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(duì)蓄電池進(jìn)行充電，以化學(xué)能的形式將太陽能量?jī)?chǔ)藏在蓄電池中。在這個(gè)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(diǎn)處。具體控制過程分為兩個(gè)階段：

第一階段確定出太陽電池工作在最大功率點(diǎn)時(shí)太陽電池的輸出電壓值Uref。

第二階段改變太陽電池對(duì)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(gè)階段的完成是由控制電路通過檢測(cè)太陽電池的輸出電壓和輸出電流，采用逐次比較法來實(shí)現(xiàn)的。

3.2逆變?cè)?p>（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(diǎn)于一體，具有驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)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(diǎn)。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(biāo)準(zhǔn)正弦波電壓，采用這種方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(yù)先將0～360°的正弦值制成表格存EPROM中。由于開關(guān)模式信號(hào)是利用正弦波參考信號(hào)與一個(gè)三角載波信號(hào)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(jī)，其數(shù)據(jù)處理能力更強(qiáng)，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(fù)載時(shí)輸出電壓波形

發(fā)生器(WFG)單元，大大簡(jiǎn)化了用于SPWM波形發(fā)生軟件和外部硬件，從而使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)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(hào)和它的互補(bǔ)信號(hào)不可能同時(shí)有效，避免了同一橋臂上的IGBT上下直通，從而保護(hù)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(shí)現(xiàn)的，其中反饋電壓的測(cè)取是在中斷中完成的。同時(shí)控制方式采用反饋控制和前饋控制相結(jié)合的復(fù)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(dāng)系統(tǒng)的偏差較大時(shí)，積分系數(shù)(KI)和比例系數(shù)(KP)較大；當(dāng)系統(tǒng)的偏差較小時(shí)，積分系數(shù)和比例系數(shù)也較小。實(shí)驗(yàn)證明，這種控制方式既可保證系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)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(jì)

本系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，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(yùn)行信號(hào)及對(duì)各種故障的判斷。同時(shí)為避免起動(dòng)時(shí)出現(xiàn)過大的峰值電流，系統(tǒng)采用軟起動(dòng)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(yīng)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(fù)載時(shí)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(diǎn)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(jī)，其中的10kW樣機(jī)效率η≥85％，頻率精度≤0.1％,輸出電壓精度≤0.5％。其空載和帶負(fù)載時(shí)的電壓波形分別見圖7和圖8。