1. 光伏逆变器系统概述与C2000定位

光伏并网发电系统的本质，是把光伏阵列输出的直流电，经过功率变换与数字控制，变成与电网同频、同相、满足并网标准要求的交流电送入电网。理解这条能量通路，以及控制器在其中所处的位置，是后续所有数字控制算法、PWM配置、采样与保护设计的出发点。

1.1 光伏并网发电系统的整体架构

一个典型的两级式单相光伏并网系统，从直流侧到电网侧依次包含以下环节：光伏阵列（PV Array）→ 直流母线电容（DC-Link）→ 前级Boost升压变换器 → 后级全桥逆变器 → LCL/LC滤波网络 → 并网点（PCC）→ 电网。前级Boost承担两件事：一是把光伏阵列随光照和温度变化的宽范围直流电压抬升到稳定的直流母线电压，二是通过调节输入电压实现最大功率点跟踪（MPPT）。后级逆变器则负责把直流母线电压逆变为正弦交流，并控制并网电流的幅值与相位，使功率因数接近1。

这里有一个关键概念需要先明确：MPPT与并网电流控制是解耦的两级任务。前级通过调节Boost占空比改变光伏阵列的工作点，使其稳定在最大功率点附近；后级通过电流环控制并网电流跟踪电网电压相位。两级之间由直流母线电容解耦，母线电压的稳定是两级协调工作的前提。若母线电压跌落，说明前级供能不足；若母线电压抬升，说明后级输出功率小于前级输入功率。因此母线电压环通常作为外环，其输出作为并网电流幅值的指令。

1.2 单相与三相逆变器拓扑的差异

单相系统常见拓扑为全桥（H桥）结构，四个开关管组成两个桥臂，输出经LC或LCL滤波后并入单相电网。其控制目标是让并网电流跟踪一个与电网电压同相的正弦参考。单相系统的特点是结构简单、成本低，但存在二倍频功率脉动，直流母线电压上会叠加100Hz（50Hz电网）纹波，需要在母线电容设计和电压环带宽上做取舍。

三相系统常见拓扑为三相全桥（六开关）结构，三个桥臂分别对应A、B、C三相。三相系统在三相平衡时瞬时功率恒定，母线纹波小，但控制上需要处理三相坐标变换：从三相静止坐标系（abc）经Clarke变换到两相静止坐标系（αβ），再经Park变换到两相旋转坐标系（dq）。在dq坐标系下，基波量变为直流量，PI调节器可以实现无静差跟踪，这是三相并网控制的标准做法。单相系统若要使用类似思路，通常需要构造虚拟正交分量或采用比例谐振（PR）控制器。

1.3 C2000在数字控制中的角色

TI C2000系列（如TMS320F280049、F28379D等）是专为实时控制设计的MCU/DSC，其核心价值在于把“采样—计算—PWM更新”这条控制链路压缩到极短的延迟内。在光伏逆变器中，C2000承担的角色可以概括为四类：

• 高速采样与转换：通过内置ADC对电网电压、并网电流、直流母线电压、光伏电压电流进行同步采样，采样时刻与PWM载波对齐，避免开关噪声干扰。
• 实时控制运算：在中断服务程序中完成锁相环（PLL/SPLL）、坐标变换、电流环PI、电压环PI、MPPT扰动观察法等运算。
• PWM生成与死区管理：利用ePWM模块产生互补PWM，配置死区时间防止桥臂直通，并支持载波移相、同步等高级功能。
• 保护与故障处理：通过CMPSS比较器与Trip Zone实现过流、过压的硬件级快速封锁，响应时间可做到微秒级。

换句话说，C2000不是“跑算法的电脑”，而是把控制律直接映射到功率开关动作上的实时执行体。它的外设（ADC、ePWM、CMPSS、CLA）与CPU协同，决定了控制带宽和保护速度的上限。

1.4 课程实战目标与硬件平台

本课程的目标不是停留在框图层面，而是把上述每个环节落到可运行、可观测、可调试的代码与硬件上。具体来说，课程结束时应当能够独立完成：基于C2000的ADC同步采样配置、SPLL锁相环实现、dq坐标变换与电流环PI整定、ePWM死区与载波配置、MPPT扰动观察法实现、以及过流/过压保护的Trip Zone配置与验证。

硬件平台以TI C2000 LaunchPad或controlCARD为核心，搭配功率底板。典型配置如下（示例参数，实际以所用套件为准）：

需要特别提醒的是，并网实验涉及市电，必须使用隔离变压器，并在直流侧和并网侧都设置熔断器与急停开关。调试顺序应遵循“先直流、后交流；先开环、后闭环；先低压、后高压”的原则：先在低压直流下验证PWM波形与死区，再验证ADC采样值与实际电压电流的对应关系，然后闭合电流环观察并网电流波形，最后再投入MPPT与母线电压外环。