光伏離網(wǎng)逆變器的設計

　　摘要：本文在充分分析近年來(lái)光伏發(fā)電領(lǐng)域重要研究成果的基礎上，設計了一套單相光伏發(fā)電離網(wǎng)系統，對系統的拓撲結構、控制電路給出了詳細的設計要點(diǎn)。以dsPIC30F4011為控制核心，實(shí)現了電路保護、數據采集、參數設置等功能，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，在分析現有最大功率跟蹤(MPPT)方法的基礎上，對現有方法進(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(yáng)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下進(jìn)行對光伏發(fā)電離網(wǎng)系統的研究。主要內容如下：

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

　　(2)設計并制作了基于PIC芯片dsPIC30F4011的500W單相光伏離網(wǎng)發(fā)電系統的硬件電路，包括系統的主電路、信號的采樣與處理電路、充電電路、顯示電路、PWM信號的隔離與驅動(dòng)電路以及電源電路。對這些電路的工作過(guò)程進(jìn)行了詳細的分析，對電路中的參數進(jìn)行了計算，完成了硬件電路的制作與實(shí)驗調試。

　　(3)研究太陽(yáng)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軟件對系統進(jìn)行建模和仿真。

　　500W微網(wǎng)逆變器電路設計

　　微網(wǎng)逆變器是微網(wǎng)逆變器系統中的關(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)現直流側電壓、電流的采集;交流側電壓、電流的采集與有功、無(wú)功的計算;電網(wǎng)的相位檢測，實(shí)現與市電同步;過(guò)壓、欠壓，過(guò)流，功率器件的過(guò)溫等保護;其信號處理框圖如圖1所示。其中DC/DC變換器采用全橋拓撲結構實(shí)現直流電壓的升壓功能，由于推挽結構存在偏磁問(wèn)題，使得系統工作不穩定，故不采用推挽結構升壓。PWM驅動(dòng)信號由DSP產(chǎn)生，通過(guò)實(shí)時(shí)采集母線(xiàn)上的電壓，計算出給定值與當前值的誤差值，再PI閉環(huán)控制算法進(jìn)行運算，從而使得直流母線(xiàn)上的電壓穩定在設定值處。

　　主控制芯片的選擇

　　控制芯片要實(shí)現的功能有：對檢測信號進(jìn)行A/D轉換;產(chǎn)生PWM波形;完成MPPT?？刂齐娐返暮诵钠骷捎妹绹⑿究萍脊镜膁sPIC30F4011，這是微芯科技公司推出16位微處理器，其內部采用改進(jìn)型哈佛結構，它不但運行速度高，處理功能強大，并且具有豐富的片內外圍設備，便于接口和模塊化設計，其性?xún)r(jià)比極高。dsPIC30F4011是Microchip公司專(zhuān)為電機高速控制設計的一款微處理器。

　　微網(wǎng)逆變器信號調理電路設計

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

　　此系統輸出電流小于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。