光伏離網(wǎng)逆變器的設(shè)計(jì)

　　摘要：本文在充分分析近年來光伏發(fā)電領(lǐng)域重要研究成果的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套單相光伏發(fā)電離網(wǎng)系統(tǒng)，對系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制電路給出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。以dsPIC30F4011為控制核心，實(shí)現(xiàn)了電路保護(hù)、數(shù)據(jù)采集、參數(shù)設(shè)置等功能，為各種光伏離網(wǎng)控制算法提供了靈活可靠的硬件平臺。在軟件方面介紹了SPWM的控制算法，在分析現(xiàn)有最大功率跟蹤(MPPT)方法的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有方法進(jìn)行了改進(jìn)，把爬山算法引入到最大功率跟蹤中。

　　引言

　　微網(wǎng)太陽能發(fā)電離網(wǎng)具有廣闊的發(fā)展前景。本課題正是在這一思想的指導(dǎo)下進(jìn)行對光伏發(fā)電離網(wǎng)系統(tǒng)的研究。主要內(nèi)容如下：

　　(1)首先簡單介紹太陽能光伏發(fā)電的原理和其系統(tǒng)的組成部分。并介紹了光伏離網(wǎng)的基本知識和相關(guān)的要求。

　　(2)設(shè)計(jì)并制作了基于PIC芯片dsPIC30F4011的500W單相光伏離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的硬件電路，包括系統(tǒng)的主電路、信號的采樣與處理電路、充電電路、顯示電路、PWM信號的隔離與驅(qū)動電路以及電源電路。對這些電路的工作過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析，對電路中的參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，完成了硬件電路的制作與實(shí)驗(yàn)調(diào)試。

　　(3)研究太陽能光伏發(fā)電逆變離網(wǎng)的控制方法。選定采用基于SPWM的三角波比較電流型單相并網(wǎng)的控制策略。利用MATLAB軟件對系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真。

　　500W微網(wǎng)逆變器電路設(shè)計(jì)

　　微網(wǎng)逆變器是微網(wǎng)逆變器系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分。微網(wǎng)逆變器的控制電路采用Microchip公司的dsPIC30F4011作為主控制器，由軟件生成SPWM。實(shí)現(xiàn)直流側(cè)電壓、電流的采集;交流側(cè)電壓、電流的采集與有功、無功的計(jì)算;電網(wǎng)的相位檢測，實(shí)現(xiàn)與市電同步;過壓、欠壓，過流，功率器件的過溫等保護(hù);其信號處理框圖如圖1所示。其中DC/DC變換器采用全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直流電壓的升壓功能，由于推挽結(jié)構(gòu)存在偏磁問題，使得系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，故不采用推挽結(jié)構(gòu)升壓。PWM驅(qū)動信號由DSP產(chǎn)生，通過實(shí)時采集母線上的電壓，計(jì)算出給定值與當(dāng)前值的誤差值，再PI閉環(huán)控制算法進(jìn)行運(yùn)算，從而使得直流母線上的電壓穩(wěn)定在設(shè)定值處。

　　主控制芯片的選擇

　　控制芯片要實(shí)現(xiàn)的功能有：對檢測信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換;產(chǎn)生PWM波形;完成MPPT。控制電路的核心器件采用美國微芯科技公司的dsPIC30F4011，這是微芯科技公司推出16位微處理器，其內(nèi)部采用改進(jìn)型哈佛結(jié)構(gòu)，它不但運(yùn)行速度高，處理功能強(qiáng)大，并且具有豐富的片內(nèi)外圍設(shè)備，便于接口和模塊化設(shè)計(jì)，其性價比極高。dsPIC30F4011是Microchip公司專為電機(jī)高速控制設(shè)計(jì)的一款微處理器。

　　微網(wǎng)逆變器信號調(diào)理電路設(shè)計(jì)

　　由于DSP不能輸入負(fù)電壓，故逆變器的輸出線電壓和線電流，電網(wǎng)端的線電壓和線電流總共4路信號要通過信號調(diào)理才能送入DSP。此系統(tǒng)輸出是交流電，輸出線電壓為100V，故選擇TV19E電壓互感器，其輸出負(fù)載電阻可以接0~500歐，輸出交流電壓0~2.5V，此系統(tǒng)采用240歐的電阻，輸出電壓-1.2V~1.2V。滿足DSP的輸入要求。電路如圖2所示。

　　此系統(tǒng)輸出電流小于1A，故選擇最大可以測量1A的電壓型電流互感器TA1410，負(fù)載電阻用是200歐，輸出電壓為-1~1V的交流電壓。電路如圖3所示。