单相两级式非隔离型光伏并网逆变器的研制
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环 境 污 染 成 为全 球 一 个 亟 待解 决
的 问 题 ． 此 无 污 染 的 绿 色 可 再 生 能 源 发 电 具 有 广 因
前级 为 ｂ ｏｔ Ｄ — Ｃ变换 器 、 级为 Ｈ 桥 的两级 ｏｓ型 Ｃ Ｄ 后 式结 构 。
１ 光伏 并 网逆 变 器 系统 构 成
仿 真分析 。工频 隔离 结构 的光 伏并 网逆变 器 由于 工 频 变压 器 的 体 积 庞 大 ， 最 大 功 率 跟 踪 控 制 、 变 且 逆
输 出波形 控 制 、 位 同步 等控 制 目标 均要 求 在 一个 相 环 节 中得 到 实 现 ， 法 相 对 较 复 杂 ， 算 因此 本 文选 取
工作 正常 ， 到 了预 期 目的 。 达
关 键 词 ： 伏 ； 网 ； 变器 ； 隔 离型 光 并 逆 非 中图 分 类 号 ： Ｍ ４ ． Ｔ ３ ４１ 文 献标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ： ＣＮ１ —１ ２ ２ １ ） ２ ０ ２ — ５ ２ ４ ０（ ０ ０ — ０ ９ ０ １
因此 ， 可选 取滤 波 电感量 为 ２ｍ 实 际 中升压 Ｈ，
电 感 也 选 取 为 ２ｍＨ。
２ 硬件设计
本系统 的输入 电压为 ２ ０ ６ ０Ｖ。额 定功 率为 ０ ～ ０
３ｋ ， 大 输 入 电 流 为 １ Ｄ — Ｃ部 分 的 开 关 频 Ｗ 最 ５Ａ。 Ｃ Ｄ
２５ 均压 电阻 、 ． 吸收 电容 的选 取
全 满 足本 系 统 设 计 要求 。而 且 本模 块 具 有 保护 功
３ 软件 设 计
主控芯 片采用 Ｔ 公 司 的 Ｔ ３ ０ ２ １ Ｓ Ｉ ＭＳ ２ Ｆ ８ ２Ｄ Ｐ作 为 核心 处 理器 ， 软件 平 台 采用 Ｃ Ｓ ． ， Ｃ ３３ 为达 到 代 码
能 ， 以为 Ｄ Ｐ提供保 护信号 。 可 Ｓ
２１ 主功率逆 变模块 选取 ．
逆变桥 由 ＩＭ 模 块实现 。由于逆 变器的最 大输 Ｐ
出功率 为 ３ｋ ， 网电 压 的有效 值 为 ２ ０Ｖ， 到 Ｗ 电 ２ 得 ＩＭ 的最 大输 出 电流为 ： ：— ３０００ Ｐ ｘ ￣ ／ ２
－
：
２６ 驱 动芯片 的选取 ．
为 驱动 ｂｏｔ ｏｓ 电路 的 ＭＯ Ｆ Ｔ开 关 管 ．本 文选 ＳＥ 用 Ｉ２１ Ｒ １３作 为驱动 芯 片 。 由于 ＩＭ 内部集 成 了驱 Ｐ
制 器选 用 Ｔ 公 司的 Ｔ ３ ０ ２ １ Ｓ Ｉ Ｍ￥ ２ Ｆ ８ ２Ｄ Ｐ作 为主控 芯 片 ， Ｄ — Ｃ环节 实现 追 寻 最大 功率 跟踪 控 制 。 在 ＣＤ 在
和未 来发展 趋势 ，本 文设 计 了 ３Ｋ 单相 非 隔离 型 Ｗ 光 伏并 网逆 变 器 的硬件 结 构 ， 并对 整 个 系统 进 行 了
如 图 ｌ 示 ， 单 相非 隔离 型 光伏 并 网 逆 变 系 所 本
阔的发展前 景 。太 阳能光 伏 发 电作 为可 再生 能源 发 电的 一种 形 式 ， 步得 到 深 入 的研 究 ， 产 生 了 良 逐 并 好 的社会效 益 。针对 目前 世界 并 网发 电的这一 亮点
统 由主 电路 、 号检 测 调理 电路 、 信 控制 器 电路 、 动 驱 电 路 和 保 护 电 路 组 成 。 主 电路 由 前 级 为 ｂ ｏｔ ｏｓ 型 Ｄ — Ｃ变换器 、 级为 Ｈ桥 的两 级式结 构组 成 。控 ＣＤ 后
２ ｏｓ电路 开关 管 的选 取 ． ｂｏｔ ２
由于最 大输入 电压 为 ６ ０Ｖ， 以 Ｄ — Ｃ部分 ０ 所 ＣＤ
１． Ａ。前 ９３
动模块 ． 只需 要 提供 Ｐ ＷＭ 信 号 即可驱 动 Ｉ Ｍ， Ｐ 值得 注意 的是在 加入 Ｐ ＷＭ 信号 时需要 加入 光 电耦 合 器 进行 隔离 。
级 ｂ ｏｔ ｏｓ 的输 出最 大 电压 为 ６ ０Ｖ，得 到 ＩＭ 模 块 ０ Ｐ 的最 大 耐 压 为 ６ ０Ｖ。ＩＭ 模 块 的 开 关频 率 为 １ ０ Ｐ ２ ｋｚ Ｈ 。为 留有 足够 的裕 量 ，本系 统采 用三 菱公 司 的 ＩＭ 模块 ： Ｍ ５ Ｌ ２ 。 Ｐ Ｐ ７ Ｃ Ａ１０ 其最 大 耐压 为 １２ ０Ｖ。 ０ 完
为 实现母 线 电容均 压 ， 供均 压 电阻 ， 为 １０ 提 选 ０ Ｋ ５ 为抑 制引线 电感 的作 用 ， ／Ｗ。 提供吸 收 电容 １ Ｆ ／
ｌ ０ ０ Ｖ。 ０
率 选 为 ２ Ｈ ． Ｃ— Ｃ部 分 的 开 关 频 率 选 为 １ ０ ｋ ｚＤ Ａ ２
ｋ 。 Ｈｚ
第 ２期
２ｌ ０ １年 ３月
电
源
学
报
Ｎｏ２ ． Ｍ ａ ．０ｌ ｒ２ １
Ｊ ｒ ｌｏ ｗｅ ｐ ｌ ｏｕ ｎａ ｆＰｏ ｒＳｕ ｐ ｙ
单 相两级式非 隔离型光伏并 网逆 变器 的研制
刘 迪 ． 国 联 陈
（ 安 交通 大 学 ， 西 西安 ７ ０ ４ ） １０ ９
摘 要 ： 于非 隔 离型 光 伏 并 网逆 变 器 的原 理 与 控 制 策略 ， 中给 出 了 ３Ｋ 单 相 两 级 光 伏 并 网逆 变器 的 主 电路 基 文 Ｗ 的硬 件 设 计 方 法 与 整 个 系统 的仿 真 分 析 ， 基 于该 设 计 方 法研 制 了并 网逆 变 器 的样 机 ． 并 实测 结 果 证 明 该 并 网逆 变器
Ｄ — Ｃ环 节实 现控 制直 流母 线 电压 稳 定 ， 控制 产 ＣＡ 并
生 与 电 网 电压 同 频 同 相 的 正 弦 电流 ．实 现 并 网功
图 １ 光 伏 并 网逆 变 器 系统
收 稿 日期 ： ０ ０ １ 一 ２ ２ １ — ｌ２
电
源
学
报
总第 ３ ４期
能。
式 中 ： 为 电 网 电动 势 相压 峰 值 ； 为 交 流 侧 厶 基 波相 电流峰 值 ； 为直流 电压 ； ｉ 为最 大允许谐 Ａ 波 电流 脉动量 。
的 问 题 ． 此 无 污 染 的 绿 色 可 再 生 能 源 发 电 具 有 广 因
前级 为 ｂ ｏｔ Ｄ — Ｃ变换 器 、 级为 Ｈ 桥 的两级 ｏｓ型 Ｃ Ｄ 后 式结 构 。
１ 光伏 并 网逆 变 器 系统 构 成
仿 真分析 。工频 隔离 结构 的光 伏并 网逆变 器 由于 工 频 变压 器 的 体 积 庞 大 ， 最 大 功 率 跟 踪 控 制 、 变 且 逆
输 出波形 控 制 、 位 同步 等控 制 目标 均要 求 在 一个 相 环 节 中得 到 实 现 ， 法 相 对 较 复 杂 ， 算 因此 本 文选 取
工作 正常 ， 到 了预 期 目的 。 达
关 键 词 ： 伏 ； 网 ； 变器 ； 隔 离型 光 并 逆 非 中图 分 类 号 ： Ｍ ４ ． Ｔ ３ ４１ 文 献标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ： ＣＮ１ —１ ２ ２ １ ） ２ ０ ２ — ５ ２ ４ ０（ ０ ０ — ０ ９ ０ １
因此 ， 可选 取滤 波 电感量 为 ２ｍ 实 际 中升压 Ｈ，
电 感 也 选 取 为 ２ｍＨ。
２ 硬件设计
本系统 的输入 电压为 ２ ０ ６ ０Ｖ。额 定功 率为 ０ ～ ０
３ｋ ， 大 输 入 电 流 为 １ Ｄ — Ｃ部 分 的 开 关 频 Ｗ 最 ５Ａ。 Ｃ Ｄ
２５ 均压 电阻 、 ． 吸收 电容 的选 取
全 满 足本 系 统 设 计 要求 。而 且 本模 块 具 有 保护 功
３ 软件 设 计
主控芯 片采用 Ｔ 公 司 的 Ｔ ３ ０ ２ １ Ｓ Ｉ ＭＳ ２ Ｆ ８ ２Ｄ Ｐ作 为 核心 处 理器 ， 软件 平 台 采用 Ｃ Ｓ ． ， Ｃ ３３ 为达 到 代 码
能 ， 以为 Ｄ Ｐ提供保 护信号 。 可 Ｓ
２１ 主功率逆 变模块 选取 ．
逆变桥 由 ＩＭ 模 块实现 。由于逆 变器的最 大输 Ｐ
出功率 为 ３ｋ ， 网电 压 的有效 值 为 ２ ０Ｖ， 到 Ｗ 电 ２ 得 ＩＭ 的最 大输 出 电流为 ： ：— ３０００ Ｐ ｘ ￣ ／ ２
－
：
２６ 驱 动芯片 的选取 ．
为 驱动 ｂｏｔ ｏｓ 电路 的 ＭＯ Ｆ Ｔ开 关 管 ．本 文选 ＳＥ 用 Ｉ２１ Ｒ １３作 为驱动 芯 片 。 由于 ＩＭ 内部集 成 了驱 Ｐ
制 器选 用 Ｔ 公 司的 Ｔ ３ ０ ２ １ Ｓ Ｉ Ｍ￥ ２ Ｆ ８ ２Ｄ Ｐ作 为主控 芯 片 ， Ｄ — Ｃ环节 实现 追 寻 最大 功率 跟踪 控 制 。 在 ＣＤ 在
和未 来发展 趋势 ，本 文设 计 了 ３Ｋ 单相 非 隔离 型 Ｗ 光 伏并 网逆 变 器 的硬件 结 构 ， 并对 整 个 系统 进 行 了
如 图 ｌ 示 ， 单 相非 隔离 型 光伏 并 网 逆 变 系 所 本
阔的发展前 景 。太 阳能光 伏 发 电作 为可 再生 能源 发 电的 一种 形 式 ， 步得 到 深 入 的研 究 ， 产 生 了 良 逐 并 好 的社会效 益 。针对 目前 世界 并 网发 电的这一 亮点
统 由主 电路 、 号检 测 调理 电路 、 信 控制 器 电路 、 动 驱 电 路 和 保 护 电 路 组 成 。 主 电路 由 前 级 为 ｂ ｏｔ ｏｓ 型 Ｄ — Ｃ变换器 、 级为 Ｈ桥 的两 级式结 构组 成 。控 ＣＤ 后
２ ｏｓ电路 开关 管 的选 取 ． ｂｏｔ ２
由于最 大输入 电压 为 ６ ０Ｖ， 以 Ｄ — Ｃ部分 ０ 所 ＣＤ
１． Ａ。前 ９３
动模块 ． 只需 要 提供 Ｐ ＷＭ 信 号 即可驱 动 Ｉ Ｍ， Ｐ 值得 注意 的是在 加入 Ｐ ＷＭ 信号 时需要 加入 光 电耦 合 器 进行 隔离 。
级 ｂ ｏｔ ｏｓ 的输 出最 大 电压 为 ６ ０Ｖ，得 到 ＩＭ 模 块 ０ Ｐ 的最 大 耐 压 为 ６ ０Ｖ。ＩＭ 模 块 的 开 关频 率 为 １ ０ Ｐ ２ ｋｚ Ｈ 。为 留有 足够 的裕 量 ，本系 统采 用三 菱公 司 的 ＩＭ 模块 ： Ｍ ５ Ｌ ２ 。 Ｐ Ｐ ７ Ｃ Ａ１０ 其最 大 耐压 为 １２ ０Ｖ。 ０ 完
为 实现母 线 电容均 压 ， 供均 压 电阻 ， 为 １０ 提 选 ０ Ｋ ５ 为抑 制引线 电感 的作 用 ， ／Ｗ。 提供吸 收 电容 １ Ｆ ／
ｌ ０ ０ Ｖ。 ０
率 选 为 ２ Ｈ ． Ｃ— Ｃ部 分 的 开 关 频 率 选 为 １ ０ ｋ ｚＤ Ａ ２
ｋ 。 Ｈｚ
第 ２期
２ｌ ０ １年 ３月
电
源
学
报
Ｎｏ２ ． Ｍ ａ ．０ｌ ｒ２ １
Ｊ ｒ ｌｏ ｗｅ ｐ ｌ ｏｕ ｎａ ｆＰｏ ｒＳｕ ｐ ｙ
单 相两级式非 隔离型光伏并 网逆 变器 的研制
刘 迪 ． 国 联 陈
（ 安 交通 大 学 ， 西 西安 ７ ０ ４ ） １０ ９
摘 要 ： 于非 隔 离型 光 伏 并 网逆 变 器 的原 理 与 控 制 策略 ， 中给 出 了 ３Ｋ 单 相 两 级 光 伏 并 网逆 变器 的 主 电路 基 文 Ｗ 的硬 件 设 计 方 法 与 整 个 系统 的仿 真 分 析 ， 基 于该 设 计 方 法研 制 了并 网逆 变 器 的样 机 ． 并 实测 结 果 证 明 该 并 网逆 变器
Ｄ — Ｃ环 节实 现控 制直 流母 线 电压 稳 定 ， 控制 产 ＣＡ 并
生 与 电 网 电压 同 频 同 相 的 正 弦 电流 ．实 现 并 网功
图 １ 光 伏 并 网逆 变 器 系统
收 稿 日期 ： ０ ０ １ 一 ２ ２ １ — ｌ２
电
源
学
报
总第 ３ ４期
能。
式 中 ： 为 电 网 电动 势 相压 峰 值 ； 为 交 流 侧 厶 基 波相 电流峰 值 ； 为直流 电压 ； ｉ 为最 大允许谐 Ａ 波 电流 脉动量 。