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C2000 参赛项目报告（命题组）
题 目： 光伏并网模拟发电装置
学 校： 西南交通大学
指导教师： 黄治清
参赛队成员名单（含个人教育简历）：
贺雨璇、本科生、西南交通大学 电气工程学院
庞棋峰、本科生、西南交通大学 电气工程学院
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光伏并网模拟发电装置
贺雨璇 庞棋峰
（西南交通大学 电气工程学院 邮编 610031）
摘要：本装置采用单相桥式 DC-AC 逆变电路结构，以 TI 公司的浮点数字信号
控制器 TMS320F28335 DSP 为控制电路核心，采用规则采样法和 DSP 片内
ePWM 模块功能实现 SPWM 波。最大功率点跟踪（MPPT）采用了恒压跟踪法
（CVT 法）来实现，并用软件锁相环进行系统的同频、同相控制，控制灵活简
单。采用 DSP 片内 12 位 A/D 对各模拟信号进行采集检测，简化了系统设计和
成本。本装置具有良好的数字显示功能，采用 CPLD 自行设计驱动的 4.3’’彩色
液晶 TFT LCD 非常直观地完成了输出信号波形、频谱特性的在线实时显示，以
及输入电压、电流、功率，输出电压、电流、功率，效率，频率，相位差，失
真度参数的正确显示。本装置具有开机自检、输入电压欠压及输出过流保护，
在过流、欠压故障排除后能自动恢复。
关键字：逆变，SPWM，最大功率点跟踪 MPPT，锁相，DSP
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Photovoltaic Grid-connected Inverter
He, Yuxuan Pang, Qifeng
(School of Electrical Engineering, Southwest Jiaotong University)
Abstract：The Photovoltaic grid-connected inverter took TMS320F28335 DSP as
core of the controller, used single-phase bridge as the topology structure and
generated SPWM wave with the on-chip ePWM module according to symmetric
regular sampling method. By CVT method and Digital PLL, the system achieved the
maximum power point tracking (MPPT) and signal synchronization respectively.
Through the on-chip 12bit A/D converter, TMS320F28335 measured the analog
signals, which largely simplified the system design and reduced the cost. The system
was embedded with the digital display module. Taking CPLD to drive the 4.3” TFT
LCD, the system can display the real-time output signal waveform, the spectral
characteristics as well as other parameters, including the input voltage, current,
power, the output voltage, current, power, the efficiency, the frequency, the phase
the THD. Over-current, over low voltage protection and the automatically recover
were realized as well.
Key Words：inverter，SPWM，MPPT，Phase-lock，DSP
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目录
1 引言..................................................................................................................................................5
2 系统指标..........................................................................................................................................5
3 方案比较与论证 ...................................................................................................................................6
3.1 主电路拓扑 ....................................................................................................................................6
3.2 正弦脉冲宽度调制 SPWM 的方案..................................................................................................7
4 理论分析与计算..............................................................................................................................8
4.1 最大功率点跟踪 MPPT 的控制方法与参数计算.......................................................................8
4.2 同频、同相的控制方法与参数计算............................................................................................9
4.3 提高效率的方法 ............................................................................................................................9
4.4 滤波电路设计和计算 ..................................................................................................................10
5 系统结构........................................................................................................................................11
5.1 系统总体结构 ..............................................................................................................................11
5.2 显示驱动结构 ..............................................................................................................................12
5.3 模拟信号调理电路结构 ..............................................................................................................12
6 系统硬件设计................................................................................................................................13
6.1 主电路及驱动 ..............................................................................................................................13
6.2 DSP 处理器电路 ..........................................................................................................................13
6.3 模拟信号调理电路 ......................................................................................................................13
6.4 系统电源设计 ..............................................................................................................................16
6.5 显示电路设计 ..............................................................................................................................18
6.6 抗干扰措施 ..................................................................................................................................18
7 系统软件设计................................................................................................................................18
7.1 系统控制流程...............................................................................................................................18
7.2 频谱分析流程...............................................................................................................................21
7.3 人机交互流程...............................................................................................................................23
8 系统关键设计与创新....................................................................................................................23
9 测试方案与测试结果....................................................................................................................24
9.1 测量仪器 ......................................................................................................................................24
9.2 测量方案 ......................................................................................................................................24
9.3 基础要求性能测试 ......................................................................................................................24
9.4 发挥部分性能测试 ......................................................................................................................25
9.5 测试结果汇总 ..............................................................................................................................26
9.6 测试结果分析 ..............................................................................................................................27
10 附录................................................................................................................................................27
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1 引言
新能源是二十一世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。太阳能是一种清
洁、高效和永不衰竭的新能源。在新世纪中，各国政府都将太阳能资源利用作为国家可持续
发展战略的重要内容。
我国西北地区土地辽阔，人烟稀少，交通不便，燃料供应紧张且价格极高，常规电网难
以覆盖，但太阳能资源极为丰富.从技术经济角度分析，当输出电功率与送电距离之比小于
100 瓦/公里时，用太阳电池电源供电要比常规电源供电经济得多，为此，我国在 2002—2003
年度推出了西部光伏照明工程，在西北地区大力发展光伏发电系统以提高西部地区人民的生
活水平，这对于贯彻西部大开发战略具有重要的政治意义和经济意义:另一方面，根据世界
各国的发展目标，预计到 2030 年，世界各国的光伏发电量将占到总发电量的 5%一 20%，也
就是意味着应用石化能源所造成的环境污染将会得到极大改善。
DSP 具有强大的数据处理能力和高运行速度，其丰富的片内资源和外设资源，非常适合
于应用于电力电子场合，为光伏并网模拟发电装置提供了一个良好的解决方案。本装置采用
TI 公司最新推出的浮点 DSP 芯片 TMS320F28335 很好地实现了光伏并网模拟发电的各项指标。
TMS320F28335 为基于业界首款浮点数字信号控制器（DSC），高性能静态 CMOS 技术，具有
150MHz 的高速处理能力，具备 32 位浮点处理单元，6 个 DMA 通道支持 ADC、McBSP 和 EMIF，
有多达 18 路的 PWM 输出，其中有 6 路为 TI 特有的增强型 PWM 输出模块(EPWM)，具备 150 ps
MEP 分辨率，6 个事件捕捉输入，12 位 16 通道 ADC。其新型浮点控制器与 TI 前一代领先数
字信号控制器相比，性能平均提高 50%，并与定点 C28x 控制器软件兼容。得益于其浮点运
算单元，可快速编写控制算法而无需在处理小数操作上耗费过多的时间和精力，简化了软件
编程，缩短了开发周期。并且 TI 公司专用的集成开发环境 CCS 提供了对 C 语言很好的支持，
其 C 编译器可以直接从 C 语言源程序生成高效简捷的汇编语言代码。
2 系统指标
本装置达到了该题目要求的所有基本指标和发挥部分指标，并在此基础上增加了以下功
能：
1）自带频谱分析仪，可分析至 32 次谐波，并计算输出波形失真度。
2）数字显示功能：本装置采用自行设计驱动的 4.3’’彩色液晶 TFT LCD，完成了输出波
形、频谱特性以及输入电压、电流、功率，输出电压、电流、功率，效率，频率，相位差，
失真度的正确显示。
3）开机自检及保护。
4）辅助电源采用开关电源芯片设计，效率>90%以上,只需要一路+5V 输入即可。控制电
路全部采用低功耗设计，效率也较高。
现将题目的要求指标（包括基本要求指标和发挥部分指标）和本设计实测各项指标在表
2-1 中进行比较。
表 2-1 各项指标对照表
测试项目
基本要求指标
发挥部分指标
实测指标
最大功率点跟踪
≤1%
-
≤0.47%
频率跟踪
≤1%
-
≤0.01%
效率
h
≥60%
≥80%
≥94%
