1. ?設計需求分析

->?功率等級：5kW，適用于小型光伏系統或家用并網系統。

->?輸入電壓范圍：根據光伏組件的配置，通常在200V-550V DC之間。

->?輸出電壓：單相220V AC，頻率50Hz（或根據當地電網標準）。

->?并網要求：符合電網標準（如IEEE 1547、IEC 62116等），具備低諧波失真（THD<5%）。

2. ?拓撲結構選擇

2路Boost+Heric：  

-->為何設計兩路MPPT？

參見的單晶硅太陽能板參數如下：

為了能保證光伏逆變器能發更多的太陽能，一般在給逆變配置1.2~1.5倍的太陽能板，也就是5KW的逆變器最多會配到7.5KW；如果只設計一路MPPT，需要的太陽能面板數為：7.5KW/450W=16,母線開路電壓為：48V*16=768V；但是市電220Vac單相逆變器的母線電壓只需要360V左右，太高的母線電壓會導致逆變轉換效率下降，母線電壓越高，需要的母線電容越貴；另一方面MPPT路數越多，捕捉太陽最大效率點效率越高；出于成本以及更好的用戶體驗，設計為兩路MPPT輸入，輸入最大電壓550V（考慮常規的高壓電解電容電壓為550V，再高不好選擇母線電解電容）。

-->逆變拓撲為何選擇Heric，而不選H6？

•   1、從兩個拓撲可以直觀看出Heric比H6少兩個二極管，明顯有成本優勢。
• 2、從兩個拓撲工作回路上看，Heric在電感充電回路管壓降更低，逆變效率更高。

  

  

3. ?控制策略

->MPPT（最大功率點跟蹤）?：兩路MPPT分別采用固定電壓擾動法和電導增量法，實現太陽能最大功率跟蹤。

->PWM調制：采用正弦脈寬調制（SPWM）生成高質量的正弦波。

->鎖相環（PLL）?：實現與電網的同步，確保輸出頻率和相位與電網一致。

->電流控制：采用電流內環和電壓外環的雙閉環控制策略，實現精確的功率輸出。

4. ?BOOST實現最大功率跟蹤MPPT

A ->固定電壓擾動法

      先給定電壓Uref=Uo，然后計算光伏面板的功率P1；接著給定電壓Uref=Uo+△U，然后計算光伏面板的功率P2；接著給定電壓Uref=Uo-△U，然后計算光伏面板的功率P3；通過比較P1、P2、P3，找出最大的功率點，然后將給定值Uref=Upmax；如此反復循環最終就能找到了光伏面板的最大功率點；程序代碼如下：

B ->電導增量法

      先給定電壓U1，得到I1、P1；然后U1-△U，得到I1'、P1',從而可以得到在U1-△U處的功率斜率x1；然后U1+△U，得到I1''、P1'',從而可以得到在U1+△U處的功率斜率x2；通過對比X1和X2，找到斜率更小的點對應的電壓Uxmin；然后將U1=Uxmin；如此反復循環最終就能找到了光伏面板的最大功率；程序代碼如下：

使用PSIM仿真軟件搭建MPPT系統如下：

仿真波形如下：

5.  并網逆變實現

A->SOGI算法實現

參考論文《光伏并網逆變器中的單相數字鎖相環研究》，算法流程圖如下：

SOGI算法如下：

使用PSIM仿真軟件搭建SOGI算法如下：

仿真波形：

B->逆變控制算法

算法流程圖如下：

使用PSIM仿真軟件搭建逆變拓撲如下：

仿真波形：

6. 兩路MPPT+逆變系統仿真

    上面已經單獨實現了MPPT和逆變并網功能，只要將MPPT輸出接到逆變系統的Vbus輸入即可實現完整的5KW光伏并網逆變器：

仿真波形：

7. ?系統總結

     本文先從5KW光伏并網逆變器拓撲選擇講起，然后使用兩種MPPT算法（定電壓擾動法和電導增量法）實現太陽能最大功率跟蹤，然后逆變Heric拓撲通過穩定母線電壓，延綿不斷的將太陽能輸送到電網，整體實現了5KW光伏并網逆變器的最基本功能。

     后續優化方向，可以嘗試在系統增加無功調度功能，可以嘗試在系統增加低電壓穿越功能，可以嘗試在系統增加防孤島檢測功能，等等逆變器安規方面的功能。