文档介绍：基于MC9S12XS128光伏并网发电模拟装置设计
摘要:太阳能作为一种高效无污染的新能源,一种未来世纪常规能源的替代品。目前,太阳能光伏并网发电是太阳能光伏的重要应用之一。文中采用了一种高性能MC9S12XS128单片机控制实现了光伏并网发电模拟装置的系统设计。正弦逆变系统作为并网发电系统的核心部分,实现将光伏直流电逆变成工频交流电,送入电网,实现并网目的。在分析光伏并网发电正弦逆变器的工作原理后,提出了基于模糊控制的自适应PI控制策略,并采用恒定电压跟踪法实现了最大频率点跟踪(MPPT)功能。实验测试表明,该模拟装置能较好的满足并网发电系统的各项指标要求。
关键词: 光伏并网发电;正弦逆变电路;最大频率点跟踪;模糊控制的自适应PI调节
光伏并网发电是通过把太阳能转化为电能,不经过蓄电池的储能,而直接通过并网逆变器,把电能送上电网。据有关专家们估计,%,2040年将占26%,2050年以后将成为世界能源的支柱[1]。
下图1所示为一个光伏并网发电模拟装置结构框图。该装置主要包含光伏电池、正弦逆变系统以及主控制器等部分。其中正弦逆变系统是并网发电系统的核心,其逆变输出的工频交流电的质量直接影响电网质量。
图1 并网发电模拟装置框图
光伏并网发电模拟装置设计方案
根据设计要求,为一小功率光伏并网发电模拟装置,故选用电压型单相逆变电路。
方案一:采用电压型单相半桥逆变电路。半桥逆变电路电路结构简单,在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容,两个电容的联结点便成为直流电源的中点,负载联接在直流电源中点和两个桥臀联结点之间。所用器件较少,工作简单。
方案二:采用电压型单相桥式逆变电路。采用H型电路结构,共有4个桥臂,可以看成由两个半桥电路组合而成。
比较以上两种方案,半桥逆变电路简单,使用器件少,但交流电压幅值为直流电压的一半,直流侧需两电容器串联,并要控制两者电压均衡,相较之下,全桥逆变电路虽所用器件多一倍,但更适合使用。
在本次设计中,正弦逆变电路的控制方案为该模拟装置的核心部分。
方案一:采用PI控制。比例(P)环节对给定信号和反馈信号之间的误差进行实时放大,一旦有误差信号产生,控制立即起作用,以减少误差。积分(I)环节,对误差进行连续累加,具有积累和记忆特性,主要用来消除静态误差。PI控制兼顾了系统的动、静态性能。
方案二:采用模糊控制。模糊控制技术基于模糊数学理论,通过模拟人的近似推理和综合决策过程,使控制算法的可控性、适应性和合理性提高,模糊控制能够在精确和简单之间取得平衡,有效地对复杂事物作出判断和处理。
方案三:采用重复控制。重复控制理论是一种基于内模原理的控制理论,是在重复信号发生器的作用下,控制器进行着逐周期积分控制,通过对波形误差的逐周期补偿,以抑制周期性的扰动信号[2]。
比较以上三种方案, 方案一PI控制概念清晰,容易数字化实现,并具有参数易整定等特点。方案二模糊控制器的设计不依赖于受控对象的精确的数学模型,它有着非常强的鲁棒性和自适应性。方案三重复控制稳态时可以近似实现无静差跟踪效果。但本身却无法克服其固有的滞后调节特性,由理论分析可知,其动态性能至少滞后一个基波周期。根据题目中的正弦逆变装置是一个