随着能源危机与环境污染等问题日益凸显,寻找清洁可再生能源以取代传统化石能源对人类社会的发展具有重要的意义。太阳能作为清洁无污染的新能源储量丰富,而随着电力电子技术的较快发展,光伏发电技术已经成为利用太阳能的最重要途径。光伏发电技术的不断成熟以及光伏电池成本的不断降低,使企业及社区等拥有了自备式光伏发电系统,但其发电功率受温度、光照以及负载扰动等因素的干扰变化较大。因此,本文提出了一种以市电为辅,光伏发电能与市电互补的自备式功率平衡光伏发电系统,并设计了能够实现市电和系统交流母线之间能量双向流动的功率平衡装置。主要内容如下:(1)提出了一种自备式功率平衡光伏发电系统,该系统以市电电网为辅助电源,当光伏发电输出功率不足为维持负载的稳定运行,由电网向系统交流母线传输不足部分的能量供给负载;当光伏发电输出功率足以维持负载的稳定运行且有多余能量时,可将多余的能量输送至市电网。市电电网和系统交流母线之间的能量双向流动通过功率平衡装置来实现。(2)研究了功率平衡装置的拓扑结构。通过分析比较交-交变换的不同拓扑结构,选择了单相电压型双PWM变流器作为功率平衡装置的主电路拓扑结构。通过对PWM整流器的四象限工作原理的分析,阐明了双PWM变流器实现能量双向流动的可行性。(3)分析了光伏电池板的MPPT控制技术,提出了两阶段的MPPT控制方法。建立了电压型PWM变流器的数学模型,分析了其电流控制方式,并依据电流内环、电压外环的双闭环控制方式对PI控制器进行了设计。提出了功率平衡装置的协调控制策略,并通过仿真进行了验证。(4)根据实际的参数需求,设计了系统的硬件电路,包括主拓扑电路和控制电路。控制电路主要有DSP及其外围电路、开关管驱动电路、电压电流信号采样调理电路等。对系统中主要元器件的参数进行了计算及型号的选择。同时设计了系统的控制软件,主要包括主控制程序和中断程序及其子程序的设计。(5)搭建了光伏发电系统功率平衡装置的实验样机,实验效果验证了提出的控制策略的有效性以及软硬件设计的正确性。最后对全文进行了总结,本文设计的光伏发电系统功率平衡装置安全性高、体积小,能够实现电网与光伏发电系统交流母线之间的功率平衡,保障负载的稳定运行,具有一定的参考价值。