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摘要：介绍了太阳能光伏并网发电系统的组成，阐述了对最大功率点进行跟踪的控制方法，对系统的主电路和基于DSP芯片TMS320F2812的控制电路进行了详细的分析。
　　关键词：DSP；光伏并网；发电系统
　　中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 04-0037-02

一、引言
　　能源是国民经济发展和人民生活水平提高的动力源。经济和社会发展，人口的快速增长和人民生活水平的提高，对化石能源消耗比例已经很大，未来世界能源消费将继续增长，发展新能源已成为当务之急。在自然界中，最丰富的能量来源是太阳能。太阳能作为一种新型的绿色可再生资源，越来越多地进入生活的各个领域，包括太阳能发电成为主要研究方向为利用太阳能。
　　利用太阳能光伏发电系统容量合适的逆变器连接到公共电源线和发电，光伏发电系统的网格功能，不需要分布式光伏发电的储能方面成为主力之一。被转换成交流电的电池产生的直流高效率的光伏发电系统的逆变器电路。该系统采用了基于DSP的并网光伏系统。

二、系统组成
　　光伏并网系统主要由光伏阵列，逆变器和控制器。光伏阵列太阳能转化为电能的太阳能电池的输出通过日照强度，电池结温的因素。在一定的温度和日光照射的强度下，太阳能电池的最大功率点。成正弦交流到光伏电池的最大功率点跟踪控制，以及逆变器电网中的电流波形和功率，以获得最大的发动机功率的网格控制器由光伏阵列产生的直流电力转换器电网。图1为模拟光伏并网发电系统结构框图

三、MPPT控制
　　为了实现光伏阵列以保持工作在最大功率点，需要高功率点跟踪观察。MPPT的实现实际上是动态的自我优化的过程中，阵列电流输出电压和电流检测，得出当前阵列输出功率，通话已存储阵列的电源相比，舍小存大的规律。不停止的循环，数组的动态最大功率点。现在经常使用的方法有固定电压法，扰动观察法，电导增量法。在这个阶段的研究将专注于简单，高稳定性的控制算法，如最优梯度法，模糊逻辑控制方法，神经网络控制法，取得了显着的跟踪控制效果。
　　在这个系统中使用的是先进的扰动观察法（P&O）。小的步骤来改变输出的光伏阵列中的每一个控制周期的太阳能系统控制器，在某些方向改变的步长是可以通过增加或减少，控制对象可以是光伏阵列的输出电压或电流，这方法，是被称为“干扰”。检测到的直流电压和电流采样信号后得到的乘数这个功率值，与以前的功率值比较后，如果保持当前的扰动方向相同，反之亦然，改变扰动方向变大的功率值。因此，实际的光伏阵列的工作点可以逐步接近这个最大功率点，并最终将达到稳定状态往复在附近的一个较小的范围内。该算法可以得到跟踪速度快，但精度相对较差，达到稳定状态后，小步骤正好相反。因此，扰动的振幅的大小应减少能量损失，并加快跟踪速度两者之间做一个权衡。扰动观测方法简单，可靠，易于实现。

四、主电路设计
　　图2所示为光伏并网系统主电路。其中比较关键的部分就是DC-AC逆变器。逆变器主功率元件的选择也至关重要。小容量低压系统较多地使用功率场效应管（MOSFET），它具有较低的通态压降和较高的开关频率；但MOSFET随着电压升高其通态电阻增大，因而在高压大容量系统中一般采用绝缘栅双极晶体管（IGBT）；而在特大容量系统中，一般采用可关断晶闸管（GTO）作为功率元件。
　　系统采用带工频变压器结构的光伏逆变系统。其最大优点是逆变器在低压侧，因此逆变桥可以采用高频低压器件MOSFET，节省了初期投资；而且逆变器的控制在低压侧实现，使得控制更易实现。图中D1～D4是T1～T4对应的反并联二极管，电感L与电容C构成LC滤波器，T为工频变压器。其最基本的工作原理：当开关T1，T4闭合，T2，T3断开时，负载电压为正；当开关T1，T4断开，T2，T3闭合时，负载电压为负。这样就把直流电变成了交流电，改变两组开关的切换频率，就可以改变输出交流电的频率。本系统逆变电路的驱动信号采用正弦波脉宽调制方式（SPWM），利用该方式可以获得低失真、低谐波和高品质的正弦输出电流波形。

五、控制电路设计
　　该系统采用的处理器为美国德州仪器公司（TI公司）推出的32位定点DSP芯片（TMS320F2812）。图3是基于DSP的控制电路的方框图。系统采用霍尔电压VSM025，电流传感器CSM005对输入、输出电压、电流信号进行采样。DSP的高速运算和强大的比较单元，你可以很容易地得到SPWM波形控制逆变器开关T1?T4导通和关断。检测到的信号是美联储同时欠压，过电流保护电路与设定值比较，欠压，过流关断SPWM输出事件。
　　由于DSPI/O端口电压为3.3V，因此输入、输出电压、电流信号需要经过信号调理后才能送入AD。同样的SPWM信号需要经过驱动电路后才能带动T1～T4。图4为信号调理电路。
　　该部分电路的设计中采用了高精度运算放大器电路OP07。OP07是一种高精度单片运算放大器，具有很低的输入失调电压和漂移。OP07的优良特性使它特别适合作前级放大器，放大微弱信号。同时，在运放调理电路的输入前，加入了一级射极跟随器，该跟随器的输出电压与输入电压相等，对前级电路呈高阻状态，对后级电路呈低阻状态，因而对前后级电路起到“隔离”作用。电压、电流传感器的运放调理电路完全一样。而驱动电路则采用MOSFET专用驱动芯片IR2111。
　　DSP产生的SPWM信号经过高速光耦PC923隔离后送到驱动电路。IR2111自身可对输入的两个通道信号之间产生700ns的延时，保证了加到被驱动的逆变桥中同桥臂上的两个功率MOSTET的驱动信号之间有一死区时间，从而防止了两桥臂发生直通造成短路的危险。

六、软件设计
　　由于DSP芯片TMS320F28016的Flash仅有16K×16，为了
　　达到响应时间尽量短的要求，DSP芯片的程序设计选择使用汇编语言实现。本系统软件程序主要由基于DSP的主控单元和利用单片机89C516控制的LCD、LED显示两大部分组成。下面给出在两个部分中的一个程序的流程图，图5，图6所示。

七、结语
　　本系统采用国内外先进的DSP数字处理芯片TMS320F28016，可以极大地提高了整个系统的效率和实时响应，DSP数字处理芯片，以提供一个功能强大，可以实现复杂的控制算法，极大地提高了作为一个整体的系统的功能。

参考文献：
　　[1]冯垛生.太阳能发电原理与应用[M].北京：人民邮电出版社，2007，7.
　　[2]滨川圭弘.太阳能光伏电池及其应用[M].北京：科学出版社，2004.