大功率光伏逆變系統(tǒng)的研究

由圖1可知，本系統(tǒng)首先是用太陽電池陣列對蓄電池進行充電，以化學能的形式將太陽能量儲藏在蓄電池中。在這個過程中，采用自尋最優(yōu)控制方式使太陽電池工作在最大功率點處。具體控制過程分為兩個階段：

第一階段確定出太陽電池工作在最大功率點時太陽電池的輸出電壓值Uref。

第二階段改變太陽電池對蓄電池的充電電流使太陽電池的輸出電壓穩(wěn)定在Uref。

以上兩個階段的完成是由控制電路通過檢測太陽電池的輸出電壓和輸出電流，采用逐次比較法來實現(xiàn)的。

3.2逆變原理

（1）逆變電路

正弦波逆變環(huán)節(jié)采用單相全橋電路，用IGBT作逆變電路的功率器件，IGBT是電壓控制型器件，它集功率MOSFET和雙極型晶體管的優(yōu)點于一體，具有驅(qū)動電路簡單、電壓和電流容量大、工作頻率高、開關(guān)損耗低、安全工作區(qū)大、工作可靠性高等優(yōu)點。逆變器將蓄電池輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換成頻率為50Hz的SPWM波，再經(jīng)過濾波電感和工頻變壓器將其轉(zhuǎn)換為220V的標準正弦波電壓，采用這種方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，并且能有效地抑制波形中的高次諧波成分。

逆變器的工作方式采用的是SPWM控制方式，預先將0～360°的正弦值制成表格存EPROM中。由于開關(guān)模式信號是利用正弦波參考信號與一個三角載波信號互相比較來生成的，常分為單極性和雙極性兩種情況，而且在開關(guān)頻率相同的情況下，由于雙極性SPWM控制產(chǎn)生的正弦波，其中的諧波含量和開關(guān)損耗均大于單極性，故本系統(tǒng)采用的是單極性SPWM控制。

（2）控制核心

控制框圖見圖5。

控制芯片采用INTEL80C196MC芯片，這是INTEL公司繼MCS96之后于1992年推出的新一代真正16位單片機，其數(shù)據(jù)處理能力更強，指令的執(zhí)行速度更快，尤其是其內(nèi)部集成了最具特色的三相波形

圖6系統(tǒng)穩(wěn)壓控制框圖

圖7空載輸出電壓波形

圖8負載時輸出電壓波形

發(fā)生器(WFG)單元，大大簡化了用于SPWM波形發(fā)生軟件和外部硬件，從而使整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡單，并且芯片內(nèi)部的死區(qū)發(fā)生器電路能夠確保輸出信號和它的互補信號不可能同時有效，避免了同一橋臂上的IGBT上下直通，從而保護了IGBT。

（3）系統(tǒng)穩(wěn)壓控制

系統(tǒng)穩(wěn)壓控制框圖見圖6。

本控制過程是通過80C196MC芯片的片內(nèi)外設(shè)裝置─波形發(fā)生器(WG)產(chǎn)生中斷來實現(xiàn)的，其中反饋電壓的測取是在中斷中完成的。同時控制方式采用反饋控制和前饋控制相結(jié)合的復合控制方式。另一方面，本系統(tǒng)在常規(guī)數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上，提出了分段變系數(shù)PI調(diào)節(jié)器，即當系統(tǒng)的偏差較大時，積分系數(shù)(KI)和比例系數(shù)(KP)較大；當系統(tǒng)的偏差較小時，積分系數(shù)和比例系數(shù)也較小。實驗證明，這種控制方式既可保證系統(tǒng)的動態(tài)響應速度，又能滿足一定的靜態(tài)穩(wěn)壓精度。

4系統(tǒng)的軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計，主要包括主程序模塊、WG模塊、PI調(diào)節(jié)模塊和MPPT模塊等。

其中主程序模塊完成系統(tǒng)的初始化，各單元賦初值，判斷有無運行信號及對各種故障的判斷。同時為避免起動時出現(xiàn)過大的峰值電流，系統(tǒng)采用軟起動方式，使輸出電壓呈斜坡上升至給定值。

WG中斷模塊主要是從正弦表中取出相應的正弦值，然后送入WG－COMPX寄存器，從而得到不同脈寬的SPWM波。

PI調(diào)節(jié)模塊主要是使系統(tǒng)輸出電壓在突加負載時迅速穩(wěn)定為220V。

MPPT模塊主要是完成太陽電池的最大功率點跟蹤。

5結(jié)語

根據(jù)上述控制思想開發(fā)研制出一系列大功率樣機，其中的10kW樣機效率η≥85％，頻率精度≤0.1％,輸出電壓精度≤0.5％。其空載和帶負載時的電壓波形分別見圖7和圖8。