随着能源危机问题的不断加剧,寻找替代能源的紧迫性已越来越高。作为一种可再生清洁能源,太阳能取之不尽用之不竭,已被作为化石能源的替代能源,被广泛开发和利用。目前,太阳能的利用方式主要是发电。太阳能发电可以采用光伏并网发电系统将光能转换成电能再并入电网。因此,光伏并网发电系统的研究与设计具有十分重要的意义。本文的目的在于研究和设计一款小型光伏并网发电系统,主要内容包括以下几个方面:(1)对光伏电池的阵列形式和电路拓扑进行了介绍、对比和研究,从中选择了集中式阵列、升压型斩波器、电压-隔离型逆变器和LCL滤波电路。在此基础上,直接给出了系统的总体设计方案,并对光伏并网发电系统的工作过程进行了叙述。(2)从光伏电池内部的PN结着手,运用电力电子学详细地探究了光伏电池的工作原理。建立等效电路模型,运用模型推导得到了光伏电池的输出特性,揭示了最大功率点跟踪(MPPT)的意义。通过对MPPT原理的研究,选择干扰观测法作为本文MPPT算法。(3)给出了硬件设计框架,分别对主电路、控制电路和辅助电源电路进行了详细的设计。在进行主电路设计时,给出了设计指标,并据此对斩波电路、逆变电路、滤波电路和变压器进行了设计,给出了计算公式和结果,确定了器件选型。另外,控制电路包括功率驱动电路、保护电路、电压和电流采样电路。(4)对坐标变换进行了推导,根据坐标变换对控制系统的双闭环参数进行了设计。介绍了主程序和中断子程序的作用,并对主程序、MPPT、双闭环和SVPWM中断子程序进行了设计。(5)搭建了 Simulink仿真模型,进行了仿真分析。仿真结果显示,系统启动后,MPPT控制下的直流输出电压能够很快上升至稳定值,且超调量较小。即使光照强度发生突变,直流电压也能很快恢复至稳定值。另外,逆变器交流侧、变压器高压侧的交流电压和电流波形均十分正弦,相位和幅值也符合设计要求。因此,仿真结果验证了本文光伏并网发电系统设计的正确性。