引言

　　目前，煤炭、石油等能源正走向枯竭，且環境污染問題也日益嚴重，新能源和可再生能源的利用已經成為世界各國的燃眉之急。作為一種無污染的可再生能源，太陽能越來越受到人們的青睞。太陽能光伏并網發電產業迅速發展對人們提出的可持續發展有重大的意義。本設計利用鎖相環倍頻、比較器過零觸發和MSP430F169單片機DA產生與輸入信號同頻同相且幅值可控的正弦波，作為DA-AC電路的輸入參考信號，其中DA-AC電路采用D類功放中自激反饋模型，利用負反饋的自激振蕩產生正弦波脈寬調制(SPWM)波，通過硬件之間的配合，實現了逆變電壓輸出及最大功率、同頻同相的跟蹤。

　　裝置方案的選用

　　DC-AC逆變方案：采用D類功放中自振蕩式模型的逆變拓撲，利用負反饋的高頻自激產生所需的PWM開關信號。此方案為閉環系統，在功率電源和負載變化時波形基本無失真，且硬件電路簡單。

　　鎖相鎖頻方案：利用鎖相環的鎖相鎖頻功能，將參考信號倍頻，產生與其同步的時鐘，以此時鐘調整輸入輸出的頻相關系。此方案完全由硬件電路實現，簡單方便。

　　最大功率點跟蹤方案：采用經典MPPT算法，對光伏陣列的輸出電壓電流連續采樣，尋找dP/dU為零的點，即為最大功率點。

　　裝置的原理框圖如圖1所示。在設計中，選用CD4046鎖相環芯片和功率MOS管IRF540等性價比較高的器件，采用基于MSP430F169單片機的經典控制算法來控制光伏并網發電模擬裝置。

　　利用鎖相環CD4046可以實現輸入信號的倍頻和同步，輸入頻率45Hz~55Hz，經256倍頻后為11.52kHz~14.08kHz信號，送給單片機作為系統同步的時鐘。單片機用DDS原理產生幅度可調的正弦信號。此時鐘作為D/A輸出的時鐘，即可追蹤輸入信號的相位和頻率。鎖相環的原理框圖如圖2所示。CD4046的內部電路與外圍電路圖如圖3所示。此正弦信號送給本設計中自閉環的DA-AC逆變器作為輸入，輸出電壓就可以與參考輸入UREF同頻同相。為保證快速鎖定，需要調整R1、R2、C1的值使鎖相環中心頻率穩定在50Hz。

　　MPPT最大功率點跟蹤的實現

　　本設計采用MSP430F169單片機作為主控芯片。它是TI公司出產的一種具有超低功耗的功能強大的16位單片機，具有FLASH存儲器。這款單片機的程序代碼空間為60KB+256B的FLASH，2KB的RAM，且具有強大的中斷功能，48個I/O引腳，每個I/O口分別對應輸入、輸出、功能選擇、中斷等多個寄存器，使得功能口和通用I/O口復用，在對同一個I/O口進行操作前要選擇其要實現的功能，這樣大大地增強了端口的功能和靈活性。該類單片機具有一個強大的16位RISC CPU（125ns指令周期），16位的寄存器以及常數發生器，能夠最大限度地提高代碼的效率。數字控制的振蕩器DCO允許在6微秒內從低功耗模式喚醒。而且，該芯片還配置了帶有3個捕獲/比較寄存器的16位定時器A和定時器B、12位快速A/D轉換器（帶有內部參考電平、采樣保持和自動掃描特性）、雙12位D/A轉換器，兩個通用同步/異步串行通訊接口USART、DMA。除此之外，該單片機還具有超低功耗的優點，運行在1MHz時鐘條件下時，工作電流視工作模式不同為0.1霢 ~280霢。