光伏并网发电模拟装置

张衍波

光伏并网系统以MSP430F169 单片机为核心，单片机输出SPWM 波形经IR2110驱动H桥，实现DC-AC 逆变。最大功率点跟踪（MPPT）绝对误差小于1%，利用430单片机软件实现锁相环，用参考频率作为基准频率，对MSP430单片机的外中断和定时器测定相位，当反馈的电压信号相位滞后（超前）于参考信号的相位时，就增大（减小）SPWM的频率；达到相位和频率同步。包括阻性负载，以及非阻性负载，实现了频率跟踪，相位跟踪。DC-AC 转换效率达88%，，人机接口LCD液晶显示器，界面直观、简洁，显示输出电压、电流，具有良好的人机交互性能。
关键词：光伏并网 MSP430F169 DC-AC 软件锁相
根据题目要求分以下几部分进行方案设计与论证：
1、正弦脉宽调制SPWM的及驱动电路方案选择
方案一：采用可输出SPWM波形的控制芯片SG3525。该芯片能直接驱动功率场效应
管，具有内部基准源、运算放大器和欠压保护功能，外围电路简单。
方案二：采用MSP430F169单片机输出SPWM波形，再送IR2110驱动H桥。此方案
控制电路简单，靠软件产生SPWM波，成本低，有调试经验，此方案可取。
方案三:如图所示，用比较器组成的正弦脉宽调制电路，所得SPWM波形最接近正弦
波。但由于三角波与正弦波交点有任意性，脉冲中心在一个周期内不等距，从而脉宽
表达式是一个超越方程，计算繁琐，调试困难。
图 1 SPWM产生电路
综合题目要求，为实现方案，选择单片机输出SPWM波，选择方案二。
2、频率、相位跟踪方案选择
方案一：如图所示，采用锁相环芯片CD4046的相位控制系统，能够自动跟踪输入
信号的频率和相位。但是有效的锁相要求芯片对输入波形、PCB布局、滤波网络参数
要求较高。
图
2
锁相环电路
2
方案二：如图3所示，用MSP430单片机进行过零检测。实现并网发电，关键是输
出的电压要和电网电压同相位。实时检测电源电压的过零点和频率，根据
过零点和频率就可以跟踪输入的电源电压的相位，实现同步，但是用MSP430单片机
进行频率、相位跟踪，实现需要很大考验。
图3 过零检测电路
方案三：采用速度更快的DSP。将电网电压信号经滤波、 整形产生同步方波信号，
同步方波信号输入 D S P的外部中断口，捕捉电网电压的过零点，检测同步信号的上
升沿，可以实现方案。
经过我们小组讨论，最终方案如下图4所示
图4 总体框图
二、理论分析与计算
1、MPPT 的控制方法与参数计算
MPPT的控制方法很多，如恒定电压控制法、扰动观测法、导纳增量法，模糊控制法，
本题要求Rs 和RL在给定范围内变化时，使Ud=1/2Us。所以本题为恒定电压控制法。
实现方法如图5所示
直流稳压电源
DC-AC LC
滤波隔离变压器
MSP430F169
单片机
MPPT 欠压保护IR2110
驱动电路SPWM
波反馈绕组负载电流检测