光伏并网逆变器控制设计
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图 １ 系统结构框图
３ 各功能模块的设计与实现
３．１ ＤＣ－ＡＣ 模块
本系统的逆变主电路图采用典型的 Ｈ 桥变换电路，选用 的逆变主元器件是 ＩＲＦ５４０，因为在导通状态下，其通态阻值非 常小（仅为 ０．０４７ Ω）［３－４］，这样可以在很大程度上减少损耗，提 高系统的效率，主电路如图 ２ 所示。
３．２ 驱动电路设计
图 ３ 主电路驱动电路
３．３ 滤波电路设计
滤波电路结构比较简单，是一个普通的低通滤波器，其中 低通滤波器的截止频率 ｆｃ＝Ｒ／２ｌｆ，滤波器导通条件 ０≤wｌｆ≤Ｒ， Ｒ＝ （０．５￣０．８）Ｒｌ，Ｒｌ 为变压器原边输入阻抗，由此可以推导出 Ｃｆ≥４ mＦ，选择 Ｃｆ＝６．８ mＦ，２５０ Ｖ，Ｌｆ＝Ｒ２Ｃｆ，故选 ３０ ｍＨ。结构如 图 ４ 所示。
２ 方案设计
２．１ 设计思路
其实上述设计要求的重点和难点在于如何在提高效率的 前提下实现 ＭＰＰＴ 控制和频率相位的跟踪。本系统采用单片 机控制输出电压和参考电压比较差来实现对输出电压的相位
收稿日期：２０１２－０６－１７ 基金项目：省教育厅自然科学一般项目支持（ＫＪ２０１１Ｂ１３６） 作者简介：张为堂（１９７６—），男，安徽省人，实验师，硕士，主要研 究方向为电力电子技术及智能控制。
驱动电路采用两块 ＩＲ２１１０ 驱动 ４ 个 ＩＧＢＴ 管 ＩＲＦ５４０，因
７１
２０１３．１ Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．１
研究与设计
图 ２ 逆变主电路图 为 ＩＲ２１１０ 具有高、低压双通道输出，门电压在 １０～２０ Ｖ 之 间，悬浮通道用于驱动 ＭＯＳ 管时，它的高压端电压上限可以 达到 ６００ Ｖ，可见用于驱动是足够的，其电路结构如图 ３ 所示。
计；给出了具体的软件流程图；经过测试系统压差百分数最大值是 ０．０１３４２２％，最大频偏百分数为 ０．３４３％，阻性负载下
最大相差 ０．９１，系统的效率达到了 ８３．００％，完全达到或者超出了系统的设计要求。
关键词：光伏；逆变器控制；Ｈ 桥逆变电路
中图分类号：ＴＭ ９１４．４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２－０８７ Ｘ（２０１３）０１－００７１－０３
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ
ＺＨＡＮＧ Ｗｅｉ－ｔａｎｇ， ＷＡＮＧ Ｊｕｎ， ＺＨＯＵ Ｚｅ－ｈｕａ （Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈｅｆｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｈｅｆｅｉ Ａｎｈｕｉ ２３０６０１）
研究与设计
光伏并网逆百度文库器控制设计
张为堂， 王 俊， 周泽华 （合肥学院 机器视觉与智能控制技术重点实验室，安徽 合肥 ２３０６０１）
摘要：基于 Ｃ８０５１Ｆ００５ 单片机设计并实现光伏并网逆变器控制系统。系统由两块 ＩＲ２１１０ 驱动 ４ 个 ＩＲ５４０ 构成的 Ｈ 桥
逆变电路，直流电源经过 ＬＣ 滤波后实现逆变。详细介绍了主电路、保护电路、滤波电路、采样保护电路以及变压器的设
１ 设计要求
光伏发电在现代社会发展的过程中扮演着越来越重要的 作用，研究光伏发电装置的设计有着比较重要的现实意义。现 有一光伏逆变器设计要求如下： （１）具有最大功率点跟踪（ＭＰＰＴ）功能：ＲＳ 和 ＲＬ 在给定范围 内变化时，使 Ｕｄ＝１／２Ｕｓ，相对偏差的绝对值不大于 １％。 （２）具有频率跟踪功能：当 ｆＲＥＦ 在给定范围内变化时，使 ｕＦ 的 频率 ｆＦ ＝ｆＲＥＦ，相对偏差绝对值不大于 １％。 （３）当 ＲＳ＝ＲＬ＝３０ Ω 时，ＤＣ－ＡＣ 变换器的效率 h ≥６０％。 （４）当 ＲＳ＝ＲＬ ＝３０ Ω 时，输出电压 ｕｏ 的失真度 ＴＨＤ≤５％。 （５）具有输入欠压保护功能，动作电压 Ｕｄ（ｔｈ）＝（２５±０．５） Ｖ。 （６）具有输出过流保护功能，动作电流 Ｉｏ（ｔｈ）＝（１．５±０．２） Ａ。
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｃ８０５１Ｆ００５ ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐ ｄｅｓｉｇｎ， ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｔｗｏ ｂｌｏｃｋｓ ｏｆ ＩＲ２１１０ ｄｒｉｖｅｒ ４ ＩＲ５４０ Ｈ ｂｒｉｄｇｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ＤＣ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ＬＣ ｆｉｌｔｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ． Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ， ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ， ｆｉｌｔｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ， ｓａｍｐｌｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ； ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｗａｓ ｇｉｖｅｎ． Ａｆｔｅｒ ｔｅｓｔ， ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ０．０１３４２２％， ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｉｓ ０．３４３％， ｔｈｅ ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｌｏａｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ａｎｇｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｓ ０．９１， ａｎｄ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｒｅａｃｈｅｓ ８３．００％， ｗｈｉｃｈ ｆｕｌｌｙ ｍｅｅｔ ｏｒ ｅｘｃｅｅｄ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＰＶ； Ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ； Ｈ ｂｒｉｄｇｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ
和频率的跟踪，通过扰动法来实现 ＭＰＰＴ 最大功率点跟踪［１－２］。
２．２ 系统结构
光伏并网逆变器的硬件设计是整个系统设计的基础，只 有在系统硬件设计可行稳定可靠的前提下，其他控制方案才 能得以继续。系统硬件主要包括 ＤＣ－ＡＣ 模块、驱动电路模块、 滤波电路、保护电路、频率相位跟踪电路、变压器设计电路等 模块。整体结构框图如图 １ 所示。
３ 各功能模块的设计与实现
３．１ ＤＣ－ＡＣ 模块
本系统的逆变主电路图采用典型的 Ｈ 桥变换电路，选用 的逆变主元器件是 ＩＲＦ５４０，因为在导通状态下，其通态阻值非 常小（仅为 ０．０４７ Ω）［３－４］，这样可以在很大程度上减少损耗，提 高系统的效率，主电路如图 ２ 所示。
３．２ 驱动电路设计
图 ３ 主电路驱动电路
３．３ 滤波电路设计
滤波电路结构比较简单，是一个普通的低通滤波器，其中 低通滤波器的截止频率 ｆｃ＝Ｒ／２ｌｆ，滤波器导通条件 ０≤wｌｆ≤Ｒ， Ｒ＝ （０．５￣０．８）Ｒｌ，Ｒｌ 为变压器原边输入阻抗，由此可以推导出 Ｃｆ≥４ mＦ，选择 Ｃｆ＝６．８ mＦ，２５０ Ｖ，Ｌｆ＝Ｒ２Ｃｆ，故选 ３０ ｍＨ。结构如 图 ４ 所示。
２ 方案设计
２．１ 设计思路
其实上述设计要求的重点和难点在于如何在提高效率的 前提下实现 ＭＰＰＴ 控制和频率相位的跟踪。本系统采用单片 机控制输出电压和参考电压比较差来实现对输出电压的相位
收稿日期：２０１２－０６－１７ 基金项目：省教育厅自然科学一般项目支持（ＫＪ２０１１Ｂ１３６） 作者简介：张为堂（１９７６—），男，安徽省人，实验师，硕士，主要研 究方向为电力电子技术及智能控制。
驱动电路采用两块 ＩＲ２１１０ 驱动 ４ 个 ＩＧＢＴ 管 ＩＲＦ５４０，因
７１
２０１３．１ Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．１
研究与设计
图 ２ 逆变主电路图 为 ＩＲ２１１０ 具有高、低压双通道输出，门电压在 １０～２０ Ｖ 之 间，悬浮通道用于驱动 ＭＯＳ 管时，它的高压端电压上限可以 达到 ６００ Ｖ，可见用于驱动是足够的，其电路结构如图 ３ 所示。
计；给出了具体的软件流程图；经过测试系统压差百分数最大值是 ０．０１３４２２％，最大频偏百分数为 ０．３４３％，阻性负载下
最大相差 ０．９１，系统的效率达到了 ８３．００％，完全达到或者超出了系统的设计要求。
关键词：光伏；逆变器控制；Ｈ 桥逆变电路
中图分类号：ＴＭ ９１４．４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００２－０８７ Ｘ（２０１３）０１－００７１－０３
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ
ＺＨＡＮＧ Ｗｅｉ－ｔａｎｇ， ＷＡＮＧ Ｊｕｎ， ＺＨＯＵ Ｚｅ－ｈｕａ （Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｈｅｆｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｈｅｆｅｉ Ａｎｈｕｉ ２３０６０１）
研究与设计
光伏并网逆百度文库器控制设计
张为堂， 王 俊， 周泽华 （合肥学院 机器视觉与智能控制技术重点实验室，安徽 合肥 ２３０６０１）
摘要：基于 Ｃ８０５１Ｆ００５ 单片机设计并实现光伏并网逆变器控制系统。系统由两块 ＩＲ２１１０ 驱动 ４ 个 ＩＲ５４０ 构成的 Ｈ 桥
逆变电路，直流电源经过 ＬＣ 滤波后实现逆变。详细介绍了主电路、保护电路、滤波电路、采样保护电路以及变压器的设
１ 设计要求
光伏发电在现代社会发展的过程中扮演着越来越重要的 作用，研究光伏发电装置的设计有着比较重要的现实意义。现 有一光伏逆变器设计要求如下： （１）具有最大功率点跟踪（ＭＰＰＴ）功能：ＲＳ 和 ＲＬ 在给定范围 内变化时，使 Ｕｄ＝１／２Ｕｓ，相对偏差的绝对值不大于 １％。 （２）具有频率跟踪功能：当 ｆＲＥＦ 在给定范围内变化时，使 ｕＦ 的 频率 ｆＦ ＝ｆＲＥＦ，相对偏差绝对值不大于 １％。 （３）当 ＲＳ＝ＲＬ＝３０ Ω 时，ＤＣ－ＡＣ 变换器的效率 h ≥６０％。 （４）当 ＲＳ＝ＲＬ ＝３０ Ω 时，输出电压 ｕｏ 的失真度 ＴＨＤ≤５％。 （５）具有输入欠压保护功能，动作电压 Ｕｄ（ｔｈ）＝（２５±０．５） Ｖ。 （６）具有输出过流保护功能，动作电流 Ｉｏ（ｔｈ）＝（１．５±０．２） Ａ。
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｃ８０５１Ｆ００５ ｓｉｎｇｌｅ－ｃｈｉｐ ｄｅｓｉｇｎ， ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ． Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｔｗｏ ｂｌｏｃｋｓ ｏｆ ＩＲ２１１０ ｄｒｉｖｅｒ ４ ＩＲ５４０ Ｈ ｂｒｉｄｇｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ＤＣ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ＬＣ ｆｉｌｔｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ． Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｉｒｃｕｉｔ， ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ， ｆｉｌｔｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ， ｓａｍｐｌｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ； ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｗａｓ ｇｉｖｅｎ． Ａｆｔｅｒ ｔｅｓｔ， ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ０．０１３４２２％， ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ｉｓ ０．３４３％， ｔｈｅ ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｌｏａｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ａｎｇｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｓ ０．９１， ａｎｄ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｒｅａｃｈｅｓ ８３．００％， ｗｈｉｃｈ ｆｕｌｌｙ ｍｅｅｔ ｏｒ ｅｘｃｅｅｄ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＰＶ； Ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ； Ｈ ｂｒｉｄｇｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ
和频率的跟踪，通过扰动法来实现 ＭＰＰＴ 最大功率点跟踪［１－２］。
２．２ 系统结构
光伏并网逆变器的硬件设计是整个系统设计的基础，只 有在系统硬件设计可行稳定可靠的前提下，其他控制方案才 能得以继续。系统硬件主要包括 ＤＣ－ＡＣ 模块、驱动电路模块、 滤波电路、保护电路、频率相位跟踪电路、变压器设计电路等 模块。整体结构框图如图 １ 所示。