基于SPWM的2009全国大学生电子设计大赛光伏并网发电模拟装置

2009年全国大学生电子设计大赛电源类A题的光伏并网发电模拟装置是一项结合了光伏能源利用和电力系统控制技术的创新项目。该装置基于光伏发电原理，采用了正弦波脉宽调制（SPWM）技术作为核心控制策略，以单片机和大规模可编程阵列逻辑器件（FPGA）为控制器，旨在模拟真实的光伏并网发电过程。 系统设计的关键组件包括： 1. **DC-AC主回路拓扑**：为了确保电压输出的准确性，选择了全桥式电路作为主回路拓扑，因为它能提供更高的功率输出和效率，同时输出电压更加对称，易于滤波。这种电路结构使得在工作频率适中的情况下，逆变器的效率得以显著提升。 2. **SPWM控制**：采用数字采样法，通过将正弦波和三角波波形存储在存储器中，由数字信号处理器（DSP）生成精确的SPWM波形，这种方法具有高可靠性、可编程性和精确控制的优点，能有效避免模拟调制方法中的参数漂移和噪声干扰问题。 3. **最大功率点跟踪（MPPT）**：采用了增量电导法，通过对光伏电池电压和电流的实时采样，通过比较电导增量与瞬时电导的变化来调整控制信号，确保始终处于最大功率点，提高了太阳能转化效率。 4. **频率与相位跟踪**：系统具备频率跟踪和相位跟踪功能，通过不同的算法如频率跟踪法和沿触发补偿跟踪法，确保了电网频率的稳定连接和相位同步。 5. **保护机制**：系统内置欠压和过流保护，一旦检测到异常，能够自动恢复，保障了整个系统的安全性。 6. **隔离与电气安全**：系统对强弱电部分进行了隔离，既防止了电路间的相互干扰，也确保了弱电设备的安全。 7. **性能指标**：主回路DC-AC变换器的效率超过80%，负载电路输出电压失真度小于1%，显示出高效率和高质量的电力转换能力。 8. **人机交互**：系统设计有友好的用户界面，可以实时监测并显示变换器效率、频率等关键参数，方便用户操作和维护。 该项目展示了参赛者对于现代电力电子技术的深入理解和实践能力，特别是在新能源发电和电力系统控制领域的专业知识运用。