家用光伏并离网发电一体化装置设计
龙涛元;李亭相克相生
【摘 要】为实现家用光伏发电剩余电能反馈入电网和自由选择光伏电能或市网为负载供电,用dsPIC30和TMS320F2812双CPU设计了一种家用光伏并离网发电一体化装置,提出了功率增量比变步长实现MPPT控制,用特定谐波消除法(SHEPWM)消除光伏逆变器输出的低次谐波,提出基于平衡管理策略实现负载总功率、蓄电池功率、光伏电池输出功率统一协调控制.经仿真和样机试验证明,功率增量比变步长MPPT法易于实现,能在1 s内快速搜索到最大功率点附近,具有较好的灵敏度和精确度,SHEPWM消除了光伏逆变器输出的3、5、7、9次谐波,获得理想的正弦波交流电压,家用光伏并离网发电一体化装置能稳定地并网或离网工作.%To make excess energy flow of houhold photo-voltaic power generation into power grid and make a free choice of using photo-voltaic energy or power grid as the supply of home load, an integrated grid-connected/stand-alone photo-Voltaic home system (IGCSPS) with dsPIC30 and TMS320F2812 is designed.The power increment ratio-variable step size (PIRVSS) is propod to complete MPPT control.Photo-Voltaic inverter
with specific harmonic elimination method (SHEPWM) has less low harmonic.A coordinated control is put forward to balance the power load, battery power, and photo-voltaic battery output power.Matlab /Simulink and the prototype test shows that MPPT with power increment ratio-variable step size was implemented easily and has outstanding nsitivity and precision.The converter with SHEPWM could output nice sinusoidal voltage without 3, 5,7 and 9 harmonic.IGCSPS can work steadily between grid-connected and stand-alone.
【期刊名称】《通信电源技术》
【年(卷),期】肺主治节2017(034)002
野苋菜的功效与作用【总页数】3页(P87-89)
【关键词】MPPT;功率增量比变步长法;dsPIC30;TMS320F2812;SHEPWM
学生怎么减肥【作 者】龙涛元;李亭
【作者单位】中山火炬职业技术学院,广东 中山 528436;广东工程职业技术学院,广东 广州 510520
【正文语种】中 文
家用光伏发电在国内外得到政策性鼓励，我国已经出台了家用光伏发电鼓励政策。目前研究家用光伏发电系统多为独立运行离网型系统或并网型系统，IGCSPS研究较少。IGCSPS系统能将富裕光伏电能反馈电网，也能自由选择光伏电能或市网为负载供电。光伏发电从太阳能电池到用户负载和市网,需要经过最大功率获取，能量存储，逆变等相关设备才能最大利用太阳能和得到高质量的电能。太阳能电池最大输出功率跟踪的算法已取得很多成果，但误判、速度和精度矛盾、硬件要求高、算法复杂难实用化是现有算法主要存在的缺陷[1-6]。为了获得高质量的正弦交流电，科技人员研究了大量光伏逆变器输出波形的消谐技术。 SHEPWM技术是一种接近理想正弦波的调制技术，能通过脉宽平均法把逆变器输出的方波电压转换成等效的正弦波，以消除特定的谐波。在半个周期的电压波形上，设置N个“缺口”，可实现N种谐波消除[7-13]。
本文用dsPIC30和TMS320F2812设计了光伏并离网发电一体化装置，能实现离并网工况切
柏木属换、MPPT控制、储能控制、逆变控制，提出了功率增量比变步长MPPT控制算法，用单极性SHEPWM调制方式消除3、5、7，9低次谐波获得理想的正弦交流电压，对太阳能电池输出功率，负载总功率,以及蓄电池存/输出功率提出统一协调控制管理策略。
1.1 光伏并离网发电一体化系统结构
家用IGCSPS结构如图1，用dsPIC30和TMS320F2812(DSP)双CPU为装置的控制器，其中dsPIC30高性能处理器实现太阳能电池最大输出功率跟踪，并实时将太阳能电池输出参数发送给DSP实现其他功能控制。
1.2 功率增量比变步长MPPT系统设计
为了避免最大输出功率跟踪误判，以及具有一定跟踪精度和易于实现，本文提出了基于功率增量比变步长MPPT控制算法。以图2说明该算法工作原理。Un、Pn分别为本次采样的电压和功率，Un-1、Pn-1分别为上一次采样的电压和功率分别为本次附加固定微步长Δu采样的电压和功率。用ΔU表示可变扰动电压步长，其中为本次扰动电压步长，ΔPn和ΔPn-1分别为本次功率增量和上一次功率增量。根据图3所示，固定光照强度或微光照强度变化下，
离最大功率点Pm较远处功率增量ΔP与电压增量ΔU比值近似不变，且比值绝对值较大，而在峰值附近比值绝对值急剧减小，在峰值处为0。为了实现在远离峰值处大步长搜索Pm点，而在Pm附近微步长搜索，满足速度、精度、微振荡性能，设置步长系数F(ΔP)：
下一次可变扰动电压步长:
大步长搜索可能直接从Pm点左侧跑至右侧，或光照突变时误判为在Pm右侧，为了避免这种情况发生，本次采样取得Un、Pn后，立即再采样微步长Δu增量下的通过能有效判断出工作点位置，即在左侧，反之右侧。在左侧MPPT寻优过程中，式(3)说明在Pm远处，基本以大步长ΔU速度搜索。在Pm附近，P—U的非线性特性使得扰动功率ΔP减小，那么下一次的扰动电压ΔUn+1也会不断减小，这保证了不会出现固定大步长搜索直接从左侧到右侧的情况，能逐步实现在Pm附近以微小步长搜寻。如果出现说明工作点已经非常靠近Pm点，且在右侧，此时变步长因子为其绝对值非常小，且趋向于0，在Pm附近微振动。
1.3 基于SHEPWM调制技术的光伏逆变器
渴的组词主电路采用全桥逆变电路，TMS320F2812为控制器，用SHEPWM调制算法生成4路独立
信号控制全桥逆变电路。单相全桥逆变电路控制用单极性SHEPWM调制方式，其调制技术输出波形如图3，为了简化计算和消除输出谐波中的余弦项，选择了1/4周期对称方法，a1,a2，…，aN为N个开关点对应的可控开关角量。
图3波形因1/4周期对称，则an=0，只存在bn。定义基本分量幅值与直流母线电压关系为M，对于单相对称输出情况，需要满足输出电压基波幅值要求，还需要消除3、5、7、9、11、13次谐波含量，对图3输出电压Uab进行傅立叶分解，可以得到方程组：
王元虎式中，a1<a2<，…，<aN<π/2，考虑开关数N不小于3的时候，最低次谐波是主导成分，其他谐波幅值很小，在实际应用中可以忽略，故本文取N=5，n=3、5、7、9。
文中用Matlab的非线性方程fsolve函数求出不同M对应的开关角度, 具体计算过程由于篇幅限制，不做赘述。TMS320F2812有丰富的资源，例如足够的存储空间用来存放开关状态表，与上位机通讯的微机接口，多路PWM生产器，能够实现基于SHEPWM调制方式的4路PWM控制信号。
1.4 能量管理策略
为提高能量利用效率，DSP接受电压和电流传感器的检测信号和dsPIC30发送的光伏参数，实现对太阳能电池输出功率，负载功率，以及蓄电池存/输出功率统一协调控制。能量统一协调控制的基本思想是保证满足负载所需能量的前提下，将太阳能电池输出功率反馈至电网，或存储在蓄电池组中。
成品舞用PL表示家用负载总功率，Pv表示光伏电池输出功率，Pbat表示蓄电池组能提供的功率。系统启动自动工作在市电网单独供电状态下，DSP接受dsPIC30发送的太阳能电池输出功率Pv，检测蓄电池能量存储状态，以及检测家用当前总负载功率PL，考虑家用负载随机波动性，设置一个余量因子K，根据上述参数相互关系，实现能量协调控制。能量管理流程如图4。
用Matlab/Simulink建立仿真模型。仿真条件：太阳能电池组件参数Uoc=420 V，Im=8.08 A，Um=325 V，BOOST参数L=200 μH，Ci=100 μF，工作频率f=60 kHz。在仿真时间0～1 s内：0～0.2 s辐照强度800 W/m2，0.2～0.75 s辐照强度1 000 W/m2，0.75～1 s辐照强度500 W/m2，功率比增量比变步长MPPT算法仿真结果如图5。
MPPT启动后，图5证实了功率增量比变步长MPPT算法能够使功率快速地到达最大值，在
辐照强度变化后，也能迅速到达新的最大功率值，且在辐照不变的情况下，能够稳定运行，振动小。
搭建基于TMS320F2812和dsPIC30双CPU的家用光伏并离网发电一体化装置样机。样机接入4 kW的太阳能电池组件，开路电压354 V，Um=290 V，Isc=14.8 A，Im=13.78 A。运行系统得到太阳能电池侧平稳工作电压实验结果如图6，网侧电压电流波形如图7，反映了系统能正常实现MPPT和网侧电压电流同相。
本文设计了IGCSPS，提出了基于功率增量比变步长MPPT算法，理论分析和实验结果证实了该算法能有效跟踪最大输出功率，且有很好的动态性能和稳态性能。文中用1/4周期对称的SHEPWM单极性调制方法完成DC-AC，能够特定消除3、5、7、9低次谐波；对太阳能电池输出功率、蓄电池功率、负载总功率统一协调控制，系统能正确在各种工况之间切换，工作稳定。
【相关文献】
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