光伏逆变器的设计控制电路设计(附件)
如今，随着光伏发电系统的飞速发展，依靠太阳能产生电能，已经逐渐普及到人们的生活当中。光伏逆变器是光伏发电系统的核心。所以我们主要的问题是选择什么样的控制方式来控制逆变器工作，还有应该使逆变器如何工作才能最终实现并网的目的。
针对以上问题，本设计也主要对逆变器控制电路方面做出了研究与分析。我们选用的是通过DSP芯片产生的PWM波来控制升压及逆变电路。通过控制逆变器适时开断产生与电网电压同频同相的输出电压波形，最终并入电网使用。
关键词 光伏发电，逆变器，并网，DSP，PWM
目 录
1引言1
1.1课题研究背景1
1.2国内外发展的现状1
1.3课题研究的意义2
1.4本文的设计内容和任务3
2 光伏逆变电路的结构4
2.1主电路的电路拓扑结构5
2.2控制回路的电路拓扑结构5
2.3采样电路设计6
2.3.1直流侧电流采样6
2.3.2交流侧电压采样6
2.3.3电网电压同步检测7
2.4 IGBT驱动电路 7
3 控制芯片介绍 7
3.1 DSP概述 7
3.2 TMS320F2812简介 8
3.2.1电源电路介绍 9
3.2.2时钟电路介绍10
3.2.3键盘电路介绍10
3.2.4 通信接口电路介绍11
3.3 ADC电路设计 12
4 控制电路结构设计与分析13
4.1 逆变器并网控制方式13
4.2 逆变器并网控制目标13
4.3 几种常用的控制策略15
4.3.1 电 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
流滞环瞬时值比较方式15
4.3.2 固定开关频率控制方式16
4.3.3 三角波比较方式16
4.3.4 电压电流双环控制方式17
4.4 最大功率点跟踪（MPPT）17
5 软件部分设计 20
5.1 主程序 21
5.2 通用定时器中断 21
5.3 捕获中断 22
5.4 保护中断 24
6 仿真结果与分析 26
7 结论 29
8 致谢 30
9 参考文献 31
引言
课题研究背景：
太阳能资源对于我们来说是生活中一部分，而且是非常可贵的资源。我国作为能源消耗大国，每年都会消耗大量化石燃料，因此，尽可能多的使用太阳能资源是我们改变这一现状的最好解决途径。我国土地广阔，受太阳照射的地方比较多，所以太阳能资源十分充足。所以，只要我们致力于此，我国将在太阳能开发这一项目上取得骄人的成绩。目前，太阳电池及组件的产量逐年稳定上升，在相关项目的推动下，我们国家的光伏发电技术也是飞快发展。如今太阳能技术因为其成本低廉以及环保等优势条件，已经被广大人群所接受，正逐渐的被广泛使用，尤其是在不久的将来，随着光伏一体化建筑的崛起，太阳能发电技术将深入人们的生活当中。这就要使用到光伏发电技术，简单点说就是将太阳能直接转换成电能，我们国家使用的是直流发电系统，也就是将光伏电池板产生的电能直接接入到电网当中，使负载能够正常运行。这种供电方式虽然不需要复杂的电路结构，而且成本较低，但是由于并入电网所需的电压大小不同，所以这种发电机制不能被广泛使用[1]。特别是现在普遍的电力系统，绝大多数是使用交流负载，所以这种直接将太阳能输出的电能加到负载使用的方法是不推荐使用的。另外，依靠太阳能产生的电能最终还是要给人们使用，这就必须使用逆变器，所以，在未来交流光伏发电技术将会是人们主要选择的方式[2]。
国内外发展现状：
我国的太阳能资源相当丰富，一大半的国土都沐浴在阳光下。与其他类型的发电技术以及其资源利用相比，光伏发电无污染，零噪声；而且太阳能随处可见，与人们的生活密不可分。由于其安全性能高，而且资源分布广泛，随着如今科技的发展，太阳能被利用的地方也是很多。然而使用太阳能进行发电时当前的主流之一。现在资源短缺问题越来越严重，所以在未来利用太阳能资源可以满足人类对资源的需求。
太阳能因为其干净，安全的性能，被许多国家计划长期使用。这将导致光伏发电产业将会进一步的发展，也许是继如今的微电子行业后的又一个光速崛起的产业。目前，我国光伏发电产业的发展速度是相当快的，例如，2008北京奥运会上就使用了100KW光伏发电系统等。因此，专家预计未来的十年中，大范围的使用太阳能并网发电系统将成为现实。
太阳能发电系统主要依靠的是发电系统中的逆变器，如果没有光伏逆变器，太阳能转换成的电能就不能直接并入电网[3]。一所以在一个完整的光伏发电系统中，其光伏逆变器的成本占十分之一左右。在2006年的关于光伏发电产业的分析报告中指出，在未来几年内，光伏产业将会以惊人的速度增长。以之前太阳能的产值来估算，在2007年，全世界的太阳能发电所产生的盈利可达到474.3亿元。另外，2006年的关于电力发展技术与市场分析报告指出，新装光伏电池的容量大小为为770兆瓦。其中，90%是由并网光伏发电系统占据。预计到2020年，德、日计划提升可再生能源的发电量至20%的水平，我国也向外宣布要达到15%，美国则宣称要达到10%，分析当下的情况可以预测到，将来太阳能光伏发电产业将不断甚至飞速发展，这也将会促使市场对光伏逆变器的需求增长。
光伏发电系统存在独立型、并网型和分布式三种工作形式。并网型光伏发电系统一般包括太阳能电池板、DC/DC变换电路，DC/AC光伏逆变器，并网控制器等组成部分，其中DC/AC光伏逆变器是整个系统的核心设备，主要功能是将直流电转换成适合的交流电。独立光伏发电系统采用独立的逆变器的工作模式，并网使用[4]。并网逆变器则用于并网运行的发电系统。逆变器输出的波形有正弦波和方波两种类型。方波逆变器尽管构造不复杂，成本便宜，但是谐波分量比较大。所以这种逆变器只用于功率较低并且对输出波形要求不高的系统；正弦波逆变器虽然造价昂贵，但是却有很大的优点，能够适用于各种电路 。本设计需要采用的就是并网正弦波逆变器。
课题研究的意义：
在逆变技术方面的研究，我们国家存在一定的落后的地方。有部分的高等院校，比如南京航空航天大学，浙江大学等在研究方面都处于领先地位，但是其产品还没有完善，并不能够投入市场被广泛使用。国内的有些企业也陆续涉足了光伏逆变这方面的开发，至于在光伏逆变器的自主研发方面还有缺陷，需要做更多的努力，所以对这种技术的研究以及光伏逆变器的开发需要我们进入更深一步的研讨。如今，随着各种技术的发展，全球资源短缺问题也是越来越严重。所以研究新型能源的开发利用是十分必要的，所以对于无污染，无副作用的太阳能资源来说，利用并且开发它是非常有意义的。逆变系统作为光伏发电的主要组成部分，也有着非同寻常的地位。所以逆变器的控制设计是相当重要的。
图2-2 控制回路结构框图
本设计主要研究的是控制电路部分。也就是上图所示的控制电路、辅助电路、同步检测电路等。我需要做的任务就是，将采样检测到的太阳能电池端输出电压电流[7]。以及前级升压电路的电压电流。和逆变器交流侧的电压电流，输入到DSP中，再将需要并网使用的电网的电压电流输入到DSP中进行比较，再通过对DSP芯片的控制，使逆变器输出的电压电流和并网电压电流波形一致。使得最终能并网使用[8]。
1引言1
1.1课题研究背景1
1.2国内外发展的现状1
1.3课题研究的意义2
1.4本文的设计内容和任务3
2 光伏逆变电路的结构4
2.1主电路的电路拓扑结构5
2.2控制回路的电路拓扑结构5
2.3采样电路设计6
2.3.1直流侧电流采样6
2.3.2交流侧电压采样6
2.3.3电网电压同步检测7
2.4 IGBT驱动电路 7
3 控制芯片介绍 7
3.1 DSP概述 7
3.2 TMS320F2812简介 8
3.2.1电源电路介绍 9
3.2.2时钟电路介绍10
3.2.3键盘电路介绍10
3.2.4 通信接口电路介绍11
3.3 ADC电路设计 12
4 控制电路结构设计与分析13
4.1 逆变器并网控制方式13
4.2 逆变器并网控制目标13
4.3 几种常用的控制策略15
4.3.1 电 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
流滞环瞬时值比较方式15
4.3.2 固定开关频率控制方式16
4.3.3 三角波比较方式16
4.3.4 电压电流双环控制方式17
4.4 最大功率点跟踪（MPPT）17
5 软件部分设计 20
5.1 主程序 21
5.2 通用定时器中断 21
5.3 捕获中断 22
5.4 保护中断 24
6 仿真结果与分析 26
7 结论 29
8 致谢 30
9 参考文献 31
引言
课题研究背景：
太阳能资源对于我们来说是生活中一部分，而且是非常可贵的资源。我国作为能源消耗大国，每年都会消耗大量化石燃料，因此，尽可能多的使用太阳能资源是我们改变这一现状的最好解决途径。我国土地广阔，受太阳照射的地方比较多，所以太阳能资源十分充足。所以，只要我们致力于此，我国将在太阳能开发这一项目上取得骄人的成绩。目前，太阳电池及组件的产量逐年稳定上升，在相关项目的推动下，我们国家的光伏发电技术也是飞快发展。如今太阳能技术因为其成本低廉以及环保等优势条件，已经被广大人群所接受，正逐渐的被广泛使用，尤其是在不久的将来，随着光伏一体化建筑的崛起，太阳能发电技术将深入人们的生活当中。这就要使用到光伏发电技术，简单点说就是将太阳能直接转换成电能，我们国家使用的是直流发电系统，也就是将光伏电池板产生的电能直接接入到电网当中，使负载能够正常运行。这种供电方式虽然不需要复杂的电路结构，而且成本较低，但是由于并入电网所需的电压大小不同，所以这种发电机制不能被广泛使用[1]。特别是现在普遍的电力系统，绝大多数是使用交流负载，所以这种直接将太阳能输出的电能加到负载使用的方法是不推荐使用的。另外，依靠太阳能产生的电能最终还是要给人们使用，这就必须使用逆变器，所以，在未来交流光伏发电技术将会是人们主要选择的方式[2]。
国内外发展现状：
我国的太阳能资源相当丰富，一大半的国土都沐浴在阳光下。与其他类型的发电技术以及其资源利用相比，光伏发电无污染，零噪声；而且太阳能随处可见，与人们的生活密不可分。由于其安全性能高，而且资源分布广泛，随着如今科技的发展，太阳能被利用的地方也是很多。然而使用太阳能进行发电时当前的主流之一。现在资源短缺问题越来越严重，所以在未来利用太阳能资源可以满足人类对资源的需求。
太阳能因为其干净，安全的性能，被许多国家计划长期使用。这将导致光伏发电产业将会进一步的发展，也许是继如今的微电子行业后的又一个光速崛起的产业。目前，我国光伏发电产业的发展速度是相当快的，例如，2008北京奥运会上就使用了100KW光伏发电系统等。因此，专家预计未来的十年中，大范围的使用太阳能并网发电系统将成为现实。
太阳能发电系统主要依靠的是发电系统中的逆变器，如果没有光伏逆变器，太阳能转换成的电能就不能直接并入电网[3]。一所以在一个完整的光伏发电系统中，其光伏逆变器的成本占十分之一左右。在2006年的关于光伏发电产业的分析报告中指出，在未来几年内，光伏产业将会以惊人的速度增长。以之前太阳能的产值来估算，在2007年，全世界的太阳能发电所产生的盈利可达到474.3亿元。另外，2006年的关于电力发展技术与市场分析报告指出，新装光伏电池的容量大小为为770兆瓦。其中，90%是由并网光伏发电系统占据。预计到2020年，德、日计划提升可再生能源的发电量至20%的水平，我国也向外宣布要达到15%，美国则宣称要达到10%，分析当下的情况可以预测到，将来太阳能光伏发电产业将不断甚至飞速发展，这也将会促使市场对光伏逆变器的需求增长。
光伏发电系统存在独立型、并网型和分布式三种工作形式。并网型光伏发电系统一般包括太阳能电池板、DC/DC变换电路，DC/AC光伏逆变器，并网控制器等组成部分，其中DC/AC光伏逆变器是整个系统的核心设备，主要功能是将直流电转换成适合的交流电。独立光伏发电系统采用独立的逆变器的工作模式，并网使用[4]。并网逆变器则用于并网运行的发电系统。逆变器输出的波形有正弦波和方波两种类型。方波逆变器尽管构造不复杂，成本便宜，但是谐波分量比较大。所以这种逆变器只用于功率较低并且对输出波形要求不高的系统；正弦波逆变器虽然造价昂贵，但是却有很大的优点，能够适用于各种电路 。本设计需要采用的就是并网正弦波逆变器。
课题研究的意义：
在逆变技术方面的研究，我们国家存在一定的落后的地方。有部分的高等院校，比如南京航空航天大学，浙江大学等在研究方面都处于领先地位，但是其产品还没有完善，并不能够投入市场被广泛使用。国内的有些企业也陆续涉足了光伏逆变这方面的开发，至于在光伏逆变器的自主研发方面还有缺陷，需要做更多的努力，所以对这种技术的研究以及光伏逆变器的开发需要我们进入更深一步的研讨。如今，随着各种技术的发展，全球资源短缺问题也是越来越严重。所以研究新型能源的开发利用是十分必要的，所以对于无污染，无副作用的太阳能资源来说，利用并且开发它是非常有意义的。逆变系统作为光伏发电的主要组成部分，也有着非同寻常的地位。所以逆变器的控制设计是相当重要的。
图2-2 控制回路结构框图
本设计主要研究的是控制电路部分。也就是上图所示的控制电路、辅助电路、同步检测电路等。我需要做的任务就是，将采样检测到的太阳能电池端输出电压电流[7]。以及前级升压电路的电压电流。和逆变器交流侧的电压电流，输入到DSP中，再将需要并网使用的电网的电压电流输入到DSP中进行比较，再通过对DSP芯片的控制，使逆变器输出的电压电流和并网电压电流波形一致。使得最终能并网使用[8]。
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