光伏并网发电模拟装置-solarbe文库

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1 光伏并网发电模拟装置摘要本设计以 dsPIC30F2010单片机为控制器，采用全桥 DC/AC 逆变电路和双极性 SPWM控制构建模拟光伏并网发电系统。设计的系统绝大部分指标满足设计指标要求，不仅具有性能优良的模拟光伏电池的最大功率跟踪、数字锁频锁相功能，而且有低的输出电压 THD，高的效率和可靠性，以及采用打嗝方式的欠压和过载保护和故障排除后自恢复功能。关键词太阳能，并网光伏发电系统 ,MPPT,数字锁相ABSTRACT A grid photovoltaic inverter was proposed and designed with MCU dsPIC30F2010, DC/AC power topology and SPWM control scheme. The inverter can almost meet the design specifications, and had not only good performance MPPT, phase lock， but also low THD,high efficiency and reliability. The hip protection scheme was adopted for undervoltage and over-current. Keywords Solar energy， grid photovoltaic inverter, MPPT, digital phase lock2 一、方案论证与比较太阳能电池板价格昂贵，且光电转换效率低，因此并网型光伏发电系统的效率、最大功率跟踪 MPPT、输出电压 /电流的 THD、锁频锁相等性能为关键核心指标。根据设计任务要求，以上述指标为方案评估指标，论证系统关键的方案如下1.1 光伏逆变器的 SPWM 控制波形产生方案评估方案一用分立器件电路产生，主要由三角波发生器、正弦波发生器和比较器组成，但由于其电路复杂、灵活性差、调试困难等缺点，因此一般很少采用。方案二用专有集成芯片产生，虽然功能较强，输出波形质量较高，但是灵活性差、采用性能优良的控制方法能力差、成本较高，不适合小系统的设计需要。方案三用单片机或者数据信号处理器等数字控制器实现，目前许多单片机都具有产生 SPWM 波的功能。采用单片机具有电路简单可靠、灵活性好、可以采用性能优良的控制方法，而且方便实现系统状态监控、显示和处理，使整个系统控制非常方便。鉴于上述分析，选用方案三。1.2 SPWM控制方法及功率电路评估方案一单极性控制方式，该控制方式仅用到一对高频开关，相对于双极性逆变具有损耗低、电磁干扰少；但其控制方式较为复杂。方案二双极性控制方式，该控制方式电流谐波分量小、易于消除，且其控制方式简单得到广泛应用。虽然本发电模拟装置功率小，但由于全桥电路不存在半桥电路的中点电压可能不平衡问题（如果中点电压不平衡，将使逆变输出的正弦波有直流偏量），所以功率电路采用全桥电路。鉴于上述分析，选用方案二以及全桥功率电路。全桥DC/AC驱动电路LC滤波器负载两路 PWM互补输出控制芯片dsPIC30f2010Uf信号采样电路Us、 Ud采样电路Io Uo采样电路模拟正弦信号 UrefUdUsRs模拟光伏电池u fuo1n1 n2n3T隔离变压器图 1. 光伏发电模拟装置系统框图1.3 单片机选型微控制器运算能力对系统性能有关键影响，方案评估如下方案一采用 PIC16F877A，该单片机为 Microchip 八位单片机，性价比高，但由于无硬件乘法器，运算速度较慢，很难满足该系统高性能数字控制要求。3 方案二采用 dsPIC30F2010，该单片机嵌入 DSP引擎，具有一个高速的硬件乘法器，拥有数字信号处理器的计算能力和数据吞吐能力，指令执行速度可达 30MIPS，且性价比高，适合作为该系统的核心控制器件。鉴于上述分析，选用方案二。根据论证的方案，设计的光伏发电模拟装置系统框图如图 1。系统各模块分析设计和实现如第二部分。二、理论分析与计算2.1 MPPT 控制策略及实现在本题条件下对光伏电池进行模拟，要使得 DC/AC 逆变器具有最大功率点跟踪（ MPPT）功能，就是要使得 UdUs/2；利用两个电压采样电路对直流稳压电源 Us 和输入电压值 Ud同时进行采样，计算采样值 AD_averag0输入电压值 Ud 对应的采样值与电压计算值 AD_PI_OUT_REF 根据直流稳压电源 Us对应采样值 AD_averag2 计算得到的基准值的误差；将其误差转化为调制载波比的误差，对调制载波比采用增量式 PI 算法 uk uk-uk-1 K p*[ek-ek-1]K i*ek进行调节，目的即是使得 UdUs/2；通过调节调制载波比来调节功率输出的大小，实现当输出电压 UdUs/2 时，增大调制载波比，使输出电流增大，从而使 UdUs-Id*Rs下降；当输出电压 Ud400 {sin_v_n0;//计数值清零ifSoftStart_flag m100;// 软启动ifm3000 ADCON1bits.ADON 1; T3CONbits.TON1;//AD 采样T2CONbits.TON1;//输入捕捉 /*开始锁相 */ } } //根据调制比计算新的脉宽carrydatalongm*sin_value[sin_v_n]7; carrydataPTPER*carrydata; carrydatacarrydata8; ifcarrydataelse PDC1PTPER; carrydatacarrydata12; PDC1PDC1unsigned intcarrydata; } //基准正弦电压信号采样void __attribute____interrupt__, no_auto_psv _IC2Interruptvoid { ifIC_flag { 12 IC2BUF_result1IC2BUF;// 保存两次捕捉值IC2BUF_result2IC2BUF; IC_flag0; } else { whileIC1CONbits.ICBNE ICBUF_temp_resultIC1BUF; //计算捕捉的基准正弦电压信号周期，实现同频ifIC2BUF_result2-IC2BUF_result10 { Networkpower_cyclelongIC2BUF_result2-IC2BUF_result1; PTPER_datauintNetworkpower_cycle*2; PTPER_dataPTPER_data/25; ifPTPER_dataF_MIN_CYCLC_MAX PTPER_dataF_MIN_CYCLC_MAX; ifPTPER_data0 { phasic_dataIC1BUF_result2-IC2BUF_result1; ifphasic_dataxiangwei-325 {ifsin_v_nxiangwei/2{sin_v_nsin_v_n-15;} else if phasic_data325 {sin_v_nsin_v_n15;} else ifphasic_data23{ifsin_v_n398sin_v_nsin_v_n-398; else sin_v_nsin_v_n2;} } } IC_flag1; whileIC2CONbits.ICBNEICBUF_temp_resultIC2BUF; } 13 IFS0bits.IC2IF0;// } //输出正弦电压信号采样void __attribute____interrupt__, no_auto_psv _IC1Interruptvoid { ifIC_flag { IC1BUF_result1IC1BUF; //保存两次捕捉值IC1BUF_result2IC1BUF; } IFS0bits.IC1IF0; } //ADC 采样程序//对直流电源电压、输入电压、输出电流进行采样，实现 MPPT 模拟，进行欠压过流//保护void __attribute__interrupt, no_auto_psv _ADCInterruptvoid { ifad_select_flag { ifprotect_flag/*时基关闭，保护电路 */ IEC2bits.PWMIE0; IEC0bits.IC1IE0;//捕捉中断禁止IEC0bits.IC2IE0;//捕捉中断禁止ad_select_flag0; ad_n0; ad_n10; ad_protect_time0; AD_sum00; AD_sum10; AD_sum1_20; AD_sum20; ifAD_average2I_MAX PORTFbits.RF21;//过流指示灯亮AD_average20; AD_average1_2I_MAX10; goto loop_ad; } 14 AD_sum0AD_sum0ADCBUF0; AD_sum1AD_sum1ADCBUF1; AD_sum2AD_sum2ADCBUF2; AD_sum3AD_sum3ADCBUF3; PORTFbits.RF20; ad_n; ifad_n100 { ad_n0; AD_sum0AD_sum02; AD_average0uintAD_sum0/25;AD_sum00; ifprotect_flag {ifAD_average0 PID_OUT_REF-10 protect_flag1;} AD_sum1AD_sum12; AD_average1uintAD_sum1/25;AD_sum10; ad_n1; AD_sum1_2AD_sum1_2AD_average1; ifad_n120 {ad_n10; AD_sum1_2AD_sum1_22; AD_average1_2uintAD_sum1_2/5; AD_sum1_20; } AD_sum2AD_sum22; AD_average2uintAD_sum2/25;AD_sum20; AD_sum3AD_sum32; AD_average3uintAD_sum3/25;AD_sum30; ad_flag1; } } else { ifad_protect_time2; AD_average0uintAD_sum0/25;AD_sum00; AD_sum1AD_sum12; AD_average1uintAD_sum1/25;AD_sum10; AD_sum2AD_sum22; AD_average2uintAD_sum2/25;AD_sum20; ad_n1; AD_sum1_2AD_sum1_2AD_average1; ifad_n120 {ad_n10; AD_sum1_2AD_sum1_22; AD_average1_2uintAD_sum1_2/5; AD_sum1_20; } ad_flag1; } ifAD_average2U_MIN PI_mkPI_mk1; PI_ek1PI_ek; PI_mk1PI_mk1intPI_mk; ifPI_mk1PI_m_max PI_mk1PI_m_max; ifPI_mk1PI_m_min PI_mk1PI_m_min;IEC2bits.PWMIE0; mPI_mk1; IEC2bits.PWMIE1; }