獨立／并網雙工模式光伏逆變系統的設計

MOD_SEL為模式選擇信號，由單片機控制，REF_SIN為參考正弦信號，由單片機給定，EA_OUT為誤差信號，Io_SENSE為輸出電流反饋信號，Uo_SENSE為輸出電壓反饋信號。R7～R10，C4，C5和運放U1構成逆變系統并網工作時的反饋控制電路，R11～R15，C7，C8和運放U2構成逆變系統獨立工作時的反饋控制電路。
該部分電路工作原理為：①當MOD_SEL=1時，VQ1導通，A=B=0，C=0，則通道ax，bx打開。REF_SIN由a端輸入，ax端輸出，與電壓反饋信號VC_SENSE作比較。經圖中所示運放電路調理后的信號從bx端輸入，b端輸出，該信號為EA_OUT。此時為獨立運行模式；②當MOD_SEL=0時，VQ1關斷，A=B=1，C=0，則通道ay，by打開。REF_SIN由a端輸入，ay端輸出，與電流反饋信號IL_SENSE作比較。經圖中所示運放電路調理后的信號從by端輸入，b端輸出，該信號為EA_OUT。此時為并網運行模式。

4 設計實例與實驗結果
此處設計了一個1 kW的光伏逆變系統。采用圖1所示拓撲，主要參數為：輸入電壓35～75 V，輸出電壓220 V，輸出電壓頻率50 Hz，直流母線電壓400V，輸出功率1 kW，變壓器初次級匝數比8：96，隔直電容88μF，濾波電感分別為3．3 mH和1．2 mH，濾波電容分別為600 μF和2．2μF。
系統采用AVR單片機ATMEGA64作為主控芯片。DC／DC部分VT1～VT4采用IXFK180N10型MOSFET管，VD1～VD4采用MUR8120型快恢復二極管，開關頻率f=62．5 kHz，高頻變壓器磁芯采用PQ50／50，使用絲包線繞制。DC／AC部分VT5～VT8采用47N60C3型MOSFET管，f=32 kHz。

為驗證工作原理，用示波器進行檢測。圖6a為輸出濾波前高頻調制電壓波形。可見，電壓幅值約350 V，頻率50 Hz。圖6b為獨立逆變模式下，逆變器帶電阻性負載工作波形。可見，逆變器可輸出理想的220 V／50 Hz正弦電壓，在帶負載時，仍能保持良好正弦性。經實測，滿負載輸出時電壓THD≤3％，滿足要求。圖6c為并網逆變模式下，逆變器工作波形。可見，逆變器輸出4．5 A／50 Hz正弦電流，且電流相位稍微滯后于電網電壓，因為MCU的數據處理耗費了一定時間。忽略這一點，輸出電流與電網電壓基本同頻同相。經實測，額定功率輸出時電流THD≤5％，滿足要求。

5 結論
此處針對光伏逆變系統，提出一種獨立／并網雙工模式逆變系統，分析了逆變器拓撲結構及控制原理，采用前饋控制進行改進，提出一種用于切換兩種工作模式的方法，并研制一臺實驗樣機驗證可行性。結果表明該方案研制的逆變系統工作穩定，運行可靠，可分別工作于獨立、并網兩種模式，且能自由切換。系統具有良好的應用前景。