基于MATLAB的单相光伏并网逆变系统的设计.pdf

广西民族大学学报(自然科学版)
第14卷第4期JOURNALOFGUANGXIUNIVERSITYFORNATIONALITIESVol.14No.4
2008年11月(NaturalScienceEdition)Nov.2008

基于MATLAB的单相光伏
并网逆变系统的设计3

张天瑜
(无锡市广播电视大学机电工程系,江苏无锡214011)

摘要:针对小功率光伏并网发电系统,提出一种基于数字信号处理器控制的新颖单相光伏并网逆变系
统的设计.根据系统的结构和控制原理,设计出最大功率跟踪算法和锁相环的软件设计流程图.
仿真和实验的结果表明并网电流与电网电压基本同频同相,并网系统的功率因数近似为1,完全
满足设计的要求.
关键词:光伏并网;最大功率点跟踪;扰动观察法;数字锁相环;Sandia频移
中图分类号:TM615文献标识码:A文章编号:1673-8462(2008)04-0061-06

0引言
太阳能作为一种便捷和新型的可再生能源在最近几年得到了广泛的应用.相对于其他能源而言,太阳能具
有储量大、清洁环保、易于利用等优点.因此太阳能的利用越来越受到人们的广泛重视,它已逐渐成为理想的替
代能源.太阳能光伏发电是直接将太阳光转换为电能的一种发电形式.研究合理利用太阳能并加以控制这是国
内外学术界和工业界的一个热点课题[1].设计了一种新颖的太阳能光伏电池并网逆变器,它可以将太阳能电池
板产生的直流电直接转换为220V/50Hz的正弦交流电提供给电网.同时介绍了该太阳能光伏并网逆变系统
的电路结构并重点论述了逆变器部分的控制原理和方法.

1单相光伏并网逆变系统设计介绍

光伏逆变电源的主电路拓扑结构如图1所示.其中T1～T4是功率器件,组成逆变桥,D1～D4是对应的反
向并联二极管,起反向续流的作用.主电路采用工频变压器TR来保证逆变电压和电网电压的匹配,并且使得
电网电压和发电系统相互隔离[2,3].在系统中,太阳能电池板输出额定电压为50～100V的直流电通过DC/DC
变换器转换为400V的直流电,接着经过DC/AC逆变器得到220V/50Hz的交流电,保证了并网电流与电网
电压的同频同相.为了便于实现最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking,MPPT)的控制方案,采用
同一块控制芯片TMS320LF2407A进行协调控制,这不仅可以保证并网系统的可靠运行而且还能提供高品质
的并网电流.

3收稿日期:2008209216.
作者简介:张天瑜(19802),男,江苏无锡人,无锡市广播电视大学机电工程系讲师,江南大学05级控制工程硕士研究生,主
要从事电力电子、通信、控制、小波领域的研究工作.

61
广西民族大学学报(自然科学版)2008年11月第14卷

2并网控制策略
2.1最大功率点跟踪
太阳能电池的MPPT是光伏系统中一个不可缺少的组成部分,太阳能电池阵列的开路电压和短路电流在
很大程度上受光照强度和温度的影响,因此系统的工作点也会飘忽不定,这必然导致系统效率的降低.为此,太
阳能电池阵列必须实现MPPT控制,以便太阳能电池阵列在任何光照下不断获得最大功率输出.光伏并网系
统中通过对太阳能电池阵列最大功率点的跟踪,实现并网电流的最大化,从而保证并网功率最大.太阳能电池
阵列的输出功率特性曲线如图2所示.常用的MPPT实现方法有:扰动观察法、定电压跟踪法、功率回授法以
[4～7]
及增量电导法等.本系统采用扰动观察法来实现最大功率点的跟踪.其原理是先扰动输出电压值(UPV+
△U),再测量其功率变化,与扰动之前功率值相比,若功率值增加,则表示扰动方向正确,可朝同一方向(+
△U)扰动;若功率值减小,则往相反方向(-△U)扰动.该方法的最大优点在于其结构简单,被测参数少,通过
不断扰动使阵列的输出功率趋于最大,即使跟踪已经达到最大功率点附近,扰动依然继续.

图1光伏逆变电源的主电路拓扑结构图2太阳能电池阵列的输出功率特性曲线

2.2并网电流控制策略
与常规的逆变器控制相比,光伏并网逆变器的输出对象是一个扰动的电网电压,逆变器的输出电流要求与
～
其同频同相.针对这些特点,提出一种基于多变量双环控制与同步锁相相结合的综合控制策略[813],其控制框
图如图3所示.在图3中,内环控制系统采用基于并网电流的瞬时值反馈法,用于电流的实时跟踪.附加外环的
目的是为了消除单独采用内环控制时存在的原理性误差.外环控制系统的工作原理是在电网过零点到来时,通
过幅度和相位检测器分别检测出并网处的幅值和相位,经PI调节后产生辅助参考电流以补偿只用单环控制产
生的幅值和相位误差.辅助参考电流与同步锁相环产生的主参考电流相加后作为内环的参考电流.这样由外环
与内环的共同作用保证了并网电流对主参考