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GRWT Growatt 5-10 kW 光伏并网逆变器

嵌入式软件架构与核心模块功能说明书

（基于 HITACHI H8/3062FB 官方 SDK 与 Growatt 二次开发代码）

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一、总体定位

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1. 产品形态
   单相双路 MPPT 组串式逆变器，额定功率 5 kW / 6 kW / 8 kW / 10 kW，
   通过内部“主-从”双 MCU 架构实现并网、保护、通信、显示四大功能。

1. 硬件平台
   - 主 MCU：Hitachi H8/3062FB（Flash 256 kB，RAM 64 kB，最高 25 MHz）
   - 从 MCU：同型号，负责独立采样与冗余保护
   - 外设：
   – 12-bit SAR ADC（电压、电流、温度、绝缘阻抗、漏电流）
   – 双 SCI（RS-232/RS-485）支持 Modbus-RTU / Growatt 私有协议
   – 16-bit ITU 定时器生成 SPWM 与电网同步中断
   – GPIO 控制继电器、风扇、LED、LCD、蜂鸣器

1. 软件架构
   采用“时间片 + 事件旗标” cooperative 调度（非抢占），优先级 0-31，
   1 ms 时基由 ITU0 中断产生，所有任务通过 OSEventPend / OSEventSend 同步。
   代码完全用 C 编写，中断向量与 Flash 自举模块用 H8 汇编。

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二、工程目录与模块划分

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SunShine1t5K\QRPVInverter\

├─ App\Main\ 主 MCU 业务代码

│ ├─ ABFunctions.c 数学/滤波/保护算法库

│ ├─ Communication.c 主-从双机通信 & 外部 RS-485 协议

│ ├─ InverterState.c 并网状态机（Wait→Inv→Fault→Flash）

│ ├─ LoadAdjust.c 双路 MPPT & Boost/母线/功率调节

│ ├─ OutputTask.c 电网采样、RMS 计算、漏电流/过压/欠频保护

│ ├─ PVTask.c 光伏侧采样、绝缘检测、硬件保护

│ ├─ PanelTask.c LCD 菜单、按键、LED、蜂鸣器

│ └─ UserFunction.c 能量计量、EEPROM 磨损均衡、降额策略

├─ App\Slave\ 从 MCU 代码（镜像保护）

├─ App\SCIRTx.c 双 SCI 中断驱动（DMA 无，字节中断）

├─ CPU\Flash.c 片上 Flash 自举、ISP、参数区 CRC

└─ Include\ 统一寄存器头文件与常量表

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三、关键数据流与时序

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1. 1 ms 时基中断（ITU0）
   - 累加 ADC 采样计数 → 触发 10 ms/20 ms 任务
   - 电网过零检测 → 置位 cLineZeroCrossed 事件
   - 计算瞬时频率 wOPFrecyNew，用于锁相与孤岛检测

1. 10 ms 周期（PVTask）
   - 采样 PV1、PV2、Bus、NTC、2.5 V 参考
   - 执行 MPPT（扰动观察，步长自适应）
   - 绝缘阻抗、PV 过压、Bus 过压、NTC 过温保护
   - 结果通过双口 RAM 结构体同步到主 MCU

1. 20 ms 周期（OutputTask）
   - 电网电压/电流 RMS、功率、功率因数
   - 执行 VDE-AR-N-4110/4120、EN50549、CEI-021、AS4777 安规
   - 频率/电压窗口、10 min 平均、ROCOP/ROR 算法
   - 漏电流（GFCI）30 mA/300 ms、60 mA/150 ms、300 mA/30 ms 三档
   - 直流分量（DCI）0.5 %/1 A 限值，闭环调整 wDCIAdj

1. 状态机（InverterState）
   Wait → Check → Relay ON → Soft-start → Run → Fault/Shutdown
   状态切换条件全部量化（电压回差、时间滤波、计数器）

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四、MPPT 与功率控制算法

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1. 双路独立 MPPT
   - 扰动步长：wMPPTVStep = wPVOpenVolt/(25 + bFastMPPT)
   - 功率门槛：wMPPTWatt = 2×cMPPT5W/(1+bFastMPPT)
   - 快速模式：当 |P-Pold|>1 % 连续 5 次，bFastMPPT 置 200，步长放大
   - 防振荡：当 |P-Pold|<0.2 % 连续 50 次，锁定参考电压

1. 母线能量平衡
   - 母线目标 wStandBusVolt = 1.42×VAC_RMS + 30 V（自适应）
   - Boost 采用电压-电流双环，比例系数 wBoostKP 84→98 可变
   - 过载降额：当 P>1.01×Pnom 时，wPVoltRefer 正向扰动，强制远离最大功率点

1. 频率过功率（CEI-021）
   - f > 50.3 Hz 开始线性降额，50.5 Hz 时降至 0 %
   - 状态变量 bFreOverLimit 11→3→4 逐级恢复，避免热重启

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五、保护链路与故障管理

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1. 故障分级
   Level-1（自恢复）：电网瞬态、PV 遮挡、温度回降
   Level-2（可重启）：DCI、GFCI、孤岛、10 min 过压
   Level-3（锁死）：绝缘失效、硬件过流、母线过压、NTC 短路

1. 故障记录
   环形缓存 5 条，每条包含：
   - bFaultCode（1 byte）
   - wFaultValue（2 byte，瞬时量）
   - dwFaultTime（4 byte，0.1 h 单位）
   写入 EEPROM 磨损均衡：6 h 一次块写，掉电前立即保存

1. 孤岛检测
   - 主 MCU：频率偏移法（SMS）+ 电压相位跳变
   - 从 MCU：频率正反馈（AFD）+ 阻抗检测
   双 MCU 独立判断，任一触发即断开继电器，满足 <2 s 要求

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六、通信协议栈

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1. 物理层
   - SCI0：RS-232 115200-8-N-1，供本地调试/Flash 升级
   - SCI1：RS-485 19200-8-N-1，Modbus-RTU + Growatt 私有帧

1. 数据链路
   - Modbus-RTU：支持 03/04/06/16 指令，寄存器映射 0-179（90 word）
   - Growatt 私有帧：定长 26 byte，CRC16 校验，支持“广播→从机→主机”级联

1. 应用层寄存器（节选）
   0x00-0x2C：实时数据（PV、AC、功率、温度、故障量）
   0x2D-0x57：参数区（电网限值、启动电压、延时、语言、对比度）
   0x58-0x7D：安规区（CEI-021 第二窗口、V10 min、频率降额点）
   0x7E-0x89：出厂校准（电压、电流、功率增益，保留 6 位小数）

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七、LCD 人机交互

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1. 显示内容
   轮显 13 页：今日发电量、累计发电量、运行时间、PV/AC 实时值、
   国家安规、序列号、固件版本、通信地址、降额模式、故障代码

1. 按键逻辑
   - 短按：翻页
   - 长按 2 s：进入设置（语言、对比度、50/60 Hz、地址、自动测试）
   - 隐藏组合键：同时按住 5 s 进入“高级校准”需密码

1. 自动测试（CEI-021 认证）
   8 步顺序：59 S2、27 S1、81>S2、81S1、81每步自动抬升/降低量、记录脱网时间与回差，结果保存在 0x63 寄存器

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八、Flash 在线升级与双区备份

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1. 升级流程
   PC 发“code”→ 主 MCU 进入 Boot，擦除 Block5-7（0x8000-0x1FFFF）
   128 byte 页写，擦写寿命 100 次，自带 ECC 与 CRC32 校验
   升级完成后写“OK”标记 0x8000，软复位跳转到 0x0000

1. 参数区双备份
   EEPROM 模拟 16 kB 区间，分为 A/B 区，每次只写一份，写满后整体切换
   掉电异常时通过 CRC 自动回滚，保证参数一致性

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九、性能与可靠性指标

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• 稳压精度：±0.5 %
• 频率精度：±0.01 Hz
• THDi：<1.5 %（额定功率）
• 防孤岛检测时间：<1.2 s
• 平均无故障时间 MTBF：>100 000 h（Telcordia SR-332）
• 电磁兼容：IEC 61000-6-2 / 61000-6-4，Class A

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十、二次开发指南

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1. 编译环境
   - Renesas NC30WA V6.2 或 IAR Embedded Workbench for H8 3.4
   - 链接文件：flash.xcl（ROM 0x0000-0x1FFFF，RAM 0xFEF20-0xFFF1F）
   - 调试器：E8a / E10A-USB，支持片上 2-wire 调试

1. 新增任务
   1) 在 appmain.c 增加任务体
   2) 在 oscfg.h 定义优先级（建议 10-25 之间）
   3) 在 OSEventTable 注册事件掩码
   4) 1 ms 中断内如需要采样，扩展 ADC 通道并同步 bDCADCnt

1. 校准流程
   - 电压：外接 0.1 % 精度源，写 0x331x 寄存器，自动计算增益
   - 功率：20 %/50 %/100 % 三点拟合，支持线性补偿与分段补偿
   - 温度：NTC β=3950，两点校准 25 ℃/85 ℃，写 0x3328-0x3329

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结语

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本代码基线经过 >200 k 台现场验证，覆盖欧标、澳标、国标等多国认证。

开发者可在保留安全链路与认证参数的前提下，利用已封装的数学库、

Modbus 映射、状态机框架，快速扩展储能接口、Wi-Fi/4G 模块、

远程调度（VPP）等高级功能，而无需改动核心保护算法。