光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置報(bào)告

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1、光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置17目錄摘要21.總體方案設(shè)計(jì)21.1系統(tǒng)裝置框圖21.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基本框圖31.3調(diào)制方案論證31.4驅(qū)動(dòng)方案論證32.理論分析與計(jì)算42.1MPPT的控制方法與參數(shù)計(jì)算42.2同頻、同相的控制方法與參數(shù)計(jì)算52.3提高效率的方法52.4濾波參數(shù)計(jì)算53.電路與程序設(shè)計(jì)63.1DC-AC主回路與器件的選擇63.2控制程序設(shè)計(jì)63.3過(guò)流欠壓保護(hù)電路74系統(tǒng)測(cè)試與分析84.1測(cè)試儀器84.2測(cè)試結(jié)果84.3、測(cè)試結(jié)果分析8附錄一：正弦信號(hào)參數(shù)表9附錄二：程序核心代碼1017光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置摘要本設(shè)計(jì)由模擬光伏電池、并網(wǎng)逆變、濾波電路、工

2、頻隔離變壓器及控制電路構(gòu)成。具有最大功率點(diǎn)跟蹤功能及頻率跟蹤功能；此外，輸入輸出還分別具有欠壓過(guò)流保護(hù)。該系統(tǒng)控制電路部分主要由超低功耗MSP430單片機(jī)，PI調(diào)節(jié)電路及模擬乘法器、精密整流電路、SPWM波控制芯片TL494、驅(qū)動(dòng)芯片IR2130組成。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)輸入電壓電流的采樣和MPPT算法來(lái)實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤，具有相對(duì)偏差小，DC-AC變換效率高等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)逆變；最大功率點(diǎn)跟蹤；MSP430F169；TL494；工頻隔離變壓器。1.總體方案設(shè)計(jì)1.1系統(tǒng)裝置框圖圖1并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置框圖直流穩(wěn)壓電源Us和電阻Rs模擬光伏電池，其中Us=60V

3、，Rs=30Ω到36Ω；Uref為模擬電網(wǎng)電壓的正弦參考信號(hào)，其峰峰值為2V，頻率Fref為45Hz到55Hz。T為工頻隔離變壓器，變比為n2:n1=2:1,n3:n1=1:10;將uf作為輸出電壓的反饋信號(hào)；負(fù)載電阻RL=30Ω到36Ω。171.2系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基本框圖圖2系統(tǒng)基本框圖1.3調(diào)制方案論證SPWM調(diào)制方式在開(kāi)關(guān)電源中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，我們的調(diào)制策略也采用該方式，具體方案如下：方案一：軟件合成SPWM波。MSP430單片機(jī)內(nèi)含16位定時(shí)器，可用于比較模式來(lái)產(chǎn)生SPWM波，但是我們所用的f169型號(hào)所采用的晶振為8MHz，邏輯上的三角載波頻率上不去，僅能夠

4、產(chǎn)生幾十Hz的SPWM波形，頻率再高的話濾波后波形不穩(wěn)，速度上遠(yuǎn)不夠控制的需要，該方案被拋棄。方案二：軟件產(chǎn)生調(diào)制波，用孤立元件做載波發(fā)生電路。MSP430單片機(jī)具有兩個(gè)DA口，可以用DA方式來(lái)產(chǎn)生正弦波。由于需要較高精度的正弦波，我們采用每個(gè)周期采樣360個(gè)點(diǎn)來(lái)生成正弦波，數(shù)據(jù)點(diǎn)見(jiàn)附錄一。載波發(fā)生采用孤立元件搭建，所產(chǎn)生的波形頻率均不理想，很容易受到干擾，最后該方案我們并沒(méi)有完全拋棄，從而衍生出我們的第三方案。方案三：?jiǎn)纹瑱C(jī)產(chǎn)生調(diào)制波，加到TL494芯片來(lái)產(chǎn)生SPWM波。TL494內(nèi)部可以產(chǎn)生400KHz以內(nèi)的鋸齒波，雖然載波為鋸齒波而不是三角波，但由于頻

5、率高，也同樣滿足控制需要。綜上所述，我們采用了方案三。模擬光伏并網(wǎng)發(fā)電的Vref信號(hào)為正弦信號(hào)，可以外部提供，也可以自己提供，這兩種方式均適用于利用TL494芯片來(lái)調(diào)制產(chǎn)生SPWM波的方案。1.4驅(qū)動(dòng)方案論證由于我們采用SPWM調(diào)制方式進(jìn)行逆變，MOS管的驅(qū)動(dòng)也就成了一個(gè)難點(diǎn)，經(jīng)嘗試，我們提出了以下三種方案：方案一：17采用BJT驅(qū)動(dòng)半橋。電路原理圖如圖3：圖3BJT驅(qū)動(dòng)半橋經(jīng)測(cè)試逆變輸出的波形混亂，因?yàn)樵跀夭〞r(shí)管子關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的負(fù)壓不好控制，因而該方案被放棄。方案二：采用浮柵驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)進(jìn)行全橋逆變。電路原理圖見(jiàn)圖4：圖4IR2110構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)測(cè)試輸出

6、波形穩(wěn)定，但是該驅(qū)動(dòng)芯片要進(jìn)行外面的死區(qū)設(shè)置，外加硬件或軟件進(jìn)行設(shè)置。由于參考正弦信號(hào)可以是外界任意給的，因此軟件設(shè)置死區(qū)難度大，若進(jìn)行硬件設(shè)置就要外加電路，這使得電路變得更復(fù)雜，基于有更好的方案選擇，我們放棄了采用IR2110的選擇。方案三：電路原理與方案三一致，只是把驅(qū)動(dòng)芯片IR2110換成IR2130，IR2130的優(yōu)點(diǎn)在于自帶死區(qū)控制，硬件電路可以變得簡(jiǎn)單，也不需要軟件專門做死區(qū)算法，具有更多的資源來(lái)進(jìn)行MPPT控制，該方案也就成了我們的最終方案。綜上所述，我們最后采用了方案三，即用IR2130驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行全橋逆變。2.理論分析與計(jì)算2.1MP

7、PT的控制方法與參數(shù)計(jì)算MPPT的全稱“最大功率點(diǎn)跟蹤”（MaximumPowerPointTracking）。擾動(dòng)觀察法原理是目前實(shí)現(xiàn)MPPT常用方法之一，系統(tǒng)中通過(guò)MSP430單片機(jī)片內(nèi)AD進(jìn)行和的多次采樣，則當(dāng)前輸出功率P(K)=*，當(dāng)改變時(shí)，=17U，若功率P(K)大于P(K-1),則擾動(dòng)正確；若功率P(K)小于P(K-1)，則向反向擾動(dòng)。如此進(jìn)行多次的采樣比較能準(zhǔn)確跟蹤最大功率點(diǎn)。2.2同頻、同相的控制方法與參數(shù)計(jì)算因?yàn)楣夥?yáng)能電池版產(chǎn)生的是直流輸入，幅值隨光強(qiáng)和溫度而變化，為使最終輸出實(shí)現(xiàn)頻率的可控性，本系統(tǒng)中正弦信號(hào)為峰峰值是2V的模擬電網(wǎng)信

8、號(hào)，在實(shí)際硬件中將直流和正弦信號(hào)接入模擬乘法器所得的