光伏离网逆变器的设计

　　摘要：本文在充分分析近年来光伏发电领域重要研究成果的基础上，设计了一套单相光伏发电离网系统，对系统的拓扑结构、控制电路给出了详细的设计要点。以dsPIC30F4011为控制核心，实现了电路保护、数据采集、参数设置等功能，为各种光伏离网控制算法提供了灵活可靠的硬件平台。在软件方面介绍了SPWM的控制算法，在分析现有最大功率跟踪(MPPT)方法的基础上，对现有方法进行了改进，把爬山算法引入到最大功率跟踪中。

　　引言

　　微网太阳能发电离网具有广阔的发展前景。本课题正是在这一思想的指导下进行对光伏发电离网系统的研究。主要内容如下：

　　(1)首先简单介绍太阳能光伏发电的原理和其系统的组成部分。并介绍了光伏离网的基本知识和相关的要求。

　　(2)设计并制作了基于PIC芯片dsPIC30F4011的500W单相光伏离网发电系统的硬件电路，包括系统的主电路、信号的采样与处理电路、充电电路、显示电路、PWM信号的隔离与驱动电路以及电源电路。对这些电路的工作过程进行了详细的分析，对电路中的参数进行了计算，完成了硬件电路的制作与实验调试。

　　(3)研究太阳能光伏发电逆变离网的控制方法。选定采用基于SPWM的三角波比较电流型单相并网的控制策略。利用MATLAB软件对系统进行建模和仿真。

　　500W微网逆变器电路设计

　　微网逆变器是微网逆变器系统中的关键部分。微网逆变器的控制电路采用Microchip公司的dsPIC30F4011作为主控制器，由软件生成SPWM。实现直流侧电压、电流的采集;交流侧电压、电流的采集与有功、无功的计算;电网的相位检测，实现与市电同步;过压、欠压，过流，功率器件的过温等保护;其信号处理框图如图1所示。其中DC/DC变换器采用全桥拓扑结构实现直流电压的升压功能，由于推挽结构存在偏磁问题，使得系统工作不稳定，故不采用推挽结构升压。PWM驱动信号由DSP产生，通过实时采集母线上的电压，计算出给定值与当前值的误差值，再PI闭环控制算法进行运算，从而使得直流母线上的电压稳定在设定值处。

　　主控制芯片的选择

　　控制芯片要实现的功能有：对检测信号进行A/D转换;产生PWM波形;完成MPPT。控制电路的核心器件采用美国微芯科技公司的dsPIC30F4011，这是微芯科技公司推出16位微处理器，其内部采用改进型哈佛结构，它不但运行速度高，处理功能强大，并且具有丰富的片内外围设备，便于接口和模块化设计，其性价比极高。dsPIC30F4011是Microchip公司专为电机高速控制设计的一款微处理器。

　　微网逆变器信号调理电路设计

　　由于DSP不能输入负电压，故逆变器的输出线电压和线电流，电网端的线电压和线电流总共4路信号要通过信号调理才能送入DSP。此系统输出是交流电，输出线电压为100V，故选择TV19E电压互感器，其输出负载电阻可以接0~500欧，输出交流电压0~2.5V，此系统采用240欧的电阻，输出电压-1.2V~1.2V。满足DSP的输入要求。电路如图2所示。

　　此系统输出电流小于1A，故选择最大可以测量1A的电压型电流互感器TA1410，负载电阻用是200欧，输出电压为-1~1V的交流电压。电路如图3所示。