摘 要

随着传统能源的日益枯竭，人类必须尽快改变能源结构，增加清洁能源的消费比例。太阳能集诸多优势于一身，是目前最好的选择。太阳能光伏逆变器是太阳能利用过程中重要的一环，所以对该设备的研究设计显得异常重要。本文对单相光伏逆变器主要的硬件电路和软件程序进行了研究设计，采用“全桥逆变 LC滤波 工频升压”的设计方案，系统主要分为控制、逆变、滤波、升压、采样反馈及保护电路。

控制电路主要由DSP2812、IR2110芯片组成，通过DSP2812的程序设计产生SPWM波输入到两片IR2110驱动芯片，使IR2110生成驱动信号，控制由4个MOSFET组成的逆变全桥的通断。逆变后的输出经过LC滤波器过滤掉高频谐波，然后工频升压后输出220V市电，能够给家用电器供电。

利用DSP2812的功能，还设计了采样反馈环节。主要对输入直流电压、输出交流电压和电流进行采样，实时监控系统的运行状态，实现欠压过流保护。通过设计输出电压负反馈，维持系统的相对稳定并保护各元器件和用电设备。

通过MATLAB/Simulink软件建立系统模型进行仿真，经调试得出接近正弦波的输出波形，结果表明该方案可行。

关键词：光伏逆变器；DSP2812；IR2110；SPWM

Abstract

With the depletion of traditional energy sources, humankind must change the energy structure as soon as possible and increase the proportion of clean energy consumption. Solar energy has many advantages in one and is currently the best choice. Solar photovoltaic inverter is an important part of the solar energy utilization process, so the research and design of this equipment is extremely important. In this paper, the main hardware circuits and software programs of single-phase photovoltaic inverter are studied and designed. The design scheme of “full-bridge inverter LC filter power frequency boosting” is adopted. The system is mainly divided into control, inverter, filter,boost, sample feedback and protection circuit.

The control circuit is mainly composed of DSP2812 and IR2110 chips. Through the DSP2812's programming, the SPWM wave is input into two IR2110 driver chips, so that the IR2110 generates the drive signal to control the on-off of the full-bridge inverter composed of four MOSFETs. The inverted output is filtered out of the high frequency harmonics by the LC filter, and then the industrial frequency is boosted to output 220V power, which can provide power to household appliances.

Using the function of DSP2812, sampling feedback is also designed. It mainly samples the input DC voltage, output AC voltage and current, monitors the running status of the system in real time, and realizes undervoltage and overcurrent protection. By designing the negative feedback of the output voltage, the relative stability of the system is maintained and the various components and electrical devices are protected.

The MATLAB/Simulink software was used to establish the system model for simulation. After debugging, the output waveform was close to sine wave. The results show that this scheme is feasible.

Keywords: photovoltaic inverter; DSP2812; IR2110; SPWM

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的目的和意义 1

1.2 国内外研究现状及前景 2

1.3 本文主要内容 4

第2章 光伏逆变器结构及主要原理 5

2.1 系统基本结构及要求 5

2.2 逆变电路的基本工作原理 6

2.3 脉宽调制技术 7

2.3.1 PWM技术基本原理 7

2.3.2 PWM控制方法 8

2.3.3 规则采样法 9

第3章 硬件电路设计 11

3.1 基于DSP2812的硬件电路设计 11

3.1.1 TMS320F2812简介 11

3.1.2 DSP2812供电电路设计 12

3.2 驱动电路 13

3.2.1 IR2110简介 13

3.2.2 自举电路原理 14

3.2.3 驱动电路设计 15

3.3 LC滤波器 16

3.4 采样电路 17

3.4.1 输入电压采样 18

3.4.2 输出电压采样 19

3.4.3 输出电流采样 19

3.5 欠压过流保护 20

第4章 软件设计 21

4.1 主要程序流程 21

4.2 SPWM波的生成 22

4.2.1 三角波与正弦波的产生 22

4.2.2 SPWM波的产生 23

4.3 采样电路反馈调节 24

第5章 仿真与调试 26

5.1 光伏逆变器的建模 26

5.2 系统的调试 27

5.3 本章小结 31

第6章 结论与展望 32

参考文献 33

致谢 34

附录A 主电路 35

附录B 输入输出采样电路 36

附录C 系统仿真模型 37

第1章 绪论

1.1课题研究的目的和意义

能源转型是全球各国能源产业发展的必然趋势^[1]。目前，化石能源在世界能源结构中占据着不可动摇的地位。根据数据统计，2014年全球石油、天然气、煤炭的消费分别为32.6%、23.7%和30.0%^[2]。目前，根据所探明的储量和每年消费量计算，这些能源仅可供人类消费不到200年。同时，化石能源的燃烧对环境有直接损害。因此，我们要未雨绸缪，及早去寻找可以替代的新能源。

据测算，地表每年接收的太阳能总量高达173000TW，超过地球上目前己探明能源储量的10000倍。我国是太阳能辐射较为丰富，其中，每年仅陆地接受的太阳能辐射超过上万个三峡工程的发电量。如果我们高效地转化、利用这些辐射能，那么将很好的解决能源短缺的危机。光伏发电可以有效地利用太阳能，它的优点是：无污染，能量遍布各地，不消耗燃料，建设发电站耗时短，能就地使用，还能与建筑融合等^[3]。而常规发电方式无法与之媲美，而且，太阳能发电没有核电的核泄露的短板，也没有水力发电中堤坝损毁的危机。

经过近40年的发展，我国的能源产业和消费规模一直在增长，但化石能源储量的局限将制约经济的发展。所以，我国必须大力推进能源结构转型、发展新能源，全面实施可持续发展战略。近年来，我国致力于发展可再生清洁能源，并取得了一定成果，但是从总体看，清洁能源占有着较低的比例。2016年，清洁能源占比仅为13.0%，而世界平均占比为14.6%^[4]。

从2009年以来，我国一直是原油使用最多的国家，有60%的原油依赖从国外进口。这些进口来源主要分布在中东、西非地区，南美、中亚、俄罗斯等零散分布^[4]。而中东一直处于不和平的形势，充斥着各种冲突，非洲地区也有种族、战乱的影响，石油大国一直受到政治因素的巨大影响。伊拉克、利比亚、叙利亚战争的主要原因就是石油储量，引来资本主义国家虎视眈眈，其中以美国为首，为了保障自身利益，不惜策动英、法等国家去发动入侵战争，以“莫须有”的罪名干涉他国内政，导致国破人亡、流离失所。全世界都知道，中国正在不断壮大，不断崛起，所以美欧等资本主义国家为了遏制中国，企图通过控制原油大国来抑制我国，2018年5月还悍然发动贸易战，将中国视为最大的敌人。南海问题亦是如此，南海海域有丰富的化石能源，虽然我国还不具备大量开采深海石油、天然气的技术，依然会引来帝国主义国家的关注。

因此，我国应继续推进能源结构的调整，努力提高清洁能源占比。为此，我国在面对紧张的国际形势、能源短缺危机时，更应该大力发展可再生能源，大力推进太阳能光伏发电技术的进步。从2017年初至今，我国能源局已发布60多个政策，涉及到大能源、电力、可再生能源、化石能源等多个行业领域^[1]。国家出台的这一系列政策，体现出政府改造能源结构的坚定信念和构建清洁环保、高效安全的新能源体系的决心。

1.2国内外研究现状及前景

逆变器是由半导体器件组合而成的电力调整装置，用于直流电向交流电的转换，是整流的逆向过程，因此称之为逆变。它主要包含晶体管等元件，通过一定的规则控制开关元件的重复通断，将直流电转化为交流电。但是，仅由开关回路形成的逆变器并不实用，波形往往不规则，达不到使用要求。所以，一般需要脉宽调制技术来控制晶体管的通断，如SPWM技术，使开关器件按给定方式动作，形成脉冲波列，再通过滤波器过滤掉高频谐波，输出正弦波。

逆变器控制技术的原理是通过调制技术，将直流转化为交流输出。1964年，德国人A.Schonung率先提出将PWM（脉宽调制）技术运用于功率变换器，英国的S.R.Bowes博士对SPWM技术的研究，让我们了解了该项技术的本质和原理^[5]。这对于电力电子技术来说，开启了电力电子技术的新时代，也是逆变器调制技术的原理支撑。

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：