2009年全国电子设计竞赛A题 光伏并网发电模拟装.pdfVIP

光伏并网发电模拟装置光伏并网发电模拟装置 光伏并网发电模拟装置光伏并网发电模拟装置 摘要摘要 本设计利用锁相环倍频、比较器过零触发和单片机 DA 产生与输入信号同频 摘要摘要 同相且幅值可控的正弦波 ，作为 DC-AC 电路的输入参考信号，其中 DC-AC 电路采 用D 类功放中自激反馈模型，利用负反馈的自激振荡产生 SPWM波，实现了输出波 形的内环控制。单片机实时采集入口电压电流并计算，实现最大功率点的跟踪， 完成了题目的要求。在30欧额定负载下，实测效率高达89%，失真度极低。频率 相位均能实现小于 1 秒的快速跟踪，跟踪后相差小于 0.9 度，且具有欠压、过流 保护及自恢复功能。 关键词：锁相环；DC-AC；MPPT 一、 方案论证与比较 DC-DC-ACAC 逆变方案比较逆变方案比较： ： DCDC--ACAC 逆变方案比较逆变方案比较：： 方案一：用DSP 或 FPGA产生SPWM信号驱动半桥或全桥式DC-AC 变换器， 经输出 LC滤波后得到逆变信号。此方案的缺点在于 SPWM控制为开环，在功率 电源和负载变化时难以保证波形的失真度满足题目要求。 方案二：采用D 类功放中 自振荡式模型的逆变拓扑，利用负反馈的高频自 激产生所需的 PWM开关信号。此方案为闭环系统，在功率电源和负载变化时波 形基本无失真，且硬件电路简单。因此本设计采用了方案二。 锁相锁频方案比较锁相锁频方案比较： ： 锁相锁频方案比较锁相锁频方案比较：： 方案一：用高速A/D实时采集正弦参考信号 Uref和输出电压的反馈信号， 两者进行比较，利用滞环比较控制算法控制主电路产生 PWM驱动信号，从而实 现波形跟踪。此方案对单片机和A/D 的速度要求均比较高，系统软件开销很大。 方案二：利用锁相环的锁相锁频功能，将参考信号倍频，产生与其同步的 时钟，以此时钟调整输入与输出的频相关系。此方案完全由硬件电路实现，简 单方便，因此本设计采用方案二。 最大功率点跟踪方案比较最大功率点跟踪方案比较： ： 最大功率点跟踪方案比较最大功率点跟踪方案比较：： 方案一：采用经典 MPPT算法，对光伏阵列的输出电压电流连续采样，寻 找dP / dU 为零的点，即为最大功率点。 方案二：使用模糊逻辑控制 (Fuzzy Logic Control)等现代MPPT跟踪方法。 这类算法的优点是对于非线性的光伏发电系统能够取得良好的控制效果，但控 制方法复杂，系统开销很大，故未采用此方案。 图图 1 原理框图1 原理框图 图图 1 1 原理框图原理框图 1 在实际制作中，我们选用 CD4046 锁相环芯片，功率MOS 管 IRF540 等性价 比较高的器件，采用基于 MSP430F169 单片机的经典控制算法，较为出色地完 成了各项指标要求。 理论分析与参数计算理论分析与参数计算 理论分析与参数计算理论分析与参数计算 1.频率跟踪电路设计： 图图2 2 锁相环电路锁相环电路框图框图 图图22 锁相环电路锁相环电路框图框图 利用锁相环 CD4046 可以实现输入信号的倍频和同步，输入频率 45-55Hz， 经 256 倍频后为 11.52KHz-14.08KHz 信号，送给单片机作为系统同步的时钟。 单片机用DDS 原理产生幅度可调的正弦信号，此时钟作为D/A输出