PIC16F877A的光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置設(shè)計(jì)

摘要：并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)以PIC16F877A單片機(jī)為核心，由DC-AC逆變電路、LC濾波電路、工頻變壓隔離器及調(diào)理電路構(gòu)成。系統(tǒng)具有最大功率點(diǎn)(MPPT)、頻率相位跟蹤功能；具有過(guò)流、欠壓、過(guò)壓等保護(hù)功能，當(dāng)系統(tǒng)故障排除后還可自動(dòng)恢復(fù)正常工作；具有LCD液晶顯示，具備良好的人機(jī)交互能力。
關(guān)鍵詞：DC-AC逆變；SPWM；頻率相位跟蹤；最大功率點(diǎn)跟蹤

引言
新能源是21世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最具決定力的五大技術(shù)領(lǐng)域之一。太陽(yáng)能是一種清潔、高效和永不衰竭的可再生能源，是滿(mǎn)足未來(lái)全球電力需求的法寶。能源短缺、環(huán)境污染等問(wèn)題的日益突出使太陽(yáng)能電池備受青睞。當(dāng)前太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，利用現(xiàn)代電能變換技術(shù)實(shí)行光伏逆變控制，具有很好的潛力。本文將單片機(jī)技術(shù)與SPWM技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種用軟件產(chǎn)生SPWM波的方法。結(jié)合功率器件具有高速、大電流的特點(diǎn)，研制出光伏并網(wǎng)的逆變電源，通過(guò)改變調(diào)制深度(即采用不同的脈寬組)實(shí)現(xiàn)了良好的穩(wěn)壓控制。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)頻率相位跟蹤，具有過(guò)流、過(guò)壓、短路保護(hù)(報(bào)警并停止輸出SPWM波)等功能，自動(dòng)穩(wěn)壓性能好，輸出波形失真小，可為工業(yè)上實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)提供參考。
研究電能逆變技術(shù)不僅對(duì)提高能源利用率、減少污染具有巨大的作用，而且還能滿(mǎn)足各種用電設(shè)備對(duì)不同電壓、頻率的需求。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)
設(shè)計(jì)并制作一個(gè)光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。用直流穩(wěn)壓電源Us和電阻Rs模擬光伏電池，Rs=30～36 Ω；UREF為模擬電網(wǎng)電壓的正弦參考信號(hào)，頻率fREF為45～55 Hz；T為工頻隔離變壓器，變比n2：n1=2：1，n3：n1=1：10，將UF作為輸出電流的反饋信號(hào)；負(fù)載電阻RL=30～36Ω。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路
2．1 系統(tǒng)框圖及工作原理
圖2為系統(tǒng)框圖。系統(tǒng)以PIC16F877A單片機(jī)為核心，由I／O口產(chǎn)生的SPWM信號(hào)控制DC-AC逆變電路，通過(guò)LC濾波器獲得正弦波；經(jīng)過(guò)工頻變壓器耦合分兩路輸出，一路作為輸出電壓供用戶(hù)使用，另一路作為反饋信號(hào)，與外接基準(zhǔn)信號(hào)比對(duì)，經(jīng)調(diào)理電路，利用單片機(jī)的捕捉模塊和外部中斷實(shí)現(xiàn)相位和頻率的跟蹤；當(dāng)改變外部基準(zhǔn)電壓頻率時(shí)，輸出的正弦波也隨之改變；系統(tǒng)中還設(shè)有過(guò)流、欠壓、過(guò)壓等各種保護(hù)功能，保證系統(tǒng)安全可靠地工作。利用A／D模塊采樣電源電壓和輸入電壓，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)制度m，使Ud=Us／2，實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤；此外系統(tǒng)由LCD液晶實(shí)時(shí)顯示電流、電壓及頻率。

2．2 電壓SPWM波的產(chǎn)生
正弦脈寬調(diào)制原理是建立在脈沖調(diào)制波的等面積設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，使每段矩形波的面積等于對(duì)應(yīng)段正弦電壓波的面積。采用對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法去逼近正弦波，從而可求得SPWM的導(dǎo)通時(shí)間：

其中m1，為淵制率，N為SPWM載波周期數(shù)，載波周期為T(mén)0，則逆變輸出調(diào)制電壓的周期T=N·T0。由(1)式可知，改變調(diào)制比m，可改變SPWM的導(dǎo)通時(shí)間，即改變輸出電壓的幅度。
根據(jù)(1)式，利用PIC6F877A內(nèi)含的16位定時(shí)器，可用軟件算法結(jié)合I／O口實(shí)現(xiàn)相位相反的2路SPWM信號(hào)。