基于TMS320F2802的實施并網微型太陽能逆變器設計

摘要
可再生能源應用的迅猛發展將引發第四次工業革命。光伏發電是整個可再生能源方案的關鍵部分。在所有太陽能逆變器中，微型太陽能逆變器是至關重要的組成部分。

本文將為您介紹如何利用一個TMS320F2802設計一種低成本、高性能的微型太陽能逆變器。另外，文章還將討論如何使用交叉式有源鉗位反激和SCR全橋實現一個220W輸出的微型太陽能逆變器，并介紹完整的系統固件架構和控制方法。最后，文章還會為您展示實驗室波形。

1 概述
1．1 太陽能逆變器介紹
材料、能源和信息是人類生存和發展的三大要素。能源利用的每一次新發現，都會極大改變和促進現代文明的發展：
蒸汽機的發明讓我們進入機器時代。
電的發明讓我們進入電氣時代。
半導體晶體管的發明讓我們進入信息時代。

當前可再生能源的發展和利用將引發第四次工業革命；在所有可再生能源利用方法中，光伏發電是整個可再生能源發展的關鍵組成部分。根據世界能源組織預測，隨著傳統能源（例如：煤炭、石油等）逐漸枯竭，可再生能源將成為人類的主要能源。圖1顯示了世界能源的發展趨勢。

圖 1 世界能源發展趨勢

各國政府都對可再生能源的發展投以極大關注。2007年，中國政府稱“可再生能源可滿足國家長期發展規劃的需求”，而在2008年，中國政府便發布了可再生能源第11個五年發展計劃。根據該計劃要求，中國2010年的光伏發電裝機容量需達到2,500億瓦；據估計，到2020年，中國光伏發電裝機容量將達到50,000億瓦，其中并網光伏發電占75%。

太陽能光伏發電的主要優點包括：
太陽能很豐富，無窮無盡。
生產PV板的材料分布廣泛，并儲備豐富。
系統結構簡單，轉換效率高。
無污染，并且可循環利用。
光伏電池壽命長，維護成本低。

太陽能光伏發電的缺點包括：
功率密度低，占用面積大。
發電受限于自然條件，沒有太陽就無法發電。
單位生產成本高。

1.2 光伏發電系統分類
根據應用環境，光伏發電系統可分為非入網太陽能逆變器系統和入網太陽能逆變系統。

非入網太陽能逆變器系統主要用于獨立組建的光伏發電系統，適用于家庭、農村、島嶼、偏遠地區、城市照明以及電源系統的通信、測試與應用。圖2為一個系統結構圖，其描述了太陽能板組件、太陽能逆變單元、儲能單元、電負載等主要組成部分。

圖 2 非入網太陽能逆變器系統

入網太陽能逆變器系統主要用于同傳統電網連接，太陽能逆變器把來自PV板的電能連接傳統電網，其主要組成為太陽能板、太陽能逆變器、智能雙向電量計、家庭用電負載和傳統電網等（參見圖3）

圖 3 入網太陽能逆變器系統

1.3 PV板電氣特性
太陽能逆變器功率輸出變化幾乎與陽光直接相關，但是電流減少的速度遠快于光照水平下降的速度。在極低光照水平下PV板一般會產生16V的電壓，但是電流卻極少。

另外，隨著PV板溫度升高，電壓輸出下降，反之亦然。輸出曲線隨光照條件、溫度等而變化，如圖4所示。

太陽能逆變器必須工作在MPP下，以獲得來自PV板的最大電能。這是通過最大功率點控制環路（最大功率點追蹤器，MPPT）來實現的。

圖4 PV板電氣特性

1.4 太陽能逆變器拓撲改變
隨著照度的變化，PV板的輸出電壓范圍為20到45伏，因此如果入網應用需要更高的輸出電壓，則通常會考慮并串聯PV板以獲得高輸入電壓，并使用一個逆變器來實現電能轉換。這種拓撲結構被稱作“中央逆變器”，如圖5（a）所示；它的主要特點是：

10到250kw，3相，數個并聯串
轉換器效率高，成本低，可靠性低
非最佳MPPT
通常用于發電廠

圖 5 中央與串型拓撲