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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 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，两路信号经比较器比较后输出SPWM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 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。 方案一可靠性不高，当波形畸变时测量存在较大误差，且硬件较复杂，器件的延迟、漂移等也将引入新的误差。而方案二控制简单，精度高，故选用方案二。 2、系统方案描述 系统包括光伏电池、DC-AC变换电路、控制、反馈、测量和显示六个部分。全桥式逆变电路是核心部分，控制部分利用闭环反馈法实现输出电压的稳定，采用增量导纳法逐步调节SPWM波的调制比实现MPPT控制，采用频率跟踪法和沿触发同步跟踪法实现频率和相位的跟踪功能。当系统检测到输入欠压或输出过流动作时，通过控制继电器切断光伏电池输出，当故障解除后，系统利用试触法实现自动恢复正常工作状态的功能。体统总体框图如图1所示。 图1 系统整体框图 二、理论分析与计算 1、MPPT的控制方法与参数计算 实现MPPT的算法采用固定电压法。使得逆变器输入端的输入电阻等于稳压电源的内阻，即DC-AC输入电压Ud与直流稳压源Us存在如下关系：。当UinUd应增大电压，即增加SPWM波的调制比α；反之，应增大调制比α。 2、同频、同相的控制方法与参数计算 1）同频的控制方法与参数计算 我们采用频率跟踪法来实现参考信号与反馈信号的同频控制。在频率跟踪法中，我们采用测周期法来测量参考电压的频率。 ①将参考信号作为门限，用器记录在此门限内的时钟脉冲数，从而确定的频率当选定高频时钟脉冲而被测信号频率较低时可以获得很高的精度②当测得参考信号的频率f后，调节DDS使其输出正弦调制信号频率为f，则DC-AC的输出电压的频率为f，因为变压器三绕组上信号同频，故反馈信号的频率为f，即实现参考信号与反馈信号同相。本测频跟踪法是一种实时测量。 2）同相的控制方法与参数计算 我们采用沿触发同步跟踪法，其包括沿触发和相位补偿两部分。对参考信号进行过零比较获得方波信号，以其过零点上升沿作为触发信号读取正弦波表零地址进行SPWM波的调制，则逆变器输出端电压与参考信号同相，又在负载端接线性负载时，变压器三绕组上信号基本同相，且当负载端接非线性负载时，变压器三绕组上信号有相位差，差值极小，即参考信号与反馈信号存在一定范围内的相位差，故可利用软件算法在小范围内进行相位补偿，则可快速实现同相控制。 此相位补偿是依据