出现更高可靠性的电池，寿命可达30年等）；根据需要很容易扩大发电规模。不足之处是：其一、照射的能量分布密度小；其二、获得的能源与四季、昼夜及阴晴等气象条件有关；造价比较高。以上的一些特点决定了光伏发电供电系统在应用中有着其独有的优势和相关的制约。当前光伏逆变器主要分为两大类:电流型和电压型。电流型的特征就是直流则采用电感进行直流储能，从

26、而使直流侧呈现高阻抗的电流源特性。电压型的特征是直流侧采用电容进行直流储能，从而使直流侧呈低阻抗的电压源特性。两种电路结构如：图22（a）和（b）所示。图22 电流、电压型光伏逆变器结构图2.2 光伏系统的容量设计光伏系统的容量设计包括两个方面：容量设计和硬件设计。光伏系统容量设计的主要目的就是要计算出系统在全年内能够可靠工作所需的太阳电池组件和蓄电池的数量。同时要注意协调系统工作的最大可靠性和系统成本两者之间的关系，在满足系统工作的最大可靠性基础上尽量地减少系统成本。光伏系统硬件设计的主要目的是根据实际情况选择合适的硬件设备包括太阳电池组件的选型，支架设计，逆变器的选择，电缆的选择，控制测量

27、系统的设计，防雷设计和配电系统设计等。2.2.1地理位置 本设计的光伏系统现场位置兹定于河南省-平顶山。该市位于河南省中南部，东经1201413345，北纬33度0834 20。2.2.2气候资源平顶山市处于暖温带和亚热带气候交错的边缘地区，具有明显的过渡性特征。全市年平均总日照时数为18682378小时。年平均气温在15.215.8之间；与常年平均值相比显著偏高0.61.1。年极端最低气温为-10.4，极端最高气温为40.4。2.2.3 光伏组件方阵太阳电池组件（也称光伏电池组件）方阵的作用是将太阳辐射能直接转换成电能，供给负载使用。，由太阳电池组件按照系统需求串、并联而成，再配上适当的支架

28、及接线盒组成；它是太阳能光伏系统的核心部件。太阳电池方阵应牢固固定在支架上，方阵支架要有足够的强度和刚度。在多盐雾和潮湿地区支架要采用耐腐蚀的铝合金等材料。较大型的太阳电池方阵还需要配置电缆，阻塞二极管和旁路二极管以及内装避雷器的分接线盒和总接线箱等。有时为了防止鸟类的排泄物沾污方阵表面而引起“热斑效应”，还要在太阳电池方阵顶端安装驱鸟装置。独立光伏系统一般用蓄电池作储能装置，所以方阵的工作电压通常设计成与蓄电池的标称电压相一致，如6V、12V、36、48V等等。对于交流光伏系统或并网光伏系统等，方阵的工作电压常用110V、220V等。太阳能电池阵列的具体设计步骤如下：（1）计算负载24h消耗

29、容量P：P=H/VV-负载额定电源。（2）选定每天日照时数TH。（3）计算太阳能阵列工作电流。IPP1Q/TQ-按阴雨期富余系数，Q0.211.00（4）确定蓄电池浮充电压VF。镉镍GN和铅酸CS蓄电池的单体浮充电1.4V1.6V和2.2V。（5）太阳能电池温度补偿电压VT。VT2.1/430T25VF（6）计算太阳能电池阵列工作电压VP。VPVFVDVT其中VD0.50.7约等于VF（7）太阳电池阵列输出功率WP（平板式太阳能电板）。WPIPUP（8）根据VP、WP在硅电池平板组合系列表格，确定标准规格的串联块数和并联组数。（9）每块输出能量约1.05V；一般阵列为48-77块，其总能量为5

30、080V。随着太阳能电池温度的增加，开路电压减少，大约每升高1C ，每片电池电压减少5mV，相当于在最大功率点的典型温度系数为0.4%/ C。也就是说，如果太阳能电池温度每升高1C，则最大功率减少 0.4%。所以，太阳直射的夏天，尽管太阳辐射量比较大，如果通风不好，导致太阳电池温升过高，也可能不会输出很大功率。2.2.4关于蓄电池的容量计算(由于不在本设计计划内，所以略减)太阳能发电不是连续的，通常与负载用电规律不相符合。因此需要配置储能装置。蓄电池组是太阳电池方阵的贮能装置，其作用是将方阵在有日照时发出的多余电能贮存起来，在晚间或阴雨天供负载使用。在光伏发电系统中，蓄电池处于浮充放电状态，夏

31、天日照量大，除了供给负载用电外，还对蓄电池充电；在冬天日照量少，这部分贮存的电能逐步放出，在这种季节性循环的基础上还要加上小得多的日循环，白天方阵给蓄电池充电，（同时方阵还要给负载用电），晚上则负载用电全部由蓄电池供给。因此，要求蓄电池的自放电要小，而且充电效率要高，同时还要考虑价格和使用是否方便等因素。常用的蓄电池有铅酸蓄电池和硅胶蓄电池，要求较高的场合也有价格比较昂贵的镍镉蓄电池。电池容量时，只要蓄电池容量大于太阳能发电板峰值电流的25倍，则蓄电池在充电时就不会造成失水。在水情遥测系统中，连续阴雨天的长短决定了蓄电池的容量，由遥测设备在连续阴雨天中所消耗能量安时数加上20%因子，再加上10

32、%电池自放电能安时数便可计算出蓄电池的容量源。同样，也可以利用各自的算法，在此不在赘述。2.3单相光伏逆变器的工作原理与结构将直流电能转变成交流电能供给负载使用的一种转换装置。它是整流器的逆向变换功能器件。光伏系统为交流负载供电时，都要用逆变器。采用交流电力输出的光伏发电系统，由光伏阵列、充放电控制器、蓄电池和逆变电源四部分组成（并网发电系统一般可省去蓄电池），而逆变电源是关键部件。光伏发电系统对逆变电源要求较高：（1）要求具有较高的效率。由于目前太阳电池的价格偏高，为了最大限度地利用太阳电池，提高系统效率，必须设法提高逆变电源的效率。（2）要求具有较高的可靠性。目前光伏发电系统主要用于边远地

33、区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变电源具有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变电源具备各种保护功能，如输入直流极性接反保护，交流输出短路保护，过热，过载保护等。（3）要求直流输入电压有较宽的适应范围，由于太阳电池的端电压随负载和日照强度而变化，蓄电池虽然对太阳电池的电压具有钳位作用，但由于蓄电池的电压随蓄电池剩余容量和内阻的变化而波动，特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大， 如12V蓄电池，其端电压可在10V16V之间变化，这就要求逆变电源必须在较大的直流输入电压范围内保证正常工作，并保证交流输出电压的稳定。（4）在中、大容量的光伏发电系统中，逆变电源的输出应为失真度较小的

34、正弦波。这是由于在中、大容量系统中，若采用方波供电，则输出将含有较多的谐波分量，高次谐波将产生附加损耗，许多光伏发电系统的负载为通信或仪表设备，这些设备对电网品质有较高的外，当中、大容量的光伏发电系统并网运行时，为避免铎公共电网的电力污染，也要求逆变电源输出正弦波电流。2.3.1 逆变器的分类逆变器技术种类很多，所涉及的知识领域和技术范畴十分广泛，分类方法也很多，主要有以下几种：（1）按逆变器的输出能量的去向，可分为有源逆变器和无源逆变器。为了控制方便，本文采用无源逆变器。（2）按逆变器相数，可分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器。依据题目设计要求，本文选用单相逆变器。（3）按逆变器输出交流

35、电的波形，可分为正弦波逆变器和非正弦波逆变器（包括方波、阶梯波等)。方波逆变器输出的交流电压波形为方波。优点是：线路简单，价格便宜，维护方便。缺点是：含有高次谐波，在变压器等负载中会产生附加损耗，对通信设备有干扰。正弦波逆变器综合技术性能好，效率高，失真度低，对通信设备没有干扰，噪声小。缺点是：线路比较复杂，维护技术要求高，价格也较贵。阶梯波逆变器输出波形比方波有明显改善，高次谐波含量减少，性能、价格介于两者之间。为了得出较稳定的系统输出波形，本系统采用正弦波。（4）按逆变器输出交流电的频率，可分为工频逆变器(50-60Hz)、中频逆变器(几百-10kHz)和高频逆变器(10k-几MHz)。中

36、、小容量逆变电源一般有推挽逆变电路、全桥逆变电路和高频升压逆变电路三种。 本文选用工频、全桥逆变电路。2.4 单相光伏逆变器主电路设计光伏发电系统中，逆变器在主电路其占据着不可替代的位置，它是光伏发电系统的核心。在光伏发电系统中的逆变器，包括无源逆变和有源逆变两种形式。其中无源逆变用于孤立型光伏发电站，通过逆变器降直流逆变为方波或经PWM调制为正弦波交流电，直接向交流负载供电。有源逆变用于并网光伏发电，同样通过PWM的方式产生交流调制正弦电源，并使输出正弦波的电压幅值、频率及相位等变量与公共电网一致。其工作原理为：逆变器是由IGBT等功率开关器件构成，控制电路使其开关元件有一定规律的连续开通和

37、关断，使输出电压极性正负交替，将直流输入转换为交流输出。光伏发电系统中逆变器一般使用脉冲宽度调制PWM方式实现，将矩形波的交流电转换为正弦波交流电。下图为逆变器的主电路图拓朴结构： 图23 逆变器主电路拓扑结构由于太阳电池一般都是电压源，因此逆变器主电路采用电压源，在与负载相连时，为电压型电流控制方式。系统通常是两级功率结构:直流变换环节、逆变环节构成。前级是DCDC变换器（升压型斩波器），根据负载的大小用来提升光伏阵列电压以达到一个合适的水平，将光伏阵列输出的直流电压变换为适合用于逆变环节的直流形式，同时实现光伏电池输出最大功率点的跟踪功能，使光伏模块稳定的工作在最大功率点即MPPT。后级是

38、DCAC逆变环节，通常采用桥式逆变结构，其输出电流经过电感滤波，通过工频隔离变压器产生220V/50HZ的工频交流电，送入负载当中。逆变环节的核心，是通过电力电子开光的导通和关断，来实现逆变功能，它需要控制回路来完成，通常采取电压外环，电流内环的双闭环控制模式，控制信号经过单片机或数字信号处理芯片来完成对主电路的控制。根据DC-AC逆变器的分类可知其，按输入侧直流储能元件类型可进一步划分为电压型逆变器和电流型逆变器；按拓扑结构又可分为单相半桥逆变器和单相全桥逆变器、三相桥式逆变器等。结合本文的需要，选用电压型单相全桥逆变器。即：电压型逆变器的直流输入端并接有大容量储能元件，逆变桥输出到负载两端

39、的电压为方波，其幅值为电容电压。逆变桥的输出电流的大小和相位由负载决定，电流波形取决与负载的性质，电阻性负载的电流波形和电压波形一样是方波，电阻电感性负载的电流的波形根据其阻抗角的大小在方波和三角波之间；纯电感负载的电流波形是三角波，且功率因数为零。对于电阻电感型负载，为了提高逆变器输出功率因数，常加补偿电容，组成RLC谐振负载，当逆变器的开关频率和谐振负载频率一致时，谐振负载等效为电阻R，而负载R上的电压和电流都是正弦波，相位差为零，这时逆变器输出最大的有功功率。RLC谐振负载有串联型和并联型；将RLC串联可组成串联谐振逆变器，串联谐振逆变器采用电压型逆变器。电流型逆变器是直接输入串接大电感

40、储能原件，逆变器有电感稳流提供恒电流，逆变桥输出到负载的电流为也方波，其幅值为电感电流。2.4.1 电压型逆变电路的特点 （1）直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。 （2）输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同。 （3）阻感负载时需提供无功功率。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。2.4.2全桥逆变器电路全桥逆变器电路可分为电压型逆变器电路和电流型逆变器电路。为了使系统稳定、输出功率强大、控制方便，即采用全桥电压型逆变器电路。全桥逆变器电路为H型桥臂，可看成两个半桥电路组合而成。两对桥臂交替导通180。输出电压和电流波形与半桥电路形状相同

41、，幅值高出一倍。改变输出交流电压的有效值只能通过改变直流电压Ud来实现。且每个桥臂由开关器件和反并联二极管组成，负载连接到桥臂的中点。如下图所示： 图24 单相全桥电压型逆变电路本电路的特点：直流母线采用电容C滤波，、和、交替导通/关断：加在负载上的电压幅值为 ，输出功率为半桥逆变器的4倍；开关管 上承受最大电压 ；控制方式有单极、双极式PWM脉宽调制控制。移相控制，调频控制等方式。2.5 逆变器的参数计算与器件选定2.5.1电压型单相半桥逆变器的参数计算1、滤波电感的设计在全桥逆变器中，输出滤波电感是一个关键性的元件，负载系统要求在逆变器的输出侧实现功率因数接近为1，波形为正弦波，输出电流与

42、负载同频50HZ。因而，电感值选取的合适与否直接影响电路的工作性能。对于电感值的选取，可以从以一下两个方面来考虑：（1）电流的纹波系数输出滤波电感的值直接影响着输出纹波电流的大小。由电感的基本伏安关系可得 （21）其中电感两端电从，考虑到当输出电压处于峰值附近，即时，输出电流纹波最大，设此时开关管的开关周期为T，占空比为D，则有下公式： （22）另外，根据电感的伏秒平衡原理，我们可以得到： （23） 于是求得， （24） 由上述公式， （25） 在本系统中，=V；=9.5A，=400V，开关管的工作频率取了=10KHZ，T=100us，取电流纹波系数=0.15即： （26） 因此要保证实际电流

43、纹波：=9.50.15=l.425 A （27） 则滤波电感应满足于： （28） 综合上述公式推出 （29） 代入数值可得：=37.4 mH （210）综上，滤波电感的取值范围为。在实际设计过程中，由于电感的体积、成本等因素的影响，一般只需考虑电感的下限值，即取稍大于下限值即可。另外需要特别指出的是，以上的计算是建立在额定输出电压，即=220V的基础上，考虑到实际负载下电压的波动范围，在设计电感时，最终选取电感值为=5mH。电感的额定电流为10A。（2）负载的计算根据不同的负载类型，计算负载的等效阻抗。对于电阻性负载，其等效阻抗 就是负载电阻R；对于阻性负载，其阻抗为Z=R+jL,可求出模和相位， ；对于感性负载，为了提高输出功率因数，有时采用电容补偿，组成RLC串联谐振负载，其等效阻抗为，谐振时虚部为零，负载为等效电阻R。本设计逆变器输入电压为400V，输出功率为2KW，逆变器开关频率为10KHZ，RLC谐振负载，其等效电阻为 =80 （211）负载上的电流幅值为： （212）即 =5