微型光伏发电逆变器的设计摘要目前，人类社会发展迅速，对能源的需求不断加大，能源危机和环境保护成了21世纪的主题。

太阳能具有无限性，清洁性等特点，如果能加以利用，对人类以后的发展和延续由很重要的意义。

在此背景下，本设计基于TMS320F240对光伏发电并网逆变器做出了分析和研究。

本设计首先介绍了国内外光伏发电的现状，分析了光伏发电的工作原理，然后对主电路结构进行分析和选择，最终确定前级采用Boost升压电路以及后级采用全桥逆变电路，逆变主电路采用无变压器绝缘的两级拓扑结构。

控制方法采用滞环反馈调节。

分析了太阳能电池的工作原理，确定了采用扰动观测法实现最大功率点跟踪（MPPT）的方法。

接着论述了孤岛效应的产生原因和危害，确定了采用周期性扰动正反馈频率漂移(AFDPF)孤岛检测方法。

对系统进行了软硬件的设计，最后利用MATLAB软件对系统部分指标进行了仿真，满足了部分要求。

本次设计能够部分解决地区供电难，社会能源短缺问题，对社会发展和稳定有重大现实意义。

关键词：太阳能，光伏并网逆变器，最大功率点跟踪，孤岛检测，MATLABThe Design of Photovoltaic InverterABSTRACTAt present, the development of human beings growing demand for energy, the energy crisis and environmental pollution have become the theme of this century. In this background, this paper use the solar energy, based on TMS320F240 is designed 800 w miniature grid-connected photovoltaic inverter.At first, this paper analyzes the main circuit structure of system, before the final level using the Boost booster circuit, and the latter adopts full bridge inverter circuit working principle of inverter main circuit adopts the two levels of topological structure of transformer insulation. Then analyzed the working principle of solar cells, determines the disturbance observation method is used to achieve maximum power point tracking (MPPT) method. Then discusses the causes and harm of islanding, determines the periodic disturbance using positive feedback frequency drift island (AFDPF) detection method.Finally, the system hardware and software design, and on the part of the performance of the MATLAB simulation, to verify the part of the performance of the system.KEY WORDS:The solar energy，Photovoltaic grid-connected inverter，Maximum power point tracing，Island detection，MATLAB目录前言 (1)第1章绪论 (2)1.1 微型光伏发电逆变器国内外研究动态 (2)1.2 选题的依据和意义 (2)1.3 基本内容和解决重点问题 (3)1.4 研究进度 (3)1.5 主要内容 (3)第2章控制系统总体设计 (4)2.1 光伏逆变系统的工作过程 (5)2.2 光伏并网逆变系统的性能指标和参数要求 (6)2.2.1 逆变器性能指标 (6)2.2.2 逆变器参数要求 (6)2.3 光伏并网逆变系统的控制方案 (7)2.3.1 系统的整体控制方案 (7)第3章控制系统硬件设计 (10)3.1 控制系统的整体构成 (10)3.2 控制系统中变量分析 (10)3.2.1 变步长扰动观察法实现最大功率点跟踪 (10)3.2.2 孤岛效应及其检测方法 (12)3.3控制系统中所用硬件设备的选择 (13)3.3.1 Boost电路设计 (13)3.3.2 逆变电路设计 (15)3.3.3 驱动电路的设计 (17)3.3.4 控制电路的设计 (18)第4章控制系统的软件设计 (19)4.1 MATLAB简介 (19)4.2控制系统整体设计 (20)4.3 DSP 锁相环节软件设计 (20)第5章系统仿真 (22)5.1电流跟踪型逆变器仿真 (22)5.2光伏阵列的仿真 (25)5.3扰动观察法模型仿真 (28)第6章总结与展望 (31)6.1本设计主要完成的工作 (31)6.2控制系统的性能和优缺点 (31)6.3控制系统设计过程中的技术难点 (32)6.4控制系统还需改进的地方 (32)谢辞 (33)参考文献 (34)外文翻译资料 (36)前言本课题主要针对目前能源问题而设计，能源问题一直关乎人类生存和发展，是人类能否延续下去的关键。

目前资源短缺使得人类必须找到一种新的能源来替代，同时环境污染也是重大问题。

然而太阳能是最好的选择，其一清洁，其二取之不尽用之不竭。

如果能对其加以改造和利用，必然对人类的发展起着至关重要的作用[1]。

从20世纪80年代起中国开始研究了光伏逆变器，现有特定的公司生产光伏发电逆变器。

我国光伏发电逆变器厂商普遍启动时间晚，所以在规模、结构、工艺、做工、性能稳定性国外企业无法相提并论。

不过国内龙头企业合肥阳光电源公司发展迅速，在欧洲市场及国外其他大功率市场取得相当大的成绩。

本次设计分析微型光伏发电及并网工艺过程，主电路主要采用两级电路，前级是Boost升压电路，后级为逆变电路。

主要控制方式是滞环反馈控制，采用变步长最大功率点跟踪方法实现太阳能光伏阵列最大功率电跟踪。

最后在MATLAB中构建了系统的仿真模型，验证了部分系统性能[2]。

第1章绪论1.1 微型光伏发电逆变器国内外研究动态近年来，欧美各国如德国、美国、意大利以及中国光伏产业不断发展，光伏逆变器在全球的销量与日俱争。

欧洲市场得天独厚，成熟的技术使他们具有领先水平，走在世界的前沿。

全球光伏市场日渐兴起，欧洲大多数光伏逆变器厂家开始扩张。

具有先进半导体技术和工业基础的美国和日本在电路设计、自控设计设计方面颇具实力，他们依靠各自的品牌于光伏逆变器生产设计领域拥有很强的实力与优势。

国外主要逆变器厂商有：SMA、KACO、Fronius、Siemens、studer、Danfoss、Spwtick 等公司，其中SMA、KACO、Fronius、Siemens市场占有率达70%，领军国家德国SMA2009年市场销售额占为44%。

这使得传统厂商不得不开始扩充产能，不断扩展渠道，传统电气控制、自动控制控等工业巨头逐渐开始进入新能源市场。

从20世纪80年代起中国开始研究了光伏逆变器，现有特定的公司生产光伏发电逆变器。

我国光伏发电逆变器厂商普遍启动时间晚，所以在规模、结构、工艺、做工、性能稳定性国外企业无法相提并论。

不过国内龙头企业合肥阳光电源公司发展迅速，在欧洲市场及国外其他大功率市场取得相当大的成绩。

如今，虽然国内逆变器生产厂商比较多，但对于光伏发电逆变器的研究的厂家却寥寥无几。

合肥阳光电源股份有限公司、南京冠亚电源设备有限公司等企业的光伏逆变器技术不断上升，产量不断提高，甚至成功研发了大型光伏逆变器。

逆变器的利率可高达35%--40%，主要因为逆变器成本低、技术成熟、供应商少。

以后投资者的不断增加和大规模光伏系统电站的建立必然使得毛利率下降。

“金太阳工程”在一定程度上激励国内商家的发展，给未来光伏器发展带来机遇与挑战[3]。

1.2 选题的依据和意义21世纪是能源危机的时代，能源问题是人类能否延续下去的关键。

目前资源短缺使人类必须找到一种新的能源来替代，同时环境污染也是重大问题。

然而太阳能是最好的选择，其一清洁，其二取之不尽用之不竭。

如果能对其加以改造和利用，必然对人类的发展起着至关重要的作用。

本设计对光伏发电逆变器的总体控制方案、主电路结构、器件选型、光伏太阳能电池的最大功率点跟踪以及孤岛检测进行了深入研究。

1.3 基本内容和解决重点问题本设计基于TMS320F240实现电路控制，主电路采用无变压器绝缘的两级结构，并且有最大功率检测与跟踪以及孤岛效应检测，研究分析了光伏发电并网逆变器，最终输出与电网电压同频同相的正弦电流输出。

(1)分析微型光伏发电及并网工艺过程；(2)在分析工艺过程的基础上，设计系统整体控制方案，选择控制策略；(3)进行硬件电路设计，完成元器件参数计算和选型；(4)硬件电路仿真；(5)搭建硬件电路；(6)电路测试及调整。

1.4 研究进度1-3周：查找相关资料，设计整体方案，撰写开题报告。

4-5周：控制方案设计，元器件参数计算和选型。

6-8周：硬件电路的搭建、仿真和测试。

9-10周：系统控制软件的设计及测试。

11-12周：撰写毕业论文，答辩。

1.5 主要内容本文主要内容分为六个部分：一、绪论，介绍了本设计的来源和意义，概述了光伏发电的工作原理以及光伏逆变的关键技术。

二、研究了并设计出了本系统的主电路结构——无变压器绝缘两级结构，分析了逆变电路。

三、介绍了系统各个关键部分：升压单元、逆变单元、滤波单元、驱动单元、控制单元等器件选型。

四、介绍了系统的软件设计。

五、给出本设计的光伏并网逆变器的仿真来验证部分性能。

六、主要对本次设计的性能指标做出了总结，说明了系统的优缺点以及需要改进的地方。

第2章控制系统总体设计2.1 光伏逆变系统的工作过程白昼，光伏电池组受到太阳光的照射，产生电动势，光伏阵列由数个太阳能电池模块串联形成，它产生的电压应与系统所需要的输入电压相同。

光伏系统主要分为两类：并网系统和独立系统，并网系统就是要与电网连接，则太阳能产生的电流要接入电网；独立系统则不与电网相连接，单独将太阳能产生的电流供给用电设备。