姚娜　赵晓芳　卢金辉

【摘 要】本文以分布式光伏发电系统中的交错反激式微型逆变器为研究对象，在详细分析电路工作原理的基础上，确定交错反激式微型逆变器拓扑结构设计、有源钳位电路设计、基于扰动法的 MPPT控制技术研究等，在仿真的基础上，实现交错反激式微型逆变器硬件设计和软件设计，搭建一个额定功率250W、输出电压 220V 的样机，验证了设计的有效性。

【关键词】交错反激;微型逆变器;拓扑;MPPT技术

中图分类号： TM464 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）10-0032-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.10.010

Design of Grid-connected Micro-inverter Based on Staggered Parallel Active Clamp Position

YAO Na1 ZHAO Xiao-fang1 LU Jin-hui2

（1.Dongguan University of Technology，Dongguan Guangdong 523808，China;

2.Dongguan Qili Power Co.，Ltd.，Dongguan Guangdong 523000，China）

【Abstract】Based on the detailed analysis of the working principle of the circuit，this paper takes the staggered anti-excitation micro-inverter in distributed photovoltaic power generation system as the research object.We will determine the topology design，active clamp bit circuit design，and research on MPPT control technology based on the perturbation method.On the basis of simulation，we will implement the hardware design and software design of the staggered micro-inverter.A prototype with rated power of 150W and output voltage of 220V is built to verify the effectiveness of the design.

【Key words】Interlaced anti-excitation;Micro-inverter;Topology;MPPT technology

并网逆变器作为电网和光伏极板的接口，可以将光伏板输出的直流电转换成标准的交流电并入电网， 是整个系统能量转换与控制的核心。光伏并网微型逆变器可以直接安装在支架上或者组件后方，与光伏组件的每个模块一一相对应， 在个别模块受到局部阴影的影响时，其自身性能降低也不会对整个光伏组件的总体输出有太大影响，图1为采用微型逆变器的分布式光伏并网系统结构图。

1 微型逆变器控制策略研究

1.1 交错反激式微型逆变器拓扑结构和有源钳位电路设计

交错反激式微型逆变器采用了多模块并联技术，通过两个并联耦合的反激式变换器轮流工作，在电压、电流相同的情况下，可以使电路输出更高的功率等级。交错并联反激式微型逆变器拓扑电路如图2所示。为了提高微逆变器的效率和避免反激式电路工作时的缺点，设计采用有源钳位电路，其电路结构如图3所示。图中主开关管S1和辅助开关管S2分别选用N沟道、P沟道MOSFET。主开关管在关断时能量被钳位电容（Cclamp）吸收并存储在钳位电容里，当在下一轮循环时，变压器T漏感和钳位电容发生谐振，由此可以实现开关管零电压开通，多余能量可以从钳位容转移到次级线圈。

1.2 基于扰动法的MPPT控制算法分析

传统的扰动观测法采用电压增量寻优策略，需要通过电压电流传感器采集直流侧电压电流信号，系统动态响应慢。 本文研究在保持扰动法算法简单、容易实现等优点的基础上，利用交流侧输出功率信息和功率平衡方程式计算出直流侧电压，因此不需要在光伏电池端安装采样的电压传感器;同時基于这种电流增量寻优的MPPT控制策略，以电流环进行跟随控制，具有更快的动态响应，实现动态实时地跟踪最大功率。图4为基于扰动法的MPPT控制算法程序设计流程。

2 硬件电路设计

单相反激式光伏微型逆变器包含主电路、控制电路和检测电路、辅助电源电路三个部分。主电路包含DC-DC直流变换、DC-AC直交变换等，主要作用是实现能量的转化和传递。检测电路主要包括直流和交流的电压、电流检测电路等。辅助电源电路为主控芯片、放大器、及其他逻辑芯片提供工作电源。系统结构框图如图5所示。DSP采用TMS320F28035，其60Mhz频率实时处理速度快，通过设计先进的算法，使输出模块满足要求。电流使用霍尔传感器进行采样，将电感电流转换成电压信号，送入 DSP AD口进行测量，测量电路如图6所示。逆变电压采用差分电路采样，逆变电压通过比例电路缩小后，再经一电阻加直流偏置后送入DSP口进行采样，如图7所示。

3 软件设计

系统软件控制是并网微逆变控制系统的核心部分。本文的软件设计包括直流母线电压控制、MPPT控制环、锁相环控制、并网电流控制等。所有控制均由软件算法进行实现。系统主程序流程图如图8所示。系统上电后，首先屏蔽有中断。然后进行CPU初始化，中断向量初始化，各外设模块初始化：AD转换模块、I/O端口等。初始化完成之后，主控芯片的各个模块开始工作，接着打开中断屏蔽位。系统进入循环等待状态，在下一个中断信号进入时结束等待状态。

4 实验样机及结果分析

为了验证本文提出的控制策略的可行性和设计的电路拓扑的有效性，搭建了一台额定功率250W的交错反激式微型逆变器实验样机。将逆变器与电网连接，测试逆变器输出的电压和电流，图9为在输入直流电压为40V时逆变器输出的电压电流实验波形。当直流输入电压为40V时，测量得到电网电压平均值227V，逆变器的输出电流平均值为1.1A，电网电压频率为49.99Hz（频率误差范围允许在±0.05Hz），逆变器输出的最大功率为240W，输入功率为250W，由此可知样机的工作效率达到了96%。同时经过对试验数据的计算，电网电压的总谐波含量仅为0.089，逆变器输出电流总谐波为3.16，以上指标满足了国家规定的光伏发电并网要求。

5 结论

本文研究了光伏系统中的微型逆变器一些关键技术，包括：基于有源钳位的交错反激式微型逆变器电路拓扑结构设计、基于扰动观察法的MPPT最大功率跟踪技术研究等。通过理论分析和设计，搭建一台250W的交错并联反激式微型逆变器样机，通过实验验证了本设计的逆变器符合国家规定的并网要求。