3.1控制系統(tǒng)簡介
　　控制系統(tǒng)以TI公司高性能DSP控制芯片TMS320F2812為核心，可以實現(xiàn)反饋信號的處理和AD轉(zhuǎn)換、DC/DC變換器和PWM逆變器控制脈沖的產(chǎn)生、系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)視和控制、故障保護和存儲、485通訊等功能。實際電路中的中間電壓VDC、網(wǎng)壓、并網(wǎng)電流和太陽能電池的電壓電流信號采樣后送至F2812控制板。控制板主要包括以下幾個部分:CPU及其外圍電路，信號檢測及調(diào)理電路，驅(qū)動電路及保護電路。其中信號檢測及調(diào)理單元主要完成強弱電隔離、電平轉(zhuǎn)換和信號放大及濾波等功能，以滿足DSP控制系統(tǒng)對各路信號電平范圍和信號質(zhì)量的要求。驅(qū)動電路起到提高脈沖的驅(qū)動能力和隔離的作用。保護邏輯電路則保證發(fā)生故障時，系統(tǒng)能從硬件上直接封鎖輸出脈沖信號。
3.2 控制方法
(1) 控制理論的推導
　　在實現(xiàn)同頻的條件下可用矢量進行計算從圖2可以看出逆變器輸出端存在如圖3a所示的矢量關(guān)系對于光伏并網(wǎng)逆變器的輸入端存在如公式(1)的基本矢量關(guān)系式:
Vac＝Vs＋jωL·IN＋RS·IN  (1)
式中， Vac——電網(wǎng)基波電壓幅值;
  VS——逆變器輸出端基波幅值。
　　在網(wǎng)壓Vac(t)為一定的情況下IN(t)幅值和相位僅由光伏并網(wǎng)逆變器輸出端的脈沖電壓中的基波分量Vs(t)的幅值，及其與網(wǎng)壓Vac(t)的相位差來決定。改變Vs(t)的幅值和相位就可以控制輸入電流IN(t)和Vac(t)同相位。PWM整流器輸入側(cè)存在一個矢量三角形關(guān)系，在實際系統(tǒng)中RS值的影響一般比較小，通常可以忽略不計得到如圖3b所示的簡化矢量三角形關(guān)系。

圖3　控制矢量圖

　　在一個開關(guān)周期內(nèi)對上式進行周期平均并假設(shè)輸入電流能在一個開關(guān)周期內(nèi)跟蹤電流指令即可推導出公式(3):

 (3)

　　式中，K＝ L/TC，TC為載波周期。
　　從該模型即可以得到本系統(tǒng)所采用的圖3所示的控制框圖。此方法稱為基于改進周期平均模型的固定頻率電流追蹤法。
(2) 逆變器控制框圖

圖4　逆變器控制框圖

　　圖4所示為逆變器的控制框圖。其中參考電壓Vref與光伏電池實際輸出電壓VDC相比較后，誤差經(jīng)PI調(diào)節(jié)得到電流指令I(lǐng)*，再與正弦波形相乘得到正弦指令I(lǐng)ref，Iref與實際輸出的電流相比較后，誤差經(jīng)P調(diào)節(jié)后得到的值(物理意義上就相當于逆變器輸出側(cè)電感上產(chǎn)生的電壓)與網(wǎng)壓Vac(t)相加得到的波形與三角波比較，便產(chǎn)生了4路PWM波控制逆變器開關(guān)管的通斷，這樣就實現(xiàn)了光伏電池輸出電壓基本工作在Vref附近，系統(tǒng)輸出正弦電流波形幅值為I*。
　　方案中對并網(wǎng)電流的采用了固定開關(guān)頻率的控制方法。固定開關(guān)頻率控制是將電流誤差P調(diào)節(jié)后作為調(diào)制波與三角載波比較產(chǎn)生PWM波。其缺點是必須與實際電流存在偏差才能產(chǎn)生PWM波。因此在固定開關(guān)頻率控制的基礎(chǔ)上有所改進，加人了交流側(cè)網(wǎng)壓Vac的計算，即電流誤差信號Iref經(jīng)過PI調(diào)節(jié)后與Vac相加，得到的值再與三角載波進行比較。Δi在物理意義上就相當于逆變器輸出側(cè)電感上產(chǎn)生的電壓。Δi×P與Vac之和，就相當于逆變器輸出脈沖電壓，這樣構(gòu)成的矢量圖與逆變器輸出向量圖一致。改進的固定開關(guān)頻率的控制策略在保持原有優(yōu)點的同時，電流跟蹤誤差顯著減小，改善了PWM整流器的電流跟蹤性能。

4　最大功率跟蹤和反孤島效應的檢測
　　MPPT控制的最終目的在于動態(tài)的追尋太陽能電池板的最大功率點。常用的方法有固定電壓跟蹤法、擾動觀測法、導納微增法和間歇掃描跟蹤法。本文采用的是最后一種方法。這種方法的原理是定時掃描太陽能電池板陣列的輸出功率，然后逐次比較，直到追蹤到最大功率點。由于電池板最大功率點受光照的影響變化不是很劇烈，所以本文作者對這種方法進行了改進，只需要在最大功率點附近搜索掃描即可找到最大功率點。改進后的間歇掃描法控制及保持了跟蹤的控制精度有提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。
　　所謂孤島效應就是當電力公司的供電系統(tǒng)，因故障事故或停電維修等原因而停止工作時，安裝在各個用戶端的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)未能即時檢測出停電狀態(tài)而迅速將自身切離市電網(wǎng)絡，因而形成了一個由光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)向周圍負載供電的一個電力公司無法掌握的自給供電孤島現(xiàn)象。
其具體實現(xiàn)思想就是:系統(tǒng)通過軟硬件電路周期性地檢測出相鄰兩次電網(wǎng)電壓過零點的時刻，計算　出電網(wǎng)電壓的頻率f，然后在此頻率f的基礎(chǔ)上引入偏移量△f,最后將頻率(f士△f)作為輸出并網(wǎng)電流的給定頻率，并且在電網(wǎng)電壓每次過零時使輸出并網(wǎng)電流復位。那么，當電網(wǎng)無故障時，負載上的電壓頻率即為電網(wǎng)電壓頻率，因此DSP每次檢測到的電網(wǎng)電壓頻率基本不變;而當市電脫網(wǎng)時，光伏陣列的輸出并網(wǎng)電流單獨作用于負載上，由于輸出并網(wǎng)電流頻率的逐周期偏移，所以，DSP每次檢測到的負載電壓頻率就會相應地改變，這樣，就形成了給定輸出并網(wǎng)電流頻率的正反饋，使得負載電壓的頻率很快就會超過頻率保護的上、下限值從而使系統(tǒng)有效檢測出市電脫網(wǎng)，因此，主動頻率偏移法使系統(tǒng)具有了良好的反孤島效應功能。

5　實驗結(jié)果
　　根據(jù)以上設(shè)計方案，已在搭建完成額定功率1.5kW的光伏并網(wǎng)實驗裝置。輸入為100－300V，輸出并網(wǎng)電流為4.5A。輸出功率約為1kW，頻率為50Hz。并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓同相同頻，功率因數(shù)接近為1。實驗波形如圖５所示。

圖5　500W實驗時輸出電流電壓波形

6　結(jié)束語
　　本文介紹的小功率光伏并網(wǎng)逆變器采用改進的固定開關(guān)頻率的電流控制并網(wǎng)方案，使輸出功率因數(shù)接近為1。采用TMS320F2812作為控制芯片，使系統(tǒng)具有很好的動態(tài)相應，保護完善，提高了并網(wǎng)效率。運用了具有最大功率跟蹤和反<