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【摘 要】针对分布式发电系统中并网逆变器展开研究，本文采用了全桥的电路拓扑作为主电路结构，建立了并网逆变器的模型，并给出了在电压型并网逆变器的控制系统中的几个关键电路。

【关键词】分布式发电；并网逆变器；硬件电路

1 分布式发电系统并网逆变器概述

分布式发电指的是在用户现场或靠近用电现场，配置较小的发电机组（一般低于30MW），以满足特定用户的需要，支持现存配电网的经济运行，或者同时满足这两个方面的要求。发电机组包括燃料电池、小型燃气轮机或燃气轮机与燃料电池的混合装置。无论发出的是直流电或者高频交流电，都需要将其转换成为并网逆变器所需要的直流母线电压，最后通过并网装置将高压直流电，转换为50Hz， 220V的交流电送到电网上去。

并网逆变器作为分布式发电系统中最为重要的一个部分，在针对分布式发电技术的研究增多的同时，基于并网逆变器技术的研究也越来越多。日前针对不同的要求有着各种不同的拓扑结构。在控制方法上，随着各种高速的数字信号处理器（DSP）的出现，将先进的数字控制应用到并网逆变器的控制中的研究也越来越多。

本文主要是研究分布式发电系统中并网逆变器的研制，可以直接以一个给定的直流母线电压作为输入，着重研究如何将直流电能转化为合适的交流电能现实并网工作。本文中所设计的并网逆变系统采用了全桥的拓扑，采用了LC滤波输出电网，在实验中采用了工频变压器和电网实现隔离；相应的正弦参考波、以及同步锁相、重复控制等控制信号均由DSP来实现。因此，并网逆变器系统是采用模拟电路和DSP相结合的模数混合控制，整个系统利用模拟电路的无延时性提高对系统的保护功能的速度和可靠性。又利用DSP进行高速度和高精度的采用测试、数据处理、精确的时序控制、及方便的将先进的实时控制理论应用到整个系统中。

2 主电路拓扑结构

2.1 主开关器件IGBT-IPM

电路主开关器件的选择对于逆变器的正常工作及其工作性能的影响最为重要。在选择开关器件时应根据导通电流、关断承受反压、导通压降、关断时的拖尾电流、开通和关断时间、开关损耗和可靠稳定的导通和关断等具体性能来进行选择。

本文选用了IPM模块来搭建全桥结构的逆变电路。图1所示为IPM三对桥臂中的一对的内部结构图。该模块具有完整的功率输出电路可以直接连接负载：其内置有短路、过流、过温、驱动电压欠压等保护电路；内置有栅极驱动电路。

因此采用IPM模块对电路设计带来了很多方便，提高了系统的安全的可靠性。

3 控制电路

3.1 驱动电路

由于前文所提及，IPM模块中内置栅极驱动电路，因此整个驱动电路被集成在模块内部。因此只须提供外部电源，又基于抗千扰的考虑，选用光藕进行隔离，这样便可以准确、方便的驱动开关管。图2所示便为采用光藕隔离的驱动信号电路图。

3.2 保护电路

在整个并网逆变器中电路的保护功能是至关重要的。前文提到并网逆变器是一个非线性系统，一些意外情况、高频电路的EMI的影响，这些会影响电路正常工作。当IPM出现过流、过热、欠压等故障时会有故障信号输出；而DSP芯片内部具有PDPINT〔功率驱动保护）与NMI（不可屏蔽中断）外部中断功能，当PDPINT作用时，能自动封锁PWM输出脉冲。因此当IPM故障信号输出给DSP的PDPINT，即可及时的封锁PWM输出，完成各种保护。

3.2.1 过电流保护电路

由于采用软件保护的即时性不强，故还须对检测的输出电流还须采用硬件电路来进行过流保护图3所示即为过流保护电路：

该电路对检测的所得的交流输出电流的值和预先设定的幅值范围进行比较，当检测所得的电流值幅值超过预先设定的最高值，保护模块的输出端即输出高电平，立刻使DSP产生中断，封锁驱动信号的输出，形成保护。

对于检测到的电流值还应根据需要，对其进行抬升，使其在控制电压范围（0—5V）内。

3.2.2 过压、欠压保护电路

图4为过压、欠压保护电路，对应于正常的工作电压，电压比较器设定了一个适当的设置值。当母线电压的采样信号和过压比较基准值（或欠压比较基准值）比较后，如果超过〔或低于）基准值后，就会产生一个下跳沿中断信号，立即使DSP进入中断，及时的进行保护。

3.3 同步检测信号

为了使并网逆变器的输出能和电网同步，因此电网的同步信号检测电路必不可少，图5所示为电网电压经降压变压器采样后输入，经过比较器进行过零比较后，产生方波信号，DSP利用其捕获单元，获得电压的上、下跳变信号，从而产生同步信号。

图5 同步检测信号

4 结语

并网逆变器作为分布式发电系统中最为重要的一个部分，在针对分布式发电技术的研究增多的同时，基于并网逆变器技术的研究也越来越多。本文针对分布式发电系统中并网逆变器展开研究，介绍了相关的电路拓扑、将数字的实时控制技术应用到了闭环控制中，并给出了在电压型并网逆变器的控制系统中的几个关键电路。这只是一个设计样例，随着分布式发电技术的发展，并网逆变器技术也会越来越趋于成熟。

【参考文献】

[1]林渭勋.现代电力电子电路[M].浙江大学出版社，2002年7月.

[2]陈道炼.DC-AC逆变技术及其应用[M].机械工业出版社，2003年11月.

[3]Frede Blaabjerg， Power Electronic s as Efficient Interface in Dispersed Power Generation Systems， IEEE Transactions On Power Electronics[M].VOL.19，NO.5， SEPT 2003.

[责任编辑：曹明明]