基于MSP430的光伏并网发电模拟装置设计方案

目前，煤炭、石油等能源正走向枯竭，且环境污染问题也日益严重，新能源和可再生能源的利用已经成为世界各国的燃眉之急。作为一种无污染的可再生能源，太阳能越来越受到人们的青睐。太阳能光伏并网发电产业迅速发展对人们提出的可持续发展有重大的意义。本设计利用锁相环倍频、比较器过零触发和MSP430F169单片机DA产生与输入信号同频同相且幅值可控的正弦波，作为DA-AC电路的输入参考信号，其中DA-AC电路采用D类功放中自激反馈模型，利用负反馈的自激振荡产生正弦波脉宽调制（SPWM）波，通过硬件之间的配合，实现了逆变电压输出及最大功率、同频同相的跟踪。
　　装置方案的选用
　　DC-AC逆变方案：采用D类功放中自振荡式模型的逆变拓扑，利用负反馈的高频自激产生所需的PWM开关信号。此方案为闭环系统，在功率电源和负载变化时波形基本无失真，且硬件电路简单。
　　锁相锁频方案：利用锁相环的锁相锁频功能，将参考信号倍频，产生与其同步的时钟，以此时钟调整输入输出的频相关系。此方案完全由硬件电路实现，简单方便。
　　最大功率点跟踪方案：采用经典MPPT算法，对光伏阵列的输出电压电流连续采样，寻找dP/dU为零的点，即为最大功率点。
　　装置的原理框图如图1所示。在设计中，选用CD4046锁相环芯片和功率MOS管IRF540等性价比较高的器件，采用基于MSP430F169单片机的经典控制算法来控制光伏并网发电模拟装置。
　　
　　图1 装置原理框图
　　理论分析及参数设置
　　频率跟踪电路的设计
　　利用锁相环CD4046可以实现输入信号的倍频和同步，输入频率45Hz~55Hz，经256倍频后为11.52kHz~14.08kHz信号，送给单片机作为系统同步的时钟。单片机用DDS原理产生幅度可调的正弦信号。此时钟作为D/A输出的时钟，即可追踪输入信号的相位和频率。锁相环的原理框图如图2所示。CD4046的内部电路与外围电路图如图3所示。此正弦信号送给本设计中自闭环的DA-AC逆变器作为输入，输出电压就可以与参考输入UREF同频同相。为保证快速锁定，需要调整R1、R2、C1的值使锁相环中心频率稳定在50Hz。