光伏發(fā)電畢業(yè)論文---光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變控制器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p>　　光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變控器制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　THE RESERCH ON PHOTO VOLTAIC GRII-CONNECTED INVERTER</p><p>　　題 目 光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變控制器系統(tǒng)的設(shè)計(jì) </p><p>　

2、　學(xué)生姓名 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　系 別 物 電 系 </p><p>　　專 業(yè) 電氣工程及其自動化 </p><p>　　屆 別

3、 2011 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　職 稱 講師 </p><p><b>　　摘要3</b></p><p><

4、;b>　　第一章 緒論4</b></p><p>　　1.1光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器的研究背景及現(xiàn)狀4</p><p>　　1.2光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器研究的目的5</p><p>　　第二章 光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)的理論分析.............................................................

5、....7</p><p>　　2.1太陽能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)總拓?fù)鋱D7</p><p>　　2.2逆變器的電路原理8</p><p>　　2.2.1 逆變器的電路原理8</p><p>　　2.2.2 逆變器的逆變傳統(tǒng)技術(shù)8</p><p>　　2.2.3 逆變器的SPWM控制技術(shù)................

6、..................................................................10</p><p>　　2.3 并網(wǎng)逆變11</p><p>　　2.3.1 電路結(jié)構(gòu)11</p><p>　　2.3.2 系統(tǒng)的總體方案11</p><p>　　2.3.3 前級boost電路的工作原理

7、11</p><p>　　2.3.4主電路參數(shù)的選取13</p><p>　　2.2.5光伏系統(tǒng)最大功率跟蹤的方法15</p><p>　　2.3.6逆變器驅(qū)動電路17</p><p>　　第三章 硬件電路19</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.1

8、 基于AT89C51的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.2 系統(tǒng)的主程序流程圖24</p><p>　　4.3逆變控制程序設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.4中斷和鍵盤子程序設(shè)計(jì)27</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)31</b></p><p><b>　　摘要&l

9、t;/b></p><p>　　世界環(huán)境的日益惡化和傳統(tǒng)能源的日漸枯竭，促使了對新能源的開發(fā)和發(fā)展。具有可持續(xù)發(fā)展的太陽能資源受到了各國的重視，各國相繼出臺的新能源法對太陽能發(fā)展起到推波助瀾的作用。其中，光伏并網(wǎng)發(fā)電具有深遠(yuǎn)的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義，僅在過去五年，光伏并網(wǎng)電站安裝總量已達(dá)到數(shù)千兆瓦。而連接光伏陣列和電網(wǎng)的光伏并網(wǎng)逆變器便是整個光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵。</p><p>　　

10、本文根據(jù)逆變器結(jié)構(gòu)以及光伏發(fā)電陣列特點(diǎn)，提出了基于DC-DC和DC-AC兩級并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)?；贒C-DC和DC-AC電路的相對獨(dú)立性，分別對DC-DC和DC-AC進(jìn)行了分析，重點(diǎn)分析了DC-AC的工作原理。并網(wǎng)逆變控制器設(shè)計(jì)是本文的重點(diǎn)，包括逆變器驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)、逆變器驅(qū)動電路的軟件編程以及并網(wǎng)過程中直流側(cè)欠電壓、直流側(cè)過電壓、交流側(cè)電流等硬件電路的設(shè)計(jì)。另外對主電路中各元件參數(shù)的選取、系統(tǒng)最大功率跟蹤方法做了詳細(xì)的分析。為類似結(jié)構(gòu)

11、的光伏并網(wǎng)逆變器提供了設(shè)計(jì)參考。</p><p>　　關(guān)鍵詞 太陽能；光伏并網(wǎng)；逆變器；最大功率點(diǎn)跟蹤</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器的研究背景及現(xiàn)狀</p><p>　　太陽能的轉(zhuǎn)換利用方式有光-熱轉(zhuǎn)換、光-電轉(zhuǎn)換和光-化學(xué)轉(zhuǎn)換三種形式。光伏發(fā)電是將太陽的光能

12、轉(zhuǎn)換為電能的一種發(fā)電形式。利用光生伏打效應(yīng)制成的太陽能電池，可將太陽的光能直接轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)換成為電能。 </p><p>　　表1-2為光伏發(fā)電歷史現(xiàn)狀。</p><p>　　國外并網(wǎng)型逆變器已經(jīng)是一種比較成熟的市場產(chǎn)品，例如在歐洲光伏專用逆變器市場中就有SMA、Fronius、Sputnik、Sun Power和西門子等眾多的公司具有市場化的產(chǎn)品，其中SM

13、A在歐洲市場中占有的50%的份額。除歐洲外，美國、加拿大、澳大利亞、新西蘭以及日本在并網(wǎng)逆變器方面也都已經(jīng)產(chǎn)品化。目前國外光伏并網(wǎng)你變氣產(chǎn)品的研發(fā)主要集中在最大功率跟蹤和逆變環(huán)節(jié)集成的單機(jī)能量變換上，功率主要為幾百瓦到五千瓦的范圍，控制電路主要采用數(shù)字控制，注意系統(tǒng)的安全性、可靠性和擴(kuò)展性，具備有各種完善的保護(hù)電路。</p><p>　　國內(nèi)對并網(wǎng)逆變器的研究比較多的采用最大功率跟蹤額逆變部分相分離的兩級能量變換

14、結(jié)構(gòu)，而且市場產(chǎn)品的種類還相對單一，系統(tǒng)構(gòu)建死板，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在我國還沒有真正投入商業(yè)化運(yùn)行的應(yīng)用，目前所建廣發(fā)并網(wǎng)系統(tǒng)均為示范工程。作為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)核心環(huán)節(jié)的并網(wǎng)型逆變器還主要依賴進(jìn)口或者合作研究。</p><p>　　在眾多分布式發(fā)電功能技術(shù)中，太陽能產(chǎn)業(yè)是全世界公認(rèn)的最有前途的能源產(chǎn)業(yè)，世界各國都將光伏發(fā)電作為發(fā)展的重點(diǎn)。美國政府最早制定光伏發(fā)電的發(fā)展規(guī)劃，能源部和有關(guān)州政府制定了光伏發(fā)電的財(cái)政補(bǔ)貼

15、政策，總光伏安裝是已達(dá)到3000兆瓦以上，連續(xù)三年光伏產(chǎn)業(yè)均以高于30%的年增長率上升；新任總統(tǒng)奧巴馬更是把發(fā)展大規(guī)模分布式太陽能光伏發(fā)電作為其新能源的重要組成提上議程。日本也早在1974年就開始執(zhí)行“陽光計(jì)劃”，1992年電力公司收購光伏發(fā)電系統(tǒng)與電力制度開始實(shí)施，1994年提出“朝日七年計(jì)劃”，到2000年已完成16.2萬套太陽能光伏屋頂計(jì)劃，1997年又宣布7萬光伏屋頂計(jì)劃，到2010年安裝7600兆瓦太陽能電池。德國1990年提

16、出1000屋頂發(fā)電計(jì)劃，1998年進(jìn)一步提出10萬屋頂計(jì)劃。到2007年5月為止，全球已建成容量超過5兆瓦的光伏電站10座，容量在2兆瓦以上的瓜葛菲電站超過了50座，目前已經(jīng)運(yùn)行的容量最大的太陽能并網(wǎng)電站為2008年安裝與西班牙的olmedilla,裝機(jī)容量為60兆瓦。</p><p>　　1.2光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器研究的目的</p><p>　　我國正處在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌和蓬勃發(fā)張時期，但能源問題

17、嚴(yán)峻，城市中由于大量使用化石能源，環(huán)境持續(xù)惡化。2000年世界衛(wèi)生組織（WHO）公布世界上污染最嚴(yán)峻的十大城市中，中國占了八個，其中北京居于第七位。大力發(fā)展光伏并網(wǎng)發(fā)電將有助于今早解決這一問題。國家有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)部門已經(jīng)開始給予足夠重視，首先是國家科技部已規(guī)劃有步驟地推進(jìn)相關(guān)的科技創(chuàng)新研究、示范及其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程?！鞍宋濉焙汀熬盼濉逼陂g把“光伏屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)”列入了“國家科技公關(guān)計(jì)劃”，在深圳和北京分別建成了一些光伏屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的示范工程。

18、</p><p>　　到目前為止，我國光伏并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)及設(shè)備仍主要來自進(jìn)口，但面對如此巨大的國內(nèi)需要，腳踏踏實(shí)實(shí)地發(fā)展具有自我知識產(chǎn)權(quán)的相關(guān)高技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化，已是刻不容緩的事情。在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，其具體目的表現(xiàn)為：</p><p>　?。?）實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的電能轉(zhuǎn)換，將太陽能光電轉(zhuǎn)換組件陣列產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成220V、50Hz的單相、正弦波，其電流和電壓的畸變率均??；<

19、/p><p>　?。?）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全保護(hù)要求，如輸出過載保護(hù)輸出短路保護(hù)、輸入接反保護(hù)、直流過壓保護(hù)、交流過壓和欠壓保護(hù)、“孤島”保護(hù)及裝置。</p><p>　　1.3 光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器研究的意義</p><p>　　隨著全球環(huán)境污染與能源緊缺問題的日益嚴(yán)重，尋找新能源已經(jīng)是各國不得不面臨的現(xiàn)實(shí)。進(jìn)行光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)的研究對于解決全球日益面臨的能源危機(jī)有

20、深遠(yuǎn)的意義，不但可以在技術(shù)上進(jìn)一步取得完善，取得工程經(jīng)驗(yàn)，而且可以確定其經(jīng)濟(jì)的可行性，光伏發(fā)電只有進(jìn)入電力規(guī)模的應(yīng)用，才能真正對于緩解能源緊張和抑制環(huán)境污染起到積極作用，光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)研究的重點(diǎn)應(yīng)該放到并網(wǎng)發(fā)電的經(jīng)濟(jì)政策研究和具有商業(yè)化前景的實(shí)用技術(shù)上。</p><p>　　光伏并網(wǎng)發(fā)電的大規(guī)模推廣除了節(jié)約能源與減少環(huán)境污染外，還能夠刺激光伏工業(yè)的迅速壯大，達(dá)到能源可持續(xù)性發(fā)展的目的，同時還可以提供大

21、量的就業(yè)機(jī)會。</p><p>　　要實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電，光伏并網(wǎng)逆變器是關(guān)鍵。目前，獨(dú)立光伏電站所用的逆變器相對較成熟，并已大規(guī)模應(yīng)用，但并網(wǎng)逆變器技術(shù)相對落后，國外的并網(wǎng)逆變器價(jià)格高昂，在國內(nèi)推廣應(yīng)用十分困難。為了實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)生產(chǎn)，國內(nèi)一些企業(yè)與高校正開始做相關(guān)方面的研究，且均為示范系統(tǒng)，還沒有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，為推動光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的普及應(yīng)用，自主研發(fā)光伏并網(wǎng)逆變器控制系是我們長期致力于研究的課題</p>

22、;<p>　　面對今天日益嚴(yán)重的環(huán)境危機(jī)，為了人類的生存和發(fā)展迫切需要我們?nèi)ふ倚碌奶娲茉矗柲鼙闶俏覀兝硐氲陌l(fā)展方向，它為我們提供干凈、來源廣泛可靠、無污染的清潔能源，為解決全球面對的諸多環(huán)境問題帶了十分理想的解決方式。</p><p>　　光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器的研究就是如何將光轉(zhuǎn)換為電能，本課題著重研究其新的發(fā)展方向，更為方便的利用太陽能解決發(fā)電問題是我們今后長期發(fā)展的課題，也是世界今后大體

23、走向。太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電工程的實(shí)際效果看出，采用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，對太陽能并網(wǎng)發(fā)電的推廣應(yīng)用在技術(shù)是可行的，經(jīng)濟(jì)上是可取的，對社會環(huán)保和人類可持續(xù)發(fā)展更是具有深遠(yuǎn)的影響和重要意義。</p><p>　　第二章 光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變控器制系統(tǒng)的理論分析</p><p>　　2.1太陽能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)總拓?fù)鋱D</p><p>　　圖2-1系統(tǒng)總拓?fù)鋱D</p>

24、<p>　　由總拓?fù)鋱D可以看到，PV板產(chǎn)生的直流電壓經(jīng)過DC/DC變換器升壓，MPPT追蹤最大功率點(diǎn)控制后，經(jīng)過逆變器變成三相交流電，通過單片機(jī)控制下的電壓檢測，負(fù)載過電流檢測，在輔助電源和SA4828驅(qū)動的作用下，使得電能最終送到電網(wǎng)。</p><p>　　2.2逆變器的電路原理</p><p>　　2.2.1 逆變器的電路原理</p><p>　　為

25、了設(shè)計(jì)并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)，必須先介紹逆變器的電路原理以圖2-2的單相橋式逆變電路為例說明最基本的逆變工作原理。圖中SI--一 S4是橋式電路的四個臂，S1～S4為開關(guān)管。當(dāng)開關(guān)Sl、S4閉合，S2、S3斷開，負(fù)載電壓Uo為正；當(dāng)開關(guān)S1、S4斷開，S2、S3閉合時，“o為負(fù)，其波形如圖 2-3所示。這樣，就把直流電變成了交流電，而改變兩組開關(guān)的切換頻率，就可以改變輸出交流電的頻率。</p><p>　　圖2-2

26、 單相橋式逆變電路</p><p>　　圖2-3 單相橋式逆變電路的輸出電壓波形</p><p>　　2.2.2 逆變器的逆變傳統(tǒng)技術(shù)</p><p>　　在三相逆變電路中，應(yīng)用最多的是三相橋式逆變電路。電壓型三相橋式逆變電路如圖2-4所示</p><p>　　三相電壓型逆變電路傳統(tǒng)的多數(shù)采用的工作方式如下：逆變電路基本工作方式是180度

27、導(dǎo)電方式，即每個橋臂的導(dǎo)電角度為180度，同一相上下兩個臂交替導(dǎo)電，每相開始導(dǎo)電的時間依次相差120度，如此每一瞬間，將有三個橋臂同時導(dǎo)通。對于U相，當(dāng)V1導(dǎo)電時，UUN ' '=Ud/2，當(dāng)V4導(dǎo)電時，UuN '，=-Ud /2。UuN '的波形是幅度為±Ud/2的矩形波。V相和W相的情況和U相相似，只是相位依次差120度。UuN '、UvN '、UwN '的波形如圖2

28、-5所示</p><p>　　圖2-4電壓型三相橋式逆變電路</p><p>　　圖2-5 UuN '、UvN '、UwN '的波形 </p><p>　　設(shè)負(fù)載中性點(diǎn)N和直流電源假想中性點(diǎn)之間的電壓為UNN ' ，則負(fù)載各相的相電壓可以由下式求出： </p><p><b>　　整理可得：</

29、b></p><p>　　UNN '=1/3( UNN ' +UVN ' +UWN ' )-1/3（UUN+UVN+UWN）</p><p>　　設(shè)負(fù)載三相對稱，即UUN+UVN+UWN=0，則：</p><p>　　UNN '=1/3( UNN ' +UVN ' +UWN ' )

30、 （2-2）</p><p>　　圖2-5的e)給出了UNN '的波形，它是幅度為±Ud/2，頻率為UNN '頻率三倍的矩形波。由式(2-1)和式(2-2)可以作出UUN的波形如圖2—5的f所示，UVN和UWN的波形形狀一樣，只是相位相差1200、2400。</p><p>　　由圖可見，負(fù)載相電壓的波形為六拍階梯波，通過傅立葉分析可知，此

31、種波形含有很大的諧波分量，對負(fù)載(尤其是交流電動機(jī)負(fù)載)的工作性能帶來很不利的影響。</p><p>　　圖2-6UNN '和UNN的波形圖 </p><p>　　2.2.3 逆變器的SPWM控制技術(shù)</p>

32、<p>　　PWM技術(shù)的理論基礎(chǔ)是面積等效原理，即沖量(面積)相等而形狀不同的窄脈 </p><p>　　沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果(環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形)基本相同。例如：如圖2—7所示,有三個窄脈沖，(a)為矩形脈沖,(b)為三角形脈沖，(c)為正弦半 </p><p>　　波脈沖，它們形狀不同，但它們的面積(沖量)都等于1。當(dāng)它們分別作為圖2 </p>&

33、lt;p>　　--8(a)具有慣性環(huán)節(jié)的R-L電路的輸入時，設(shè)其電流f(D為電路的輸出，圖2—8(b)給出了不同窄脈沖時i(t)的響應(yīng)波形。由圖中波形可知，在i(t)的上升段，脈沖波形不同i(t)略有不同，但其下降段幾乎完全相同。脈沖越窄則其輸出響應(yīng)波形差異也越小。如果是周期性的施加上述脈沖，則其響應(yīng)波形也是周期性的。用傅立葉級數(shù)分解后可以看出，各f(n在低頻段的特性非常接近，僅在高頻段有所不同。 </p><

34、p>　　圖2-7波形不同而沖量相同的各種窄脈沖</p><p>　　圖2-8沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形</p><p>　　本文的SPWM信號由單片機(jī)控制的SA4828產(chǎn)生，下文將作詳細(xì)介紹。</p><p><b>　　2.3 并網(wǎng)逆變 </b></p><p>　　2.3.1電路結(jié)構(gòu) </p>

35、<p>　　并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，該電路結(jié)構(gòu)由工頻或者高頻逆變器、工頻變壓器以及輸入、輸出濾波器構(gòu)成。</p><p>　　2.3 .2 系統(tǒng)的總體方案</p><p>　　經(jīng)過方案的比較論證，本設(shè)計(jì)決定采用無變壓器的兩級結(jié)構(gòu)，前級DC-DC變換器和后級的DC-AC逆變器，兩部分通過DClink相連。前級DC-DC變換器，可選擇的型式有半橋式、全橋式、推挽式和Boost

36、式，考慮到輸入電壓較低，如采用半橋式則開關(guān)管電流變大，輸出電壓太低；而采用全橋式則控制復(fù)雜，開關(guān)管功耗增大，因此這里采用結(jié)構(gòu)簡單，控制方便的Boost升壓電路，它根據(jù)電網(wǎng)電壓的大小使在不同天氣條件下的輸入電壓達(dá)到一個合適的水平，同時在低壓情況下實(shí)行最大功率點(diǎn)的跟蹤，增大光伏系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能。后級的DC-AC逆變器，采用單相逆變?nèi)珮?，作用是將DClink直流電轉(zhuǎn)換成220V-50Hz正弦交流電，實(shí)現(xiàn)逆變向電網(wǎng)輸送功率。DClink的作用除了

37、連接DC-DC變換器和DC-AC逆變器，還實(shí)現(xiàn)了功率的傳遞?？刂齐娐返暮诵男酒荰I公司的TMS320F2407。系統(tǒng)保證并網(wǎng)逆變器輸出的正弦電流與電網(wǎng)的相電壓同頻同相。系統(tǒng)主電路的拓?fù)潆娐啡鐖D2-1所示：</p><p>　　2.3.3 前級Boost電路的工作原理</p><p><b>　　電路原理圖：</b></p><p>　　Boo

38、st電路由開關(guān)管v，二極管VD，電感L，電容C組成，完成將太陽能電池輸出的直流電壓場v升壓到Vdc，其原理圖如圖2．9所示。</p><p><b>　　a</b></p><p><b>　　b</b></p><p>　　2-9升壓斬波電路的工作原理圖</p><p>　　升壓斬波電路的原理圖

39、及工作波形如圖2-9所示。該電路中也是使用一個全控型器件。</p><p>　　分析升壓斬波電路的工作原理時，首先假設(shè)電路中電感L值很大，電容C值也很大，當(dāng)可控開關(guān)V處于通態(tài)時，電源E向電感L充電，充電電流基本恒定為I1同時電容C上的電壓向負(fù)載R供電。因此C值很大，基本保持輸出電壓uo為恒值，記為Uo。設(shè)V處于斷態(tài)時E和L共同向電容C充電并向負(fù)載R提供能量。設(shè)V處于斷態(tài)的時間為toff，則在此期間電感L釋放的能量

40、(U0-E)I1toff。當(dāng)電路工作與穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p><b>　　化簡得</b></p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　式中，T/Toff≥1

41、，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路</p><p>　　式（2-4）中T/Toff表示升壓比，調(diào)節(jié)其大小，即可改變輸出電壓U0的大小，調(diào)節(jié)的方法與3.1.1中介紹的改變占空比的方法類似。將升壓比的倒數(shù)記作，即。</p><p>　　則和占空比有如下關(guān)系</p><p><b>　　(2-5)</b></p><

42、p>　　因此式（2-4）可表示為</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　升壓斬波電路之所以能是輸出電壓高于電源電壓，關(guān)鍵有兩個因素：一是電感L儲存的能量之后具有使電壓泵升的作用，二是電容C可將輸出電壓保持住。在以上分析中，認(rèn)為V處于通態(tài)期間的電容C的作用使得輸出電壓U0不變，但實(shí)際上C值不可能無窮大，在此階段其向負(fù)載放電，U0必然會

43、有所下降，故實(shí)際輸出電壓會略低于式（2-4）所得結(jié)果。不過在電容C值足夠大時，誤差很小，可以忽略不計(jì)。</p><p>　　如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量僅由負(fù)載R消耗，即 (2-7) </p><p>　　該式表明，與降壓斬波電路一樣，升壓斬波電路也可看成是直流變壓器</p

44、><p>　　根據(jù)電路結(jié)構(gòu)并結(jié)合（3-23）得出電流的平均值I0為</p><p><b>　　(2-8)</b></p><p>　　由式（3-24）即可得出電流I1為</p><p><b>　　(2-9) </b></p><p>　　2.3.4主電路參數(shù)的選取<

45、/p><p>　　(1)濾波電感的選取</p><p>　　在全橋逆變器中，輸出濾波電感是一個關(guān)鍵性的元件，并網(wǎng)系統(tǒng)要求在逆變器的輸出側(cè)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為1，波形為正弦波，輸出電流與電網(wǎng)電壓同頻同相。因而，電感值選取的合適與否直接影響電路的工作性能。對于電感值的選取，可以從以下兩個方面來考慮：</p><p><b>　　a)電流的紋波系數(shù)</b>&l

46、t;/p><p>　　輸出濾波電感的值直接影響著輸出紋波電流的大小。由電感的基本伏安關(guān)系綜上，濾波電感的取值范圍為8.3mH≤L≤37.4mH。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，由于電感的體積、成本等因素的影響，一般只需考慮電感的下限值，即取稍微大于下限值即可。另外需要特別指出的是，以上的計(jì)算是建立在額定輸出電壓，即VN=220V的基礎(chǔ)上，考慮到實(shí)際情況下網(wǎng)壓的波動范圍，在設(shè)計(jì)電感時最終可選取電感值Lf=9mH.</p>

47、<p><b>　　(2)開關(guān)管的選取</b></p><p>　　逆變電源的主功率元件的選擇至關(guān)重要，目前使用較多的功率元件有達(dá)林頓功率晶體管(BJT)，功率場效應(yīng)管(MOSFET)，絕緣柵極晶體管(IGBT)和可關(guān)斷晶閘管(GTO)等，在小容量低壓系統(tǒng)中使用較多的器件為MOSFET，因?yàn)镸OSFET具有較低的通態(tài)壓降和較高的開關(guān)頻率，在高壓大容量系統(tǒng)中一般均采用IGBT模塊

48、，這是因?yàn)镸OSFET隨著電壓的升高其通態(tài)電阻也隨之增大，而IGBT在中容量系統(tǒng)中占有較大的優(yōu)勢，而在特大容量(100kVA以上)系統(tǒng)中，一般均采用GTO作為功率元件。隨著針對于光伏系統(tǒng)的功率模塊的發(fā)展，主電路元器件選擇功率模塊也是一個比較有前景的。因此針對本電路的特點(diǎn)，在此選用IGBT作為開關(guān)元件。</p><p>　　2.3.5光伏系統(tǒng)最大功率跟蹤的方法</p><p>　　日照強(qiáng)度和

49、溫度對太陽能電池陣列的開路電壓和短路電流有很大的影響，當(dāng)前光伏電池的光電能量轉(zhuǎn)換效率在實(shí)驗(yàn)室條件下最高不超過百分三十，為了最大限度的提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率，使其功率輸出最大化，需要對光伏電池的最大功率點(diǎn)進(jìn)行跟蹤。根據(jù)前面的太陽能電池陣列的輸出特性功率一電壓曲線，可知當(dāng)陣列工作電壓小于最大功率點(diǎn)電壓時，陣列輸出功率隨太陽能電池端電壓上升而增加：當(dāng)陣列工作電壓大于最大功率點(diǎn)電壓U時，陣列輸出功率隨輸出電壓上升而減少。因此最大功率點(diǎn)跟蹤的

50、實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)是一個自尋優(yōu)過程，即通過控制陣列端電壓，使陣列能在各種不同的日照和溫度環(huán)境下智能的輸出最大功率。</p><p>　　圖2-10最大功率跟蹤原理框圖</p><p>　　從直流側(cè)采集電壓U和電流I，通過MPPT算法并與三角波比較，產(chǎn)生PWM波，經(jīng)過驅(qū)動來控制V（IGBT）的開關(guān)，從而達(dá)到最大功率點(diǎn)的控制。</p><p><b>　?。?）固定電壓

51、法</b></p><p>　　在日照強(qiáng)度較高時，各曲線的最大功率點(diǎn)所對應(yīng)的太陽能電池工作點(diǎn)電壓變化不大。這說明陣列的最大功率輸出點(diǎn)大致對應(yīng)于某個恒定電壓，這就大大簡化了系統(tǒng)MPPT的控制設(shè)計(jì)，即僅需從生產(chǎn)廠商處獲得U數(shù)據(jù)，并使陣列的輸出電壓鉗位于U值即可。實(shí)質(zhì)是把MPPT控制簡化為穩(wěn)壓控制。采用固定電壓式的MPPT控制比不采用MPPT控制的太陽能系統(tǒng)獲多至20％的電能。固定電壓法優(yōu)點(diǎn)是控制簡單，易實(shí)

52、現(xiàn)，可靠性高；系統(tǒng)不會出現(xiàn)振蕩，有很好的穩(wěn)定性。但忽略了溫度對陣列最大功率點(diǎn)電壓的影響，控制精度差，特別是對于早晚和四季溫差變化劇烈的地區(qū)；必須人工干預(yù)才能良好運(yùn)行，更難以預(yù)料風(fēng)、沙等的缺點(diǎn)。</p><p><b>　?。?） 擾動觀察法</b></p><p>　　擾動觀察法算法簡單，易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)廣泛用于最大功率點(diǎn)的跟蹤上。擾動觀察法的主要思想是通過周期性的給太陽

53、能電池的輸出電壓U加擾動△U，比較其輸出功率P（k）與前一周期的輸出功率P(k-1)的大小，如果功率增加則在下一個周期以同樣方向加擾動，否則△U改變擾動的方向。其具體的控制算法如圖3-4所示。寄存器存放每一周期礬肋調(diào)整值。首先計(jì)算太陽能電池的輸出功率P(k)，并與上一周期的輸出功率P(k-1)}=L較。若只P(k)>P(k-1)，則按照相同的方向進(jìn)行電壓調(diào)整，從而調(diào)整輸出電壓Uref(k)的大小。反之亦然。在實(shí)際應(yīng)用中，也可以通過

54、調(diào)節(jié)占空比來調(diào)節(jié)太陽能發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓，使系統(tǒng)有最大功率點(diǎn)輸出。</p><p>　　圖3-4擾動法的控制流程圖采用擾動控制方法實(shí)現(xiàn)MPPT，雖然可以動態(tài)的跟蹤光伏系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)輸出，較固定電壓法有更好的光伏系統(tǒng)利用率，但是卻存在一定的缺點(diǎn)。</p><p>　　1) 即使電池的工作點(diǎn)已經(jīng)在Pm它也會一直振蕩，而無法穩(wěn)定工作在最大功率點(diǎn)上。在這過程中就造成了部分功率損失。如圖2-12，U

55、m是對應(yīng)于Pm的工作電壓。假設(shè)參考電壓調(diào)整步長△U>O，系統(tǒng)當(dāng)前工作點(diǎn)在Um左側(cè)附近的U1點(diǎn)。根據(jù)擾動法原理，系統(tǒng)將增大電壓：U2=UI+△U。調(diào)整后系統(tǒng)工作點(diǎn)位于Um右側(cè)，若經(jīng)檢測，計(jì)算得到的P2<P1(大于的情況也可類似討論)，則改變原先的調(diào)整方向，變?yōu)椋篣3=U2-△U，使得U3=Ul。于是回到這種情形：P3=P1>P2(假設(shè)環(huán)境暫時不發(fā)生改變)，將導(dǎo)致電壓繼續(xù)減小到U4，使得P4< P3，系統(tǒng)才改變調(diào)整方

56、向。這樣系統(tǒng)就在點(diǎn)P4-P3(Pl)-P2之間循環(huán)振蕩，直至外部條件發(fā)生變化。每個周期由于振蕩造成的功率損失為圖2-12擾動法在最大功率點(diǎn)附近來回振蕩的情形。</p><p>　　2) 當(dāng)有云經(jīng)過時，日照強(qiáng)度發(fā)生快速變化，參考電壓調(diào)整方向發(fā)生錯誤造成系統(tǒng)誤判。假設(shè)日照強(qiáng)度為1000W／m2時，系統(tǒng)工作點(diǎn)U1在U2左邊，對應(yīng)功率為P1<Pm，系統(tǒng)判斷電壓應(yīng)增加擾動量U2=U1+△U，就在這時云層經(jīng)過，光<

57、;/p><p>　　圖2-11擾動法的控制流程圖</p><p>　　強(qiáng)急劇減少為200W／m2。而在該條件下，U2對應(yīng)的輸出功率P1*>P2*。這就變成系統(tǒng)在向功率減少的方向調(diào)整，系統(tǒng)出現(xiàn)誤判。</p><p>　　圖2-12擾動法在最大功率點(diǎn)附近來回振蕩的情形</p><p>　　圖2-13擾動法誤判斷的情形</p>&l

58、t;p>　　2.3.6 逆變器驅(qū)動電路</p><p>　　如圖2-14所示，逆變器驅(qū)動電路是采用AT89C51單片機(jī)控制SA4828產(chǎn)生SPWM調(diào)制信號，其中SA4828是產(chǎn)生三相SPWM信號的專用芯片。驅(qū)動電路的主要作用是：當(dāng)電壓不正常時，自動產(chǎn)生50HZ兩路矩形脈沖電壓，這兩路矩形脈沖電壓相位相差1800,分別驅(qū)動兩個IGBT。</p><p>　　脈寬調(diào)制和驅(qū)動電路逆變時的電

59、路如圖所示，通過改變驅(qū)動信號的頻率、占空比，就可以改變控制逆變電路的工作情況，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。</p><p>　　當(dāng)電壓不正常時，此時AT89C51單片機(jī)也發(fā)控制信號，使得SA4828開始工作，發(fā)六路脈沖信號控制IGBT的開通和關(guān)斷，同一時刻有三個管子導(dǎo)通，而同一橋臂的上下兩個管子輪流導(dǎo)通1800，根據(jù)PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，逆變器將輸出頻率為50HZ的交流電。</p><p>　　2-

60、14 逆變器驅(qū)動電路</p><p>　　2-13逆變器驅(qū)動信號產(chǎn)生電路</p><p><b>　　第三章 硬件電路</b></p><p>　　3-1欠電壓檢測電路</p><p>　　當(dāng)太陽能電池板正常工作時，輸出電壓為96V，加在分壓電阻R10，R11上，比較器“+”端電壓U+近似為2.4V，“—”端電壓近似為1

61、.8V，比較器輸出+12V電壓，光耦合器u2導(dǎo)通，發(fā)光二極管Z2承受正向電壓，發(fā)綠光，輸出P1.1=0；當(dāng)太陽能電池板欠壓時，U+<1.8V，比較器輸出為0，光耦合器u2不通，燈滅，輸出P1.1=1。</p><p>　　3-2直流側(cè)過電壓檢測</p><p>　　采集Boost電路中電容C兩側(cè)的電壓值，經(jīng)電阻接入比較器的“-”端。直流側(cè)電壓約為240V，加在管腳2上的電壓約為2.5

62、V，而+5V電壓加在電阻R06上上，經(jīng)R04,R05分壓后，加在管腳1上的電壓約3.0V，電路設(shè)計(jì)時，使U1>U2，這樣管腳3便維持在+12V，Z1承受正壓，發(fā)光，輸出P1.0=0。</p><p>　　當(dāng)直流側(cè)過壓時，管腳2電壓也相應(yīng)的過高，其值比3.0V還有高，此時，管腳3輸出電壓為0V，D00導(dǎo)通，發(fā)光二極管Z2關(guān)斷，不發(fā)光，輸出P1.0=1。</p><p>　　當(dāng)直流側(cè)電壓

63、從過壓值降到臨界電壓時，雖然管腳2電壓可降到3.0V,但由于管腳1已由3.0V變成了2.5V，因此管腳3仍為0V，只有當(dāng)交流電壓繼續(xù)下降到一定值的時候，管腳2才降到2.5V以下，3管腳才能從0V上升到12V，此時，D00截止，1管腳上升到3.0V,準(zhǔn)備下一次的過電壓檢測。</p><p>　　3-3交流側(cè)過電流檢測電路</p><p>　　如圖3-3為交流側(cè)過電流檢測電路。正常工作狀態(tài)下，

64、比較器的管腳1點(diǎn)位低于管腳2的點(diǎn)位，輸出0V，光耦合器U3不導(dǎo)通，發(fā)光二極管Z3截止，A相輸出為“1”的高電平；負(fù)載過流時，管腳1電位上升，當(dāng)高于管腳2的電位，使得“3”端輸出+12V電壓，光耦合器導(dǎo)通，發(fā)光二極管Z6發(fā)紅光，此時A相輸出“0”的低電平。</p><p>　　雖然負(fù)載是三相電壓供電，但由于對稱性原理，我們只需要檢測其中的兩相電流，另外一相電流就很容易獲得。為了提高單片機(jī)管腳的利用率，檢測電路中加入

65、一個與門，所檢測的A相和C相電流只有在兩者都正常工作是才輸出P1.5=1，只要有任何一相負(fù)載過流，電路中就會亮紅燈且P1.5=0，輸出“0”。</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 基于AT89C51的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)是整個系統(tǒng)控制的核心 ，MCS-51系列中各種型號芯片的引腳是相互兼容的。制造工藝為HMOS的

66、MCS-51單片機(jī)都采用了40只引腳的雙列直插封裝（DIP）方式，目前大多數(shù)為此類封裝方式。制造工藝為CHMOS的80C51/80C52除采用DIP封裝方式外，還采用方形封裝方式，為44只引腳。</p><p>　　40只引腳按其功能來分，可分為三類：</p><p>　?。?）電源及時鐘引腳：VCC，VSS；XTAL1、XTAL2。</p><p>　　（2）控制

67、引腳：PSEN、ALE、EA、RST.。</p><p>　　（3）I/O口引腳：PO、P1、P2、P3為4個8位I/O口的外部引腳。</p><p><b>　　MM</b></p><p><b>　　4-1 系統(tǒng)軟件圖</b></p><p>　　4.2 系統(tǒng)的主程序流程圖</p>

68、<p>　　下面簡要介紹整個系統(tǒng)流程圖的工作原理：主程序開始后，首先要進(jìn)行初始設(shè)置，這里的初始化要包括顯示器初始化、單片機(jī)系統(tǒng)初始化以及開中斷，然后判斷開機(jī)鍵是否按下，若按下，則調(diào)用顯示子程序，顯示當(dāng)前逆變的工作狀態(tài)，如果不正常，隨即調(diào)用發(fā)送PWM波子程序使系統(tǒng)開始工作。最后再檢測P1.5是否等于1，來檢測負(fù)載是否過流，如果過流，那么就必須停止發(fā)PWM停止逆變器的工作，如果不過流，那么程序又返回到顯示子程序繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行。&

69、lt;/p><p>　　系統(tǒng)還可以用鍵盤對切換電路進(jìn)行控制，此項(xiàng)操作時通過中斷1來產(chǎn)生中斷來實(shí)現(xiàn)的；輸出過流檢測則是通過中斷0產(chǎn)生過流中斷，同時發(fā)出報(bào)警信號，通過單片機(jī)控制逆變保護(hù)整個系統(tǒng)的安全。</p><p><b>　　其控制程序如下：</b></p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　SJMP

70、 MAIN</p><p>　　ORG 0003H</p><p>　　SJMP INT0</p><p>　　ORG 0013H</p><p>　　SJMP INT1</p><p>　　MAIN MOV SP, #60H</p><p>　　INIT: CLR

71、P1.1</p><p><b>　　CLR P1.6</b></p><p><b>　　CLR P1.0</b></p><p><b>　　SETB EA</b></p><p><b>　　SETB EX0</b></p><p

72、><b>　　SETB EX1</b></p><p>　　圖4-2 主程序流程圖</p><p>　　LOOP: JNB P1.1, ELEC1</p><p><b>　　SETB P1.6</b></p><p>　　ELEC1: ACALL T_PWM</p>&l

73、t;p>　　JNB P1.3, ELEC2</p><p><b>　　CLR P1.5</b></p><p>　　LCALL ALARM2</p><p>　　ELEC2: JNB P1.4, ELEC2</p><p>　　LCALL ALARM2</p><p>　　L

74、CALL STOP</p><p>　　SETB P1.5</p><p>　　ELEC3: JNB P1.4, ELEC4</p><p>　　LCALL ALARM1</p><p><b>　　SETB P1.6</b></p><p>　　ELEC4: SJMP L

75、OOP</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　4.2 市電檢測及光伏發(fā)電系統(tǒng)投切程序設(shè)計(jì)</p><p>　　市電電網(wǎng)檢測和光伏發(fā)電系統(tǒng)投切程序軟件流程如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-3 市電檢測和供電切換軟件流程圖</p><p>　　開機(jī)后首先進(jìn)行的是對市

76、電電網(wǎng)的檢測，利用單片機(jī)控制電路，在市電斷電或不正常時中止光伏系統(tǒng)的并網(wǎng)動作。如果市電供電正常，再對太陽能電池進(jìn)行電壓檢測，判斷其電壓值是否滿足并網(wǎng)發(fā)電的最低要求，如果滿足，則繼續(xù)下一步操作，如果不滿足，中止光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)動作。</p><p>　　4.3 逆變電路控制程序設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的PWM脈沖發(fā)生芯片SA4828產(chǎn)生6路脈沖。SA4828和AT89C51的接口

77、電路在第二章已經(jīng)詳細(xì)介紹，在這里不再贅述，單片機(jī)控制SA4828產(chǎn)生PWM脈沖的軟件流程如圖5-3所示。</p><p>　　圖4-4 PWM脈沖生成程序流程圖</p><p><b>　　其控制程序如下：</b></p><p>　　T_PWM: CLR P2.7</p><p><b>　　SETB P2.

78、6</b></p><p><b>　　CLR P2.5</b></p><p>　　MOV R0, #45H</p><p>　　MOV R1, #0D5H</p><p>　　LCALL SEND_INIT</p><p>　　MOV R0, #50H</p><

79、;p>　　MOV R1, #5AH</p><p>　　LCALL SEND_INIT </p><p>　　MOV R0, #2FH</p><p>　　MOV R1, #0F0H</p><p>　　MOV R3, #20H</p><p>　　MOV R4, #00H</p><p>

80、;　　MOV R5, #30H</p><p>　　LCALL SEND_INIT </p><p>　　向SA4828 寫控制參數(shù)，這樣便可直接產(chǎn)生脈沖</p><p>　　MOV R0, #0FH</p><p>　　MOV R1, #0FFH</p><p>　　LCALL SEND_CONTROL</p&

81、gt;<p>　　MOV R0, #0FFH</p><p>　　MOV R1, #031H</p><p>　　LCALL SEND_CONTROL</p><p>　　MOV R0, #0EH</p><p>　　MOV R3, #0FFH</p><p>　　MOV R4, #0CCH</p&

82、gt;<p>　　MOV R5, #99H </p><p>　　MOV R1, #0CCH</p><p>　　LCALL SEND_CONTROL</p><p>　　SA4828初始化參數(shù)發(fā)送子程序</p><p>　　SEND_INIT: CLR P2.6</p><p><b>

83、　　SETB P2.5</b></p><p>　　MOV P0, #0FCH</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　CLR P2.5</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>&l

84、t;b>　　CLR P2.4</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　SETB P2.4 </p><p><b>　　NOP</b></p><p><

85、b>　　SETB P2.6</b></p><p><b>　　SETB P2.7</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　向SA4828寫控制參數(shù)子程序，這樣便可直接產(chǎn)生PWM脈沖</p><p>　　SEND_CONTROL CLR P2.6

86、</p><p><b>　　SETB P2.5</b></p><p>　　MOV P0, #0FBH</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　CLR P2.5</b></p><p><b>　　NOP<

87、;/b></p><p><b>　　CLR P2.4</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　SETB P2.6</b></p><p>&

88、lt;b>　　SETB P2.7</b></p><p><b>　　RET </b></p><p>　　4.4 中斷和鍵盤子程序設(shè)計(jì)</p><p>　　逆變器輸出過載或者短路對整個系統(tǒng)的危害巨大。利用單片機(jī)控制對系統(tǒng)的過流保護(hù)保證了系統(tǒng)能安全運(yùn)行。該保護(hù)是在單片機(jī)中斷服務(wù)子程序中執(zhí)行，產(chǎn)生INT0中斷，執(zhí)行中斷子程序，發(fā)

89、出控制信號停止逆變，并聲光報(bào)警。</p><p>　　單片機(jī)外接的獨(dú)立式鍵盤電路可以控制開關(guān)機(jī)，手動控制切換開關(guān)。外部檢測信號及鍵盤輸入信號連接到單片機(jī)的中斷源INT0，S1、S2表示開機(jī)及關(guān)機(jī)按鈕，而S3則表示報(bào)警信號的復(fù)位按鈕，它們均采用查詢中斷方式實(shí)現(xiàn)中斷控制。中斷程序如圖4-5所示。</p><p>　　圖4-5 中斷程序流程圖</p><p>　　圖4-6

90、 鍵盤子程序流程圖</p><p><b>　　其控制程序如下：</b></p><p>　　IN1T0: PUSH PSW</p><p>　　PUSH ACC</p><p>　　ANL P2, #0FH</p><p>　　RJCX: JNB P1.7, NEXT1&

91、lt;/p><p>　　LCALL INIT00</p><p>　　NEXT1: JNB P1.0, NEXT2 </p><p>　　ACALL INT01 </p><p>　　NEXT2: JNB P1.1, NEXT3</p><p>　　ACALL INT02 </p><p

92、>　　NEXT3: JNB P1.2, NEXT4 </p><p>　　ACALL INT03 </p><p>　　NEXT4: JNB P1.3, NEXT5</p><p>　　ACALL INT04 </p><p>　　NEXT5: JNB P1.4, NEXT6 </p><p&

93、gt;　　ACALL INT05 </p><p>　　NEXT6: POP ACC</p><p>　　POP PSW </p><p>　　INT00: CLR P1.7</p><p>　　LCALL ACARM2 </p><p>　　LCALL STOP</p>

94、<p><b>　　RET</b></p><p>　　INT01: SETB P1.6</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　INT02: SETB P1.6</p><p><b>　　RET</b></p>

95、<p>　　INT03: SETB P1.6</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　INT04: SETB P1.5</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　INT05: SETB P1.5</p>

96、<p><b>　　RET</b></p><p>　　INIT1: PUSH PSW</p><p>　　PUSH ACC</p><p>　　ANL P2 #0EH</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　KEY: J

97、NB P2.1, K11</p><p>　　SJMP KEY</p><p>　　K11: LCALL DELAY</p><p>　　JNB P2.1, K12</p><p>　　SJMP KEY</p><p>　　K12: JB P2.1, K13</p><

98、;p>　　SJMP KEY</p><p>　　K13: JNB P2.1, NEXT1</p><p>　　LCALL INIT11</p><p>　　NEXT7: JNB P2.2, K22</p><p>　　SJMP KEY</p><p>　　K21: LCALL

99、DELAY</p><p>　　JNB P2.2, K22</p><p>　　SJMP KEY</p><p>　　K22: JB P2.2, K22</p><p>　　SJMP K22</p><p>　　K23: JNB P2.2, NEXT8</p><p&

100、gt;　　LCALL INIT12</p><p>　　NEXT8: POP ACC</p><p><b>　　POP PSW</b></p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　INIT11: LCALL STOP</p><p&

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