PIC16F877A的光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置設計

摘要：并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)以PIC16F877A單片機為核心，由DC-AC逆變電路、LC濾波電路、工頻變壓隔離器及調理電路構成。系統(tǒng)具有最大功率點(MPPT)、頻率相位跟蹤功能；具有過流、欠壓、過壓等保護功能，當系統(tǒng)故障排除后還可自動恢復正常工作；具有LCD液晶顯示，具備良好的人機交互能力。
關鍵詞：DC-AC逆變；SPWM；頻率相位跟蹤；最大功率點跟蹤

引言
新能源是21世紀世界經(jīng)濟發(fā)展中最具決定力的五大技術領域之一。太陽能是一種清潔、高效和永不衰竭的可再生能源，是滿足未來全球電力需求的法寶。能源短缺、環(huán)境污染等問題的日益突出使太陽能電池備受青睞。當前太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，利用現(xiàn)代電能變換技術實行光伏逆變控制，具有很好的潛力。本文將單片機技術與SPWM技術相結合，設計了一種用軟件產(chǎn)生SPWM波的方法。結合功率器件具有高速、大電流的特點，研制出光伏并網(wǎng)的逆變電源，通過改變調制深度(即采用不同的脈寬組)實現(xiàn)了良好的穩(wěn)壓控制。系統(tǒng)能夠實現(xiàn)頻率相位跟蹤，具有過流、過壓、短路保護(報警并停止輸出SPWM波)等功能，自動穩(wěn)壓性能好，輸出波形失真小，可為工業(yè)上實現(xiàn)光伏并網(wǎng)提供參考。
研究電能逆變技術不僅對提高能源利用率、減少污染具有巨大的作用，而且還能滿足各種用電設備對不同電壓、頻率的需求。

1 系統(tǒng)設計任務
設計并制作一個光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置，其結構框圖如圖1所示。用直流穩(wěn)壓電源Us和電阻Rs模擬光伏電池，Rs=30～36 Ω；UREF為模擬電網(wǎng)電壓的正弦參考信號，頻率fREF為45～55 Hz；T為工頻隔離變壓器，變比n2：n1=2：1，n3：n1=1：10，將UF作為輸出電流的反饋信號；負載電阻RL=30～36Ω。

2 系統(tǒng)設計思路
2．1 系統(tǒng)框圖及工作原理
圖2為系統(tǒng)框圖。系統(tǒng)以PIC16F877A單片機為核心，由I／O口產(chǎn)生的SPWM信號控制DC-AC逆變電路，通過LC濾波器獲得正弦波；經(jīng)過工頻變壓器耦合分兩路輸出，一路作為輸出電壓供用戶使用，另一路作為反饋信號，與外接基準信號比對，經(jīng)調理電路，利用單片機的捕捉模塊和外部中斷實現(xiàn)相位和頻率的跟蹤；當改變外部基準電壓頻率時，輸出的正弦波也隨之改變；系統(tǒng)中還設有過流、欠壓、過壓等各種保護功能，保證系統(tǒng)安全可靠地工作。利用A／D模塊采樣電源電壓和輸入電壓，通過調節(jié)調制度m，使Ud=Us／2，實現(xiàn)最大功率點跟蹤；此外系統(tǒng)由LCD液晶實時顯示電流、電壓及頻率。

2．2 電壓SPWM波的產(chǎn)生
正弦脈寬調制原理是建立在脈沖調制波的等面積設計的基礎上，使每段矩形波的面積等于對應段正弦電壓波的面積。采用對稱規(guī)則采樣法去逼近正弦波，從而可求得SPWM的導通時間：

其中m1，為淵制率，N為SPWM載波周期數(shù)，載波周期為T0，則逆變輸出調制電壓的周期T=N·T0。由(1)式可知，改變調制比m，可改變SPWM的導通時間，即改變輸出電壓的幅度。
根據(jù)(1)式，利用PIC6F877A內含的16位定時器，可用軟件算法結合I／O口實現(xiàn)相位相反的2路SPWM信號。