光伏并网发电模拟装置的设计

Ｓ Ｃ ２ ５ ３Ａ Ｔ １Ｃ Ａ ２ Ｄ单 片机输 出的 Ｓ ＷＭ波形 ， Ｐ 由 于其 １ 动能力不足 ，不能直接 驱动 由四个 ０驱 ＩＢ Ｇ Ｔ管 Ｇ ０ ６ 组 成的 Ｈ桥 ，所 以 电路加 入 ３Ｎ ０ Ｉ２ １ Ｒ １０驱动芯 片 ， 该芯 片驱 动电路 简单 ， 本 成 低 ， 重要 的就是其输出驱动波形 好 ， 于提 最 有利 图 ３ 同频 同相模 拟仿 真波形 图 高电源效率 。 从 图 ３ 以看 出， 可 当逆变器独立运行 时 ， 逆 ４ ｕｋ ．Ｂ ｃ 降压斩波电路 ２ 变 器输 出 电压 可 以实现 与 电网 电压 的 同频 同 Ｂ ｃ 降压电路输入端 电压 Ｕ ＝６Ｖ 通 ｕｋ ０， 相， 以此来减少逆变器接人 电网时 的冲击 ； 在软 过调节 占空比 使 电压 Ｕ ＝３ ＶＢ ｃ 降压电 件 中加入 了中间直 流侧 电压 闭环 可以保证逆变 ０ ，ｕｋ 路的输人输 出关 系由公式（ ） １确定 ： 电路 的直流侧电压稳定。 经过 分析可 以看出 ， 逆 变器采用６￣ 环 、瞬时值 内环的控制策略可 － Ｏｂ Ｕ ｕ＝ Ｕ 式 （） ｏ ａ １其中导通 占空 比参考 范 Ｊ 以实现单位功率 因数并 网，满足光伏并 网发 电 围为 ｏ １ ￣。 的要求 ， 实现并网发 电的目的。 两电压波形 比较 ４ 单片机 系统软件 ． ３ 理想 ， 电压在波 峰和波谷处 ， 但 出现波 形畸变 ， 单 片 机 系 统 主 核 心 模 块 采 用 了 原 因如下 ：１当并 网电流很小 时 ， 网电流峰 （） 并 ＳＣ ２Ａ ２ Ｄ单片机 。 Ｔ １５ ３Ａ 这款 单片机作为控制电 值 的采样值变得很小 ， 这样系统 的采样精降 低， 路的核心 部件 ， 实现 了数 据采集 、 制算法 、 控 欠 特别在峰值 附近 ，系统难 以精确 区分 电流值大 压保护 、显示 等功能。主程序 流程 图如图 ４ 所 小 ， 引起 电网电压的 弦度变差 ， 这会 引起畸变 。 刁 。 （） ２硬件采样 电路 的设 计和参数选取上 的原 因 ， 导致采样精度不够 ， 出现波形的失真现象 。 也会 图 ６ 论 结 ２ 单相光伏并 网发 电系统 的功能是将太 阳能 程 电池 阵列输 出的直流电变换为交流电 ， 经滤波 序 后送入 电网。本设计在进行 了充分 的方 案对 比 流 及论 证后 ， 定光伏并 网逆变 器主要由 Ｄ ＿ Ｃ 确 ｃＤ 程 变换器和 Ｄ － ｃ逆变器两部分组成 ， ｃＡ 之间通过 图 Ｄ ｌ ｋ 连 接 ， 控 制 电 路 的 核 心 采 用 Ｃｉ ｎ Ｔ ５ ３Ａ １ 其 ＣＤ 软件 目标 为控 制输 出 电压稳 定在 ３ Ｖ 根 Ｓ Ｃ ２ Ａ ２ Ｄ单片机 。 中 Ｄ － Ｃ变换器完 ０ ， Ｍ Ｄ －Ｃ 据式 （）当输 出电压 低于 ３Ｖ 调节 占空 比来 成最 大功率跟踪控 制（Ｐ 功 能 ，Ｃ Ａ 逆变 １， ０， Ｃｉ ｎ 控制 ，当 占 比大于 ９％时仍无法使输出电压 器 维持 Ｄ ｌ ｋ中间电压稳定 并将 电能 转换成 空 ５ ０ｚ 且与电网的相 电压 同频 和 达到 ３Ｖ， ０ 表明输入 电压 已无法满 足要 求 ， 这时 ５ Ｈ 的正 弦交 流电 ， 由模拟仿真波形图显示 ， 电压波形基本 两 将输入输 出直接连通 ；而低于 ５ 时则相反 ， ％ 此 同相 。 比较理想 ， 光伏并 网发 电模拟装置频率及 时输入 电压太高 ， 系统已无法控制 ， 以直接断 致 ， 所 相位跟踪功 能、 欠压保护及过流保护功 能等 ， 已 开电路 。 达到设计 的基本要求。 ４ ． ４滤波器设计
逆变器输 出滤波器采用 Ｌ ｃ低通滤波器。 由 于 Ｈ桥 以高频 的 Ｓ ＷＭ波形工作 ， 出滤 波器 Ｐ 输 的作用是 滤出高次谐 波【分 量 ， ３ ］ 使输 出波形 接 近于正弦波。滤 波器 的设 计应使输 出电压谐 波 少， 阻频特性好 ， 滤波功率小 ， 出的 电感 值 计算 般不易购买 ，因此 我们采用 图 ５的滤波 电路 原理图 ， 并且 Ｓ ＷＭ波形 中所 含的谐波主要 是 Ｐ 载波角频率 （及其奇７ｉ波。本系统 采用 载波 ｏ 欠皆 频率为 ３ｋ ｚ远大于调制信号角频率 ， 较 ０Ｈ ， 滤波 易实现 。系统 中逆变 器输 出频率 为 ４ ￣５ ｚ ５ ５Ｈ ， Ｌ ｃ滤波器截 止 频率 ， 元件参 数取 Ｌ １ｍＨ Ｃ ＝０ ，＝ ２ ７， ． Ｆ计算截止频率为 １ ４Ｈ ， ２ ．ｋ ｚ ７ 满足设 汁要求 。
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参 考 文献
Ⅲ 赵争鸣 刘建政 孙晓瑛．太阳能光伏发电及 １ 其应 用ｆ ． ： Ｍ１ 北京 科学 出版社， ０ ５年 ７月 ２０ 闳 周 志敏 周 纪 海 纪 爱 华 ．逆 变 电源 实 用技 术 『 ． ： ＭＩ 北京 中国电力 出版社， ０ ５年 １ ２０ １月 『 ３ ］邢岩 肖曦 王莉娜． 电子技术基础ｌ ． 电力 Ｍ１ 北
京 ： 械 工 业 出版 社． ０９年 ４月 机 ２０
［ ４ ］任文霞 吕文哲 王彦明．电力电路仿 真技 术 【 ． ： ＭＪ 北京 中国电力 出版社， ０ ９年 ２月 ２０ 作者 简 介 ： 陈 占林 ， 男 ，９ ４年 ４月 ２ １７ ５日 生 ． 兰州交通 大学电子信 息与工程 学院任教 ， 在 讲 师 ， 士 研 究 生 ． 究方 向 ： 电 器件 及 应 用 。 硕 研 光
２１ ．单片机方案
出直流分量 ， 变压器还起 到升压的作 用 ， 工频 这 样使直 流侧 的输入 电压具有更宽的范 围。 主要电路设计与参数计算
４１ － ． ＤＣ ＡＣ全桥逆变器 Ｄ —Ｃ 逆 变 是 本 设 计 的 核 心 ， Ｃ Ａ
５ ． 系统的同频同相【ｉ试结果 ４贝 】４
仿真结果如图 ３ 所示 。
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中国新技术新产 品
ｆ Biblioteka Baidu
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图 本 系统采用 的是一种两级式 的结构 ，前级 Ｄ — Ｃ变换 器作 为 ＭＰＴ控 制器 实现最 大功 ＣＤ Ｐ 率跟踪功能 ， 后级为全桥逆变 电路 ， 产生与 电网 电压 同频 同相 的电流 ，使整个装 置的并网功率 因数为 １二者通过直流母线 Ｄ ｌ ｋ 。 Ｃｉ 相连 ， ｎ 控制 上相互独立 。在全桥逆变器『与 电网间加人工 ２ ］ 频变压器隔离 ，这样整个系统就不会向 电网输
单片机 ｓ ｃ２ ５ ３ Ａ Ｔ １ｃ Ａ ２ Ｄ是宏 晶科技 新推 出的一款处理器 ， 有高速 ， 功耗 ， 具 低 超强 抗干 扰等特点 ， 速度是传统 ８Ｃ １ ８１ 倍 。芯片 ０ ５ 的 ～２ 内部集 成 了 Ｍ Ｘ １ Ａ ８０专 用 复 位 电 路 ， ２路 Ｐ ＷＭ，路 高速 ＡＤ ８ ／ 转换 ；内置掉电检测 电路 ， 省去 了外部扩充掉 电检测芯片 ；对于时钟和 串 行通信速度不太敏感 的系统 ，可 以使用 内部的 Ｒ ／ Ｃ振荡电路 。内部集成 ３ Ｋ的 Ｅ Ｐ Ｏ 大大 ２ ２Ｒ Ｍ 方便用 户存储掉 电不丢失 的数据 ，并节省 了相 应的成本和 １ 口。 ０端 由于 内部已经集成 了独立 的波特 率发生器 ，此系列单片机 串行通信 的速 率可 以不 由内部定时器 Ｔ 的溢 出率 来决定 ， １ 这 样可 以让 Ｔ 实现定时或者计数的功能 。 １ 故选用 此单片机作为该系统 的控制楱 器 。
关键字 ： ＤＣ— ＡＣ 逆 变 器 ； ｕ ｋ 变换 器 ；Ｐ Ｍ ； 率 跟 踪 ； 位 跟 踪 Ｂ ｃ ＳＷ 频 相
１ 引言 世界各 国对能源 的需求急剧膨胀 ， 而据世 界能源委员会 （ ｃ预测 ， 照资源 己探 明储 ｗＥ ） 按 量 和 目 的发展速度 ，石油将在 ４ 年后枯竭 ， 前 ２ 天然气将在 ５ 年后殆尽 ， ６ 资源量最大的煤炭也 只够再开采 ２０ 。 ２ 年 在今后 的 ２－０ ０３ 年里 ， 全球 的能 源结构［ 发生根 本Ｊ 嗨 陛的变化 ， 开发和利用 可再生 能源是世界各 国十分重视 的问题 。太 阳 能作 为一种新 型的绿 色可再生能源 ，与其它新 能源相 比利用最大 ， 是最理想 的可再生能源 ， 而 光伏并 网发 电是 国际上关 注的焦点 ，光伏并 网 发电系统就是光 伏发 电系统与常规 电网相联 ， 共同承担供电任务。 ２ 汁方案 设
摘 要： 本文从 节能 减排 的角度 出发 ， 计 了一款基 于 ｓ ｗ Ｍ（ｉｕｏｄ１Ｐ ｌ ｉ山 Ｍｏ ｕａｉｎ） 术的光 伏并 网发 电模 拟装 置。设 设 Ｐ ｓｎ ｓｉａ ｕｓ ｗ ｄ ｅ ｄ ｌｔ 技 ｏ 计 中正弦逆 变器 主回路 的前级 结构 采用 Ｂ ＵＣＫ 降 压 ， ＭＯＳ Ｅ 作 为 开 关 元 件 ， 有 驱 动 功 率 小 、 关 速 率 高 的 特 点 。 后 级 采 用 工 频 ＦＴ 具 开 全 桥 逆 变 ，ＧＢ 作 为 开 关 元 件 ，Ｒ２ １ Ｉ Ｔ Ｉ １ ０作 为 开 关 元 件 的驱 动 Ｉ 单 片机 Ｓ Ｃ１５ ２ Ｄ 产 生 Ｓ Ｗ Ｍ 信 号 ， 现 频 率 相 位 跟 踪 、 入 ｃ， Ｔ ２ Ａ３ Ａ Ｐ 实 输 欠 压 保 护 以 及 输 出 过 流 保 护 功 能 。 另 外 ， 伏 电池 的 最 大 功 率 点 跟 踪 控 制 由单 片 机 编 程 来 调 节 占 空 比 的 方 法 实 现 。 光
２ Ｃ ＡＣ逆 变 方 案 ．Ｄ － ２
正弦脉宽调制（ ｗ￣ｔ变器 ， ｓ Ｐ ０ 即每半个周 期内有 多个脉 宽组成 ，并且脉冲宽度符合正 弦 波脉 冲宽度调 制规律 变化 ， 出为正 弦波 ， 则输 其 拓扑结构 主要有半桥式 和全桥式 。光伏发 电系 统并 网运行 时， 为避免对公共 电网的电力污染 ， 也要求 逆变电源输 出正弦波电流 ， 故该 系统 中 选择全桥式正弦脉宽调制逆变器 。 ３ ． 系统总体框图 光 伏并 网逆变器总体框图如 图 １ 所示。
： 璺 Ｃ ｉａＮｅ ｅ ｈ ｏｏ ｉｓａ ｄ Ｐｏ ｕ ｔ ｈｎ ｗ Ｔ ｃ ｎ ｌｇｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓ
高 新 技 术
光伏并 网发电模拟装置 的设 计
陈 占林 刘 忆
（ 州 交通 大学 电子信 息与 工程 学 院 ， 肃 兰 州 ７ ０ ７ ） 兰 甘 ３０ ０