文档介绍：光伏并网发电模拟装置报告
摘要:系统基于光伏发电原理,采用正弦波脉宽调制技术(SPWM),以单片机(STM32F103ZET6)和大规模可编程阵列逻辑器件(FPGA)为控制核心,实现了模拟光伏并网系统的功能。系统采用增量电导法实现最大功率点跟踪(MPPT)功能,采用频率跟踪法和沿触发补偿跟踪法分别实现了系统的频率跟踪功能和相位跟踪功能。系统对各路输入输出信号进行实时监测和反馈控制,实现了欠压和过流保护,且具有自动恢复功能。系统对强弱电进行了隔离,这样既避免两部分电路的相互影响,保证了弱电部分器件的安全,又达到了控制的效果。系统人机界面友好,稳定性高,安全可靠,并具有可实时监测并显示相位、频率等功能。
一、系统方案
1、方案比较与选择
1)DC-AC主回路拓扑
鉴于此DC-AC逆变器为电压输出,故我们采用电压型逆变电路。
方案一:半桥式。半桥式电路中每只开关管只需承受逆变器输入电压幅值大小的电压应力,电路简单,但其需要正负对称供电才能输出无直流偏置的信号。
方案二:全桥式。两个半桥合并成即为全桥,全桥式电路的输出功率比半桥式大,且效率较半桥式电路高、谐波少,其输出对称性好,供电简单。
综上比较,全桥式电路输出谐波少,则输出端滤波较为容易,在工作频率不是很高的情况下,效率可以达到很高,所以我们选择方案二。
2)SPWM控制波实现方案
方案一:模拟调制法。用硬件电路产生正弦波和三角波,其中正弦波作为调制信号,三角波作为载波,两路信号经模拟比较器比较后输出SPWM波形。
方案二:数字采样法。把正弦波波表及三角波波表存入存储器里,通过DDS生成相应波形,再通过数字比较器产生所需要的波形。
方案一电路简单,响应速度快,但参数漂移大,集成度低,波形易受外界噪声干扰,设计不灵活,且需要很复杂的硬件来控制逆变器功率器件的死区。但方案二可靠性高,可重复编程,响应快,精度高,控制简单,故选用方案二。
3)MPPT控制方案
方案一:固定电压法。其原理是在最大功率点电压范围不大时,将最大功率控制简化成恒压控制。
方案二:增量电导法(INC)。对光伏电池的电压和电流进行采样,通过比较光伏电池的电导增量和瞬间电导来改变控制信号。
根据题目要求:RS和RL在给定范围内变化时,使即电压基本固定。方案二是通过扰动逐步使光伏电池逼近最大功率点。方案一较方案二控制简单,易实现,可靠性高,系统运行稳定,
故选用方案一。
4)同频控制方案
方案一:瞬时比较方式。对反馈信号和参考信号测频并作比较,偏差通过滞环比较产生控制主电路中开关通断的SPWM信号,从而实现频率跟踪功能。
方案二:频率跟踪法。通过测周期法测量参考信号的频率,并将DDS输出的正弦调制信号设置为此频率,经调整SPWM控制信号使反馈信号uF的频率等于参考信号的频率。
方案一中外围电路较多,调节相对复杂,而方案二在低频范围可精确测频,电路简单,误差小,故选用方案二。
5)同相控制方案
方案一:测相法。采用测相法实时跟踪参考信号相位变化从而实时调整DDS产生的正弦信号的相位。
方案二:沿触发补偿跟踪法。采用过零比较电路将参考信号整形为方波信号,在其上升沿时刻触发DDS从零相位点产生正弦信号,经SPWM调制控制使得逆变电路输出信号与参考信号同相输出,再由相位补偿法实现小范围内快速同相。