一、概述

太阳能被称为最理想的新能源，具有无枯竭危险的优势。太阳能发电具有安全可靠、无噪声、无污染排放、绝对干净，不受资源分布地域的限制等优势，但由于光伏发电系统产生的电流为直流电，而民用电力以交流供电为主，若想在实际生活生产中应用太阳能发电提供的能量，就需通过逆变器将直流电转换为交流电来驱动家用电器等负载。综上所述，逆变器在太阳能发电系统应用中具有举足轻重的作用，故对电源逆变器的掌握对学习太阳能发电实际应用有着重要的意义。

我公司在现有太阳能实验台基础上又推出此款逆变电源实验台，主要将太阳能离并网逆变器的工作原理以教学的形式展示在实验台上，其即是应用产品又是教学演示装置，学生通过对此设备的了解，基本上掌握逆变器的原理与应用。

二、原理图

1、并网电源

2、独立逆变器

三、太阳能并网逆变器原理及特点

TRM-JX8型太阳能逆变电源教学实验台是由专业的太阳能逆变系统(大于1000W)与太阳能逆变系统的教学及演示电路装置组成的。

（一）专业的太阳能逆变系统
    并网逆变器是并网发电系统的核心控制设备，它将太阳能电池发出的直流电力逆变交流电力最大限度馈送入电网。我公司的太阳能逆变系统的产品优势具有以下几点：
1、并网逆变器是采用美国TI公司DSP芯片作为控制部件的数字信号处理。此产品具有逆变部分采用开关速度快、功耗小的智能IGBT(IPM)作为功率器件。逆变变压器又是采用噪音小完全隔离型的，所以逆变器具有了输出波形失真小、动态特性好、逆变效率高等特性。
2、逆变系统控制部分是采用高速度的微处理器为核心的控制部件，所以具有了输出过载，输出高、低电压保护动作快，抗干扰能力强，稳压精度高等特性。
3、系统具有输出短路保护功能。采用输出回路检测保护和模块饱和压降检测双重保护，从而大大提高短路保护的可靠性。并且若逆变器检测连续5次短路，将停止工作，直到手动开启。
4、逆变器输出部分装有射频滤波器，使逆变器所带的负载免受高频谐波的干扰。
5、通过面板就能很清楚的了解逆变器的运行状态，可实现光伏电池电压、频率、市电电压、频率等参数通过 显示屏实时显示。
6、有各种报警功能，比如有市电停电报警，光伏电池欠压报警等等。
7、单机逆变器由IGBT逆变支路、逆变器输出变压器、逆变器滤波电感和电容、逆变器的驱动、控制电路、逆变器温度传感器组成。
8、逆变器的硬件电路工作原理包括逆变全桥、变压器回路、滤波回路、消尖峰回路和热温度开关五部分。
①逆变全桥
  采用（三相）全桥逆变器，目前选用的IPM模块，直流电压为600～740V，PWM波形生成方法是矢量算法直接给出数字脉宽调制(DSPWM)信号。逆变全桥由二个IGBT组成。每个功率模块包含二个功率单元，四个单桥组成全桥逆变电路。逆变驱动板包含一个开关电源，给主回路和驱动电路提供电源。
②变压器回路
  变压器是逆变器的关键器件，对交流的性能有重要的影响，所以变压器需特殊设计，由于逆变全桥回路是SPWM信号，所以含有直流分量，而工频变压器是按照基波50Hz正弦波设计，SPWM调制波工作时，就会发生变压器磁饱和，从而引起桥路过流或损坏，所以要在制作时在变压器设计中加大其漏感量，使铁芯之间有一个很小的气隙。然而降低了变压器效率，变压器铜损增大，因此，需提高铜线的质量，提高散热效果。输出变压器除了具有滤波作用外，还具有隔离的作用。同时该变压器还根据用户要求，升高或降低逆变器输出电压。
③滤波回路
  逆变桥的输出波是SPWM高频波，经过LC滤波后成为标准正弦波，从效果分析，LC常数越大，正弦波就越好，但是带来了动态性能变差的问题，我们在变压器原边加LC滤波以便降低变压器直流分量和温升，三角接法是因为逆变器不能控制零序分量的问题，在变压器输出端接入交流电容，为了进一步滤掉高次谐波，降低波形失真度。
④消尖峰回路
  电源变压器的漏感，其作用就象是与功率晶体管集电极串联一个小电感。当晶体管中电流关断时，这个漏感使得在集电极电压波形的正跳变沿上产生一个突增的尖峰，其电压上升幅值可能超过2倍直流电压。因此，为了消除漏感中的储能每半周中在晶体管集电极上损耗使集电极瞬时击穿现象，就必须增加消尖峰电路。如下图所示的电路在开关管关断的瞬间，有电流流过电容C和二极管V，使发射极——集电极之间的电压上升速度减慢，这样极间电压的峰值降低，同时将电流下降和电压上升的时间交错开，避免出现较大的瞬间开关损耗，图中的电阻R用来在开关接通的瞬间，将电容C上电荷迅速放掉，并防止开关管集电极电流的过分增加，二极管V在开关管关断时，将电阻R短路，提高电容C的电荷迅速放掉，并防止开关管集电极电流的过分增加，二极管V在开关管开断时将电阻R短路，提高电容C的电压吸收效果。
⑤热温度开关
  温度开关是为消除功率管过热而设置的。该开关置于功率管模块散热器上，一旦功率管过热时，功率管驱动信号被封锁，逆变器停止输出。当温度降到一定值时，逆变器可重新恢复工作。
9、逆变器的（软件控制）工作原理
   逆变系统采用美国TI公司DSP芯片，其构成的实时控制系统具有很高的稳定性，其特点如下：
①电压调整和锁相作用
  逆变器电压调整是采用快调和慢调两种方法，快调是控制芯片根据微处理传来的数据，依照本身的初始化命令将产生正相SPWM信号，经驱动帧测电路产生三相正弦波。慢调是CPU采样到电压的变化率及频率的变化运算比较后，向控制芯片传送新的数据，来改写的调整电压，以达到输出电压的稳定性。为了保证逆变器在任意时刻都能同步并网,频率、相位等必须跟踪电网的频率相位的变化，其称之为锁相。锁相环是通过逆变器与电网频率和相位进一步运算比较而调整逆变器的频率和相位，我们的最小调整步距为0.02Hz所以实际输出频率为50Hz0．02Hz这一调整过程不会影响基准频率。
②逻辑状态的帧测
a．内部处理总线的输入：
·直流电压OK
·允许逆变
·同步调整命令
·锁相跟踪
b．逻辑状态信号输入
·控制电源正常
·时钟正常
·辅助电源正常
·模块温度正常
·设有逆变器的“停止”命令
·用软件停机
·操作面板停机
·控制器停机
③  直接控制器（DDC）的工作原理
a.接收并存储微处理初始化命令和控制命令部分。它主要由总线控制，地址/数据总线，暂存器。寄存器及24位初始化寄存器，以上是以控制字的形式来实现。在工作之前，首先进行初始化，即从CPU向寄存器输入控制字，进行系统参数设置。
b.从内部ROM中读取及产生SPWM调制波形部分，它由地址发生波形ROM及控制逻辑构成。由于调制波形关于90。，180。，270。对称，所以ROM中存有0~90。的波形瞬时值，由地址发生器的信号直接从波形ROM中读取波形数据，然后通过相位控制逻辑，把它组成0~360。的完整波形和三相波形，而不需要微处理器的帮助。
c.三相输出控制电路：变相输出控制电路，又由脉冲取消和脉冲延时电路构成。脉冲取消电路用来将脉冲宽度小于取消的脉冲去掉。延时电路保证死区间隔。
d.纯正弦波的数学模型 X（t）=A ( sin (ωt ) )。

（二）太阳能逆变系统的教学及演示电路装置
    由我公司生产TRM-JX8型太阳能逆变电源教学实验台中的逆变器系统是采用单片机控制正弦波输出的逆变电源，它以48V直流电源作为输入，输出220V、50Hz、的正弦波交流电，以满足高校教学演示和电子实验测试的需求。该电源采用推挽升压和全桥逆变两级变换，前后级之间完全隔离，采用单片机数字化SPWM控制方式，采样直流母线电压做电压前馈控制，同时采样电流做反馈控制。在保护上，具有输入过、欠压保护，输出过载、短路保护，过热保护等多重保护功能电路，增强了该电源的可靠性和安全性。太阳能并网逆变系统由多个稳定可靠的单元系统并网组成，试验单元满足并网逆变器的防孤岛保护功能试验、过载保护功能试验、过流保护试验、直流分量试验、逆变器功率测定试验、并网电流谐波试验，电网故障是并网逆变器工作性能检测。
1、单元系统功能：
·  将太阳电池组件产生的直流电或者蓄电池释放的直流电转化为负载需要的低压交流电，具有输入过、欠压保护，输出过载、短路保护，过热保护等多重保护功能电路，增强了该电源的可靠性和安全性。
·  模拟交流用电设备谐振，有效精确检测并网逆变器防孤岛效应保护功能；
·  检测各种情况下交流逆变器的工作效率、输出功率及带载能力；
· 模拟各类工作环境，检测逆变器在各种环境下的工作性能状况；
·  整机采用电子电路控制，具有温度过热自动断开保护功能。
·  准同期自动并网功能。
2、单元系统参数为：
·  额定输入电压：46.5～50.5V；
·  额定输出电压：220V±10%、50Hz±1Hz、/三相220V±10%、50Hz±1Hz；
·  额定功率：1kVA；
·  输出功率因数：≥0.80（感性负载、容性负载）；
·  逆变效率：≥80%；
·  电压调整率：线性负载≤3%，非线性负载≤5%。
3、系统单元主要测试点包括开关管栅极漏极波形、蓄电池欠电压测量、蓄电池保护点测量、升压变压器次级整流电压、 单片机工作电压的测量、单片机SPWM驱动脚波形测量、全桥驱动器输出波形测量、母线电压输出波形（有效值、峰值）测量、母线电压输出频率测量、母线前馈电压电流采集测量十项。
4、结合试验箱上电路原理图、测试点、显示仪表和原理单元系统主要完成的实验包括逆变原理实验；逆变过载保护实验；逆变器与市电互补实验；逆变器欠过压等保护实验。

（三）大规模光伏/风能并网发电是充分利用太阳能/风能的一种有效方式，在并网发电的应用中，要防止  孤岛效应，通过防止孤岛效应以保证PV系统的安全性和稳定性。
     试验单元满足并网逆变器的防孤岛保护功能试验、过载保护功能试验、过流保护试验、直流分量试验、逆变器功率测定试验、并网电流谐波试验，电网故障，是并网逆变器工作性能检测必不可少的检测工具。
1、单元系统功能：
·  将太阳电池组件产生的直流电或者蓄电池释放的直流电转化为负载需要的低压交流电，具有输入过、欠压保护，输出过载、短路保护，过热保护等多重保护功能电路，增强了该电源的可靠性和安全性；
·  模拟交流用电设备谐振，有效精确检测并网逆变器防孤岛效应保护功能；
·  检测各种情况下交流逆变器的工作效率、输出功率及带载能力；
·  模拟各类工作环境，检测逆变器在各种环境下的工作性能状况；
·  整机采用电子电路控制，具有温度过热自动断开保护功能。
·  准同期自动并网功能。
2、单元系统参数：
·  额定输出电压：220V±10%、50Hz±1Hz、/三相220V±10%、50Hz±1Hz；
·  额定功率：1KVA；
·  输出功率因数：≥0.80（感性负载、容性负载）；
·  逆变效率：≥80%；
·  电压调整率：线性负载≤3%，非线性负载≤5%。
3、单元系统主要测试点：
·  开关管栅极漏极波形；              ·  蓄电池欠电压测量；
·  蓄电池保护点测量；                ·  升压变压器次级整流电压；
·  单片机工作电压的测量；            ·  单片机SPWM驱动脚波形测量；
·  全桥驱动器输出波形测量；          ·  母线电压输出波形（有效值、峰值）测量；
·  母线电压输出频率测量；            ·  母线前馈电压电流采集测量。
4、单元系统主要实验：
·  逆变原理实验（结合试验箱上电路原理图、测试点、显示仪表和原理）
·  逆变过载保护实验（结合试验箱上电路原理图、测试点、显示仪表和原理）
·  逆变器与市电互补实验（结合试验箱上电路原理图、测试点、显示仪表和原理）
·逆变器欠过压等保护实验（结合试验箱上电路原理图、测试点、显示仪表和原理）