户用多功能光伏发电系统的研究与设计

采用CVT型最大功率点跟踪，通过电压的实时跟踪产生电流内环的参考电流，电流内环采用瞬时值反馈实现对并网电流的跟踪控制，实现太阳能量馈入电网。

4.1独立逆变控制

独立逆变采用电压平均值外环、电压瞬时值内环反馈的双闭环控制系统，控制框图如图4所示。其中，电压平均值外环调节器为PI调节，电压瞬时值内环调节器为P调节。输出电压平均值反馈值Uf和电压给定信号Ug的误差经过PI调节器形成电压内环的幅值给定，然后乘以离散的正弦表格数据，形成离散的正弦电压信号作为电压瞬时值内环的给定，电压瞬时值给定值与反馈值的误差信号再经过P调节器产生PWM控制信号，将此信号写入到DSP内部的比较寄存器CMPR1、CMPR2，与三角载波比较后产生4路PWM1~ PWM4开关信号，控制主电路中功率器件的通断。产生的高频SPWM信号经过输出LC滤波器滤波后产生标准的正弦波输出电压，然后经升压变压器升压至220V/50Hz，保证了输出电压的稳定。

4 独立逆变控制框图

4.2 并网逆变控制

（1）太阳能光伏并网

并网逆变采用直流电压外环、并网电流内环控制策略。其中，直流电压外环采用PI调节器实现太阳能光伏组件的最大功率点跟踪，其输出为并网电流的幅值给定。系统首先检测电网电压频率、相位，经过锁相环节使并网电流与电网电压同相位，并网电流给定值乘以离散的正弦表格数据作为并网电流给定值 ，电流内环调节器采用P调节器。将P调节器的输出值写入CMPR1、CMPR2，与三角载波比较后产生4路PWM1~PWM4信号，控制主电路中功率器件的导通与关断，产生的高频SPWM信号经过电感L滤波后产生与电网电压同相位的标准正弦并网电流，经电感L滤波后向电网输入同频同压的并网电流，并网逆变控制框图如图5所示。

（2）蓄电池并网

为了将蓄电池中多余的能量回馈到电网，必须使系统工作在蓄电池并网状态。在这种状态下，并网电流大小是由蓄电池的放电曲线决定的[8]。为了合理保护蓄电池，防止放电电流过大和蓄电池过放，本文通过实时采样蓄电池的端电压和放电电流，将蓄电池能量回馈到电网。蓄电池并网控制框图见图6所示。

5 通讯部分

通讯部分主要是完成系统的状态显示与参数设定，本系统中上位机采用Microchip公司生产的8位单片机PIC16F877A，它与TMS320F2812的串口通讯采用RS-485通信协议，通过两个MAX485芯片来实现两者的数据交换，通讯原理示意图如图7所示。

6 系统软件设计

系统的软件采用模块化设计，主要包括四个部分：主程序，定时器中断程序，捕捉中断程序，功率保护中断程序。其中，主程序主要是检测装置的运行状态是否正常及上位机发来的命令，同时等待中断的到来；定时器中断主要是完成AD检测及SPWM的产生；捕捉中断主要是完成并网逆变中的锁相目的，保证并网电流与电网电压同步。

7 实验结果与结论

逆变器处于独立逆变时，带电阻性负载，输出功率约为210W，逆变器输出电压、电流波形如图8所示。逆变器处于并网模式工作时，并网电流与电网电压波形如图9所示，图中紫色为电网电压波形，绿色为并网电流波形，两者同频同相，实现了并网的单位功率因数。

由图8可知，逆变器工作在独立逆变状态时，可以输出理想的正弦电压波形；从图9可知，逆变器并网时的输出电流与电网电压基本同频同相，实现了并网时的单位功率因数。

附注

安徽省科技厅年度重点计划项目：家庭太阳能光伏电源的应用开发（06022010）；

国家自然科学基金项目（项目编号：50707003）。
参考文献

[1] 王兆安等. 电力电子技术[M]. 机械工业出版社, 2002.

[2] 陈道炼. DC-AC逆变技术及其应用[M]. 机械工业出版社, 2005.

[3] 李学海. PIC单片机实用教程- 基础篇[M]. 北京航空航天大学出版社, 2006.01.

[4] 张占松. 开关电源的原理与设计[M]. 电子工业出版社, 2004.

[5] 赵为. 太阳能光伏并网发电系统的研究. 合肥工业大学博士论文, 2003.

[6] A.K. Mukerjee, Nivedita Dasgupta.DC power supply used as photovoltaic simulator for

testing MPPT algorithms[J]. Renewable Energy 32 (2007) 587–592.

[7] Zheng shicheng, Liu We. Research and implementation of photovoltaic charging system

with maximum power point tracking[C]. ICIEA2008.

[8] 欧阳名三, 余世杰等. 一种太阳能电池 MPPT 控制器实现及测试方法的研究[M]. 电子测量与仪器学报, 18(2): 30~34.

作者简介

郑诗程，男，1972年生，博士，副教授，研究方向新能源发电技术、电力电子功率变换技术。

张高玉，女，1985年生，硕士研究生。

刘 伟，男，1982年生，硕士研究生。■