微型逆变器的设计要点、控制策略与方案

【导读】微型逆变器能克服传统集中式光伏发电系统在局部阴影下的最大功率跟踪问题作为光伏发电系统的核心，逆变器正不断地向高效率、高可靠性、高功率密度及低成本方向发展。而设计与控制是实现光伏发电系统高效、稳定运行的重要环节。通过合理的设计和精确的控制，可以提高光伏逆变器的性能、效率和可靠性。但在追求长时间、高效率、稳定运行的设计目标的同时，应兼顾设备的体积和成本。快包分析师根据微型逆变器的设计要求及应用场景推荐两个安全稳定且高效的微型逆变器方案和项目开发需求。

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设计要点

微型逆变器设计应重点考虑以下四个方面：

（1）功率密度

微型逆变器要求具有高的功率密度，整体电路应具备较小的体积。

（2）转换效率

逆变器的转换效率是指其输出电能与输入电能之比，因为转换效率高的逆变器可以减少能量损失，提高系统发电效率。由于目前光伏电池能量转化效率不高，因此光伏并网设备的效率每提高1%都能够带来巨大的经济价值。

（3）可靠性

集中式并网逆变器平均首次故障时间(MTFF)通常为 5 年，平均故障时间(MTBF)约为10 年，光伏电池的寿命达 20 年以上。因此微型逆变器寿命设计指标必须与光伏电池相当才能体现出该方案的优势。其 MTBF 应大于 20 年， MTFF 为10 年以上。

（4）成本

交流模块系统为每块光伏面板均配置微型逆变器，这就要求微型逆变器成本较低，电路中应包含较少的器件。其控制器在能处理所有的控制、 通信和计算任务， 同时亦必须具有较低的价格。

控制策略

逆变器控制策略决定了逆变器对直流电的采样及控制方式，直接影响逆变器的性能。它由四部分组成：

   （1）最大功率点追踪(MPPT)算法，是光伏逆变器控制的重要环节

   （2）电网连接控制，确保逆变器输出的交流电与电网保持同步，并满足电网的电压、频率等要求

   （3）故障保护，对于过压、过流、短路等现象提供故障进行检测和保护的能力

   （4）数据通信与监控，进行远程控制、故障诊断等操作，提高光伏系统的管理和维护效率

案例一：基于先楫HPM6280的光伏微型逆变器方案

在光伏控制逆变器中，MCU主要用于对蓄电池的充放电进行管理，收集蓄电池电压、开关信号及输出电流等信息，根据事先写入的程序运算处理后输出电池管理及电路保护等控制信号。本方案基于HPM6280高性能CPU和先进外设，实现了单向并网太阳能光伏微型逆变，包含MPPT，逆变，并网，孤岛检测，通信等功能。

方案特点

  ● 最大输入电压：60V dc

  ● MPPT电压范围： 25-45V dc

  ● 工作电压范围：  20-60V dc

  ● 最大输入电流：  12A dc

  ● 额定输出电压：  230V ac

  ● 额定工作频率：  50Hz

  ● 额定输出功率：  350W

  ● 额定输出电流：  1.52A ac

  ● 峰值转换效率：  95.3%

先楫HPM6280优势

  ● RISC-V内核，主频600MHz，内置FPU和DSP

  ● 丰富的I/O和外设资源（CAN/SPI/I2C/FSMC/UART/PWM/定时器）

  ● 内置4组8通道增强型PWM控制器（8ch/组）

  ● 配备了可编程逻辑阵列PLA，3个2MSPS16位高精度ADC，16个模拟输入通道以及4个模拟比较器和2个1MSPS12位DAC

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方案二：基于极海APM32E103系列MCU的微型光伏逆变器应用方案

微型光伏逆变器可将光伏产生的直流电转换为交流电，通常用于180-300W范围内光伏模块输出功率，易于安装、运行效率高、安全稳定等，在家用光储充系统中发挥着重要作用。

极海推出的微型光伏逆变器应用方案，主控采用APM32E103系列MCU，工作主频120MHz，Flash 512KB、SRAM 128KB，适用于0-500W、18V~36V太阳光伏板，该方案可提供高性能处理技术，简化设计，帮助电网实现稳健性与可靠性。

方案特点

  ● 支持电源管理、Boost逆变升压、AC220V输出控制

  ● 最大输入功率500W，最大瞬间输出功率1000W

  ● 支持过温保护/欠压保护、输出过载/过流保护、输出短路保护等

  ● 在线升级、手机APP监控等功能

典型应用

可广泛应用于安防设备、电梯控制、工业电机、便携医疗、汽车仪表、太阳能储能等领域。

快包项目推荐

项目名称：光伏逆变器方案

项目详情：

1、自动运行和停机的功能；

2、最大功率跟踪控制功能；

3、具有保护功能:能够对系统出现故障等情况进行及时的监测和保护，例如过载、短路以及逆变器的过热等；

4、基于网络的监测和管理；

5、具体方案需求、预算详谈。

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