光伏并网发电模拟装置设计
- 格式：doc
- 大小：856.00 KB
- 文档页数：9
文档推荐
-
基于Matlab软件平台的光伏并网系统仿真实训页数:17
-
单相光伏发电系统的并网控制仿真页数:16
-
光伏发电并网系统Simulink仿真实验页数:2
-
并网光伏发电系统设计与仿真页数:23
下载文档原格式
合集下载
光伏并网发电模拟装置
光伏并网发电模拟装置摘要：光伏发电是一种直接将太阳能辐射转换成为电能的新型发电技术。
其系统包括光伏电池、变换器、蓄电池、控制器四大部分。
本文从实验的角度，对光伏并网发电系统进行模拟。
基本思路是在单片机C8051F020控制作用下采用正弦波脉宽调制技术（SPWM）对系统进行控制，主电路采用MOSFET为主要元器件的单相桥式逆变电路，经滤波电路滤波后变压进行输出。
基于此，本设计采用单片机本身的PCA模块，定时器模块，完成相应的控制功能，使光伏发电频率紧跟模拟电网频率，绝对误差小于1%，同时实现光伏最大功率跟踪，在负载变化范围内DC-AC变换效率可达70%以上，该系统性能相对稳定，能够满足本次设计的需要。
关键词：C8051F020；SPWM；最大功率点跟踪；光伏并网发电。
1．方案论证与比较1.1 系统设计框图该系统主要由最小单片机系统，SPWM信号控制，DC-AC变换电路，滤波电路，检测保护电路构成，实现光伏并网发电。
其中以C8051F020为处理器，控制逆变器完成最大功率跟踪下的光伏发电输出。
模拟电网电压输入，频率45-55HZ。
LCD实时显示电压，电流，频率。
图1-1总体设计框图1.2 各模块方案选择和论证1.2.1 DC-AC变换电路方案方案一：采用单相半桥逆变电路，它有单个桥臂，每个桥臂由一个可控器件和一个反并联二极管组成，在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容，两个电容的连接点便成为直流电源的中点，该电路简单，使用器件少。
方案二：采用单相全桥逆变电路，它有四个桥臂，可以看成两个半桥电路组合而成成对的两个桥臂同时道通，两对交替各导通180度，，与半桥电路相比，输出波形相同，但其幅值高出一倍，且直流侧无需两个串联电容器来进行电压均衡，适用于移相调压方式，全桥逆变电路是单相逆变电路中应用最多的。
其性能好，输出稳定，符合本次设计需要。
综上分析考虑，采用方案二作为本次设计的系统方案。
1.2.2 驱动电路方案方案一：利用脉冲变压器直接驱动MOSFET，来自控制脉冲形成单元的脉冲信号经高频晶体管进行功率放大后加到脉冲变压器上，由脉冲变压器隔离耦合，稳压管限幅后来驱动MOSFET，其优点是电路简单，应用廉价的脉冲变压器实现了被驱动MOSFET与控制脉冲形成部分的隔离。
光伏并网发电模拟装置设计概要
光伏并网发电模拟装置设计摘要本设计采用凌阳16位单片机SPMC75F2313A工业控制芯片嵌入式系统，通过核心算法动态跟踪实现光生电并网或剩余电回馈，最大功率点跟踪（MPPT）功能：RS和RL在给定范围内变化时，使相对偏差的绝对值不大于1%,具有频率跟踪功能：当fREF在给定范围内变化时，使uF的频率fF=fREF，相对偏差绝对值不大于1%，当RS=RL=30Ω时，DC-AC变换器的效率≥60%，输出电压uo 的失真度THD≤5%，具有良好的输入欠压保护功能，动作电压Ud（th）=（25±0.5）V，并采用IGBT大功率场效应管，可达到45A的额定电流，有效的实现了光伏并网发电的模拟装置。
关键字：并网，SPMC75F2313A，MPPT，保护电路一、方案论证1.比较与选择(1)主芯片的选择方案一：基于51单片机的光伏并网发电模拟装置51单片机产生高低电平脉冲，经过MOS场效应管实现电源的逆变。
通过基准电压和Ud电压采样经过比较器产生反馈信号，再对反馈信号进行分析，但是51单片机没有PWM功能，对波形的分析不够方便准确。
方案二：基于凌阳SPMC75F2313A的光伏并网发电模拟装置采用凌阳SPMC75F2313A芯片，自带PWM功能，并有增强型定时计数器，能够准确的实现对信号的采集及分析，采用工业控制芯片嵌入式系统。
速度快工作效率高。
并采用JS158实现嵌入式系统的逆变。
经过以上分析论证，SPMC75F2313A MCU具有很强的抗干扰能力、丰富易用的资源以及优良的结构，特别是增强的定时计数器和PWM输出功能。
更准确的实现本设计所要实现的功能。
(2)欠压保护功能方案一：采集输入电压，用LM393比较器比较，输出接MCU引脚，判断高低电平，当检测到低电平时，输入电压为低于25V,MCU禁止PWM的波形输出，实现欠压保护功能。
方案二：采集的电压直接接入SPMC75F2413A，10位模数转换器ADC,用中断方式查询ADC寄存器的值，当判断到输入电压低于25V时，停止输出PWM 波。
(整理)光伏并网发电模拟装置.
光伏并网发电模拟装置摘要:本系统采用单片机（STM32）和FPGA（EP2C5T144C8N）为控制核心，由模拟控制模块、全桥逆变模块、并网模块和人机交互模块4个功能部分组成。
其中，全桥逆变模块与模拟控制模块采用光耦进行强弱电隔离，逆变电路采用具有高端悬浮自举电源的IR2110 进行驱动，最终逆变效率达到75%以上。
并网模块通过反馈调节的方式跟踪上市电电压通过隔离变压器与市电安全并接。
实现最大功率点跟踪，并通过实时监测并网电流实现超1.5A断流的过流保护和25V欠电压保护功能且失真度极低，整个变换并网过程的输入电压﹑输出电压频率，在256*32点阵液晶上实时显示，并能通过键盘加以控制。
关键词：逆变、并网、效率、失真度、MPPT一、方案选择与论证1．题目任务要求及相关指标的分析题目要求该系统逆变输入直流电压范围为60V，且逆变的效率要达到60%以上，具有频率跟踪，相位跟踪，失真度小于1%，且有输入欠电压和输出过流保护功能。
题目重点逆变需要产生SPWM波控制逆变电路进行DC-AC转换来实现。
题目的难点在于转换的效率问题和相位跟踪。
2．方案的比较与选择2.1 逆变器主回路拓扑方案一：采用半桥逆变电路。
其原理图如图一所示，这种电路的优点是简单，使用器件少。
但它输出的交流电压幅值Um 仅为Ud/2，且直流侧需要两个电容串联，工作时还要控制两个电容器电压的均衡。
图一半桥逆变电路图二全桥逆变电路方案二：采用全桥逆变电路。
全桥逆变电路的原理如图二所示，它共有4个桥臂，可以看成两个半桥电路组合而成。
把桥臂一和四作为一对，桥臂二和三作为另一对，成对的两个桥臂同时导通，两队交替各180o。
其输出电压的波形与半桥电路相同，但幅值提高一倍。
对于半桥电路的分析也完全适用于全桥电路。
采用半桥电路所需的原器件较少，但是相对的其输出电压比全桥小一半，理论上最大输出交流有效值为Uo =0.45Ud难以达到题目要求。
综上考虑，我们组最终采用了相对容易实现且能够满足题目需求的方案二。
光伏发电模拟并网装置
表1 频率跟踪测试(RS=RL=30 参考信号频率f 参考信号频率 REF（Hz） 45.00 ） 反馈端信号频率f 反馈端信号频率 F（Hz） ） 相对偏差γ(%) 相对偏差
，Us=60V) （测试时间1s内）
46.80 48.50 50.00 52.50 54.00 55.00
ϕ
表4效率测试（RS=RL=30 ，Us=60V，fREF=50Hz）
PO(W) Pd(W) η（%） （ ）
UO失真度测试：在系统正常输出情况下，RS=RL=30 ，Us=60V ，fREF=50Hz。， 保证系统稳定，用GAD-201G 失真度分析仪分多次检测输出电压UO的失真度。记 录数据如表5。
五、测试电路及测试表
测试数据如下： 相位跟踪功能测试：在RS=RL=30 ，Us=60V时，改变信号源输入的参考电压信号 频率，在工频变压器反馈信号端利用数字相位计测量该端口的相位φ与参考信号相 位θ。记录二者差值，则系统输出最大相位偏差绝对值 。加非阻性负载后按上述 步骤记录相位偏差绝对值。
表2 改变 时相位跟踪功能测试（RS=RL=30 ，Us=60V测试时间1s内）
测试次数 失 真 度 （%） ） 1 2 3 4 5
六、结果分析
测试结果 分析
对测试数据进行分析可知频率跟踪相对误差为0.05%，相位 跟踪在阻性负载时保证偏差在3o以内。逆变器效率高达到 92%，输出电压波形失真度THD<1%。欠压、过流保护功能 均可实现并具有自恢复功能。同时还附加输出短路保护电路， 前级电路添加防止反接保护电路，系统安全性非常高。本着 控制功耗、节约成本的思想，电路供电采用自制电源
LOGO
光伏发电并网模拟装置
实验目的
，Us=60V) （测试时间1s内）
46.80 48.50 50.00 52.50 54.00 55.00
ϕ
表4效率测试（RS=RL=30 ，Us=60V，fREF=50Hz）
PO(W) Pd(W) η（%） （ ）
UO失真度测试：在系统正常输出情况下，RS=RL=30 ，Us=60V ，fREF=50Hz。， 保证系统稳定，用GAD-201G 失真度分析仪分多次检测输出电压UO的失真度。记 录数据如表5。
五、测试电路及测试表
测试数据如下： 相位跟踪功能测试：在RS=RL=30 ，Us=60V时，改变信号源输入的参考电压信号 频率，在工频变压器反馈信号端利用数字相位计测量该端口的相位φ与参考信号相 位θ。记录二者差值，则系统输出最大相位偏差绝对值 。加非阻性负载后按上述 步骤记录相位偏差绝对值。
表2 改变 时相位跟踪功能测试（RS=RL=30 ，Us=60V测试时间1s内）
测试次数 失 真 度 （%） ） 1 2 3 4 5
六、结果分析
测试结果 分析
对测试数据进行分析可知频率跟踪相对误差为0.05%，相位 跟踪在阻性负载时保证偏差在3o以内。逆变器效率高达到 92%，输出电压波形失真度THD<1%。欠压、过流保护功能 均可实现并具有自恢复功能。同时还附加输出短路保护电路， 前级电路添加防止反接保护电路，系统安全性非常高。本着 控制功耗、节约成本的思想，电路供电采用自制电源
LOGO
光伏发电并网模拟装置
实验目的
光伏并网发电模拟装置设计
光伏并网发电模拟装置设计设计光伏并网发电模拟装置旨在模拟真实的光伏发电系统的运行情况，使用户能够通过该装置进行光伏发电系统的操作和维护实践，提高对光伏发电系统的了解和应用能力。
下面将从装置的组成部分、主要功能和使用方法三个方面对光伏并网发电模拟装置进行详细设计。
一、装置的组成部分光伏并网发电模拟装置主要由电源箱、光伏模拟电池板组、变流器以及光伏发电系统控制器等几个部分组成。
其中，电源箱提供电源供电，光伏模拟电池板组产生太阳能光伏电流，变流器将直流电转换为交流电，光伏发电系统控制器实现对各个部分的控制和监测。
1.电源箱：负责为整个模拟装置提供电源供电，并具备过载保护和短路保护等功能。
2.光伏模拟电池板组：由若干块光伏模拟电池板组成，光伏模拟电池板具备光伏电池特性，能够产生太阳能光伏电流，为发电模拟装置提供能量。
3.变流器：将光伏模拟电池板组产生的直流电转换为交流电，并输出给外部负载使用。
4.光伏发电系统控制器：用于监测光伏模拟电池板组的工作状态，实现对系统的控制，如输出电压、电流的调节、光伏电池板组的连接与断开等功能。
二、主要功能1.模拟光伏发电系统的工作状态：装置能够通过模拟电池板组产生光伏电流，模拟真实光伏发电系统的工作状态，包括光伏电池板的接收太阳能光照产生电流、电流的变化随外界环境的改变等。
2.进行光伏发电系统的操作实践：通过装置，用户可以对光伏发电系统进行操作和维护实践，如接线、参数调节、电流监测等。
3.提供对光伏发电系统的学习环境：装置的输出电流和电压可由控制器进行调节，提供不同工况下的电流和电压输出，使用户能够在实践过程中了解和理解光伏发电系统的工作原理、特性和各种参数。
三、使用方法1.将电源箱连接到交流电源上，开启电源箱的电源供电。
2.连接光伏模拟电池板组，并将其放置在适当的位置接受阳光照射。
3.连接光伏模拟电池板组的输出端到变流器的输入端。
4.连接变流器的输出端到外部负载。
5.打开光伏发电系统控制器，设置想要的输出电流和电压。
光伏并网发电模拟装置的设计
： 璺 Ｃ ｉａＮｅ ｅ ｈ ｏｏ ｉｓａ ｄ Ｐｏ ｕ ｔ ｈｎ ｗ Ｔ ｃ ｎ ｌｇｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓ
高 新 技 术
光伏并 网发电模拟装置 的设 计
陈 占林 刘 忆
（ 州 交通 大学 电子信 息与 工程 学 院 ， 肃 兰 州 ７ ０ ７ ） 兰 甘 ３０ ０
２ ＣＡＣ逆 变 方 案 ．Ｄ － ２
正弦脉宽调制（ ｗ￣ｔ变器 ， ｓ Ｐ ０ 即每半个周 期内有 多个脉 宽组成 ，并且脉冲宽度符合正 弦 波脉 冲宽度调 制规律 变化 ， 出为正 弦波 ， 则输 其 拓扑结构 主要有半桥式 和全桥式 。光伏发 电系 统并 网运行 时， 为避免对公共 电网的电力污染 ， 也要求 逆变电源输 出正弦波电流 ， 故该 系统 中 选择全桥式正弦脉宽调制逆变器 。 ３ ． 系统总体框图 光 伏并 网逆变器总体框图如 图 １ 所示。
ｆ
一
图 本 系统采用 的是一种两级式 的结构 ，前级 Ｄ — Ｃ变换 器作 为 ＭＰＴ控 制器 实现最 大功 ＣＤ Ｐ 率跟踪功能 ， 后级为全桥逆变 电路 ， 产生与 电网 电压 同频 同相 的电流 ，使整个装 置的并网功率 因数为 １二者通过直流母线 Ｄ ｌ ｋ 。 Ｃｉ 相连 ， ｎ 控制 上相互独立 。在全桥逆变器『与 电网间加人工 ２ ］ 频变压器隔离 ，这样整个系统就不会向 电网输
一
６一
中国新技术新产 品
一
参 考 文献
Ⅲ 赵争鸣 刘建政 孙晓瑛．太阳能光伏发电及 １ 其应 用ｆ ． ： Ｍ１ 北京 科学 出版社， ０ ５年 ７月 ２０ 闳 周 志敏 周 纪 海 纪 爱 华 ．逆 变 电源 实 用技 术 『 ． ： ＭＩ 北京 中国电力 出版社， ０ ５年 １ ２０ １月 『 ３ ］邢岩 肖曦 王莉娜． 电子技术基础ｌ ． 电力 Ｍ１ 北
高 新 技 术
光伏并 网发电模拟装置 的设 计
陈 占林 刘 忆
（ 州 交通 大学 电子信 息与 工程 学 院 ， 肃 兰 州 ７ ０ ７ ） 兰 甘 ３０ ０
２ ＣＡＣ逆 变 方 案 ．Ｄ － ２
正弦脉宽调制（ ｗ￣ｔ变器 ， ｓ Ｐ ０ 即每半个周 期内有 多个脉 宽组成 ，并且脉冲宽度符合正 弦 波脉 冲宽度调 制规律 变化 ， 出为正 弦波 ， 则输 其 拓扑结构 主要有半桥式 和全桥式 。光伏发 电系 统并 网运行 时， 为避免对公共 电网的电力污染 ， 也要求 逆变电源输 出正弦波电流 ， 故该 系统 中 选择全桥式正弦脉宽调制逆变器 。 ３ ． 系统总体框图 光 伏并 网逆变器总体框图如 图 １ 所示。
ｆ
一
图 本 系统采用 的是一种两级式 的结构 ，前级 Ｄ — Ｃ变换 器作 为 ＭＰＴ控 制器 实现最 大功 ＣＤ Ｐ 率跟踪功能 ， 后级为全桥逆变 电路 ， 产生与 电网 电压 同频 同相 的电流 ，使整个装 置的并网功率 因数为 １二者通过直流母线 Ｄ ｌ ｋ 。 Ｃｉ 相连 ， ｎ 控制 上相互独立 。在全桥逆变器『与 电网间加人工 ２ ］ 频变压器隔离 ，这样整个系统就不会向 电网输
一
６一
中国新技术新产 品
一
参 考 文献
Ⅲ 赵争鸣 刘建政 孙晓瑛．太阳能光伏发电及 １ 其应 用ｆ ． ： Ｍ１ 北京 科学 出版社， ０ ５年 ７月 ２０ 闳 周 志敏 周 纪 海 纪 爱 华 ．逆 变 电源 实 用技 术 『 ． ： ＭＩ 北京 中国电力 出版社， ０ ５年 １ ２０ １月 『 ３ ］邢岩 肖曦 王莉娜． 电子技术基础ｌ ． 电力 Ｍ１ 北
光伏并网发电模拟装置软件设计初稿
关于淡水资源缺乏的国家来讲，太阳池还有另一项不可多得的益处：据专家测算，在近海浅水区建一个面积2163平方千米、深米的太阳池，可为发电机组供热，并可每一年产淡水2立方千米。
欧美一些先进国家目前正在普遍开展应用“光电玻璃幕墙制品”。这是一种能将太阳能转换硅片密封在双层钢化玻璃中，从而平安地实现将太阳能转换为电能的一种新型生态建材。美国的“光伏建筑打算”、欧洲的“百万屋顶光伏打算”、日本的“朝日打算”将在建筑领域掀起节能环保生态建材的开发应用热潮，极大的增进了太阳能在新型建材产品中的应用。
SPWM
自然采样法生成SPWM波
在我国，太阳能的利用也一直是最热点的话题[12]。通过量年的进展，我国国内的集热器（含太阳能热水器）已成为太阳能应用最为普遍、产业化最迅速的产业之一。1998年销售总额达到了35亿元，其产量位居世界榜首。我国的太阳能产业已开始运作。中国科学院宣布启动西部行动打算，将在两年内投入亿元人民币开展研究，成立假设干个太阳能发电、太阳能供热、太阳能空调等示范工程。但从整体上分析，国内太阳能利用整体起步较晚，尤其是在各类新型产品的开发、生产上还掉队于国际水平，整体上仍比较掉队。但随着我国政府的大力支持，目前我国在太阳能利用方面有了长足的进展。2020年的奥运会，北京成了我国在太阳能应用方面的最大展现窗口，“新奥运”充分表现了“环保奥运、节能奥运”的新概念，奥运会场馆周围80％～90％的路灯利用的是太阳能光伏发电技术；采纳全玻璃真空太阳能集热技术，供给奥运会90％的洗浴热水。在整个奥运会期间，太阳能路灯、太阳能，太阳能电话、太阳能无冲洗洗手间等一系列太阳能技术的应用充分表现出了我国在太阳能应用领域的进展功效。
关键词：脉宽调制，逆变，频率相位跟踪，STC12C5A32S2单片机，MAX197，并网运行
欧美一些先进国家目前正在普遍开展应用“光电玻璃幕墙制品”。这是一种能将太阳能转换硅片密封在双层钢化玻璃中，从而平安地实现将太阳能转换为电能的一种新型生态建材。美国的“光伏建筑打算”、欧洲的“百万屋顶光伏打算”、日本的“朝日打算”将在建筑领域掀起节能环保生态建材的开发应用热潮，极大的增进了太阳能在新型建材产品中的应用。
SPWM
自然采样法生成SPWM波
在我国，太阳能的利用也一直是最热点的话题[12]。通过量年的进展，我国国内的集热器（含太阳能热水器）已成为太阳能应用最为普遍、产业化最迅速的产业之一。1998年销售总额达到了35亿元，其产量位居世界榜首。我国的太阳能产业已开始运作。中国科学院宣布启动西部行动打算，将在两年内投入亿元人民币开展研究，成立假设干个太阳能发电、太阳能供热、太阳能空调等示范工程。但从整体上分析，国内太阳能利用整体起步较晚，尤其是在各类新型产品的开发、生产上还掉队于国际水平，整体上仍比较掉队。但随着我国政府的大力支持，目前我国在太阳能利用方面有了长足的进展。2020年的奥运会，北京成了我国在太阳能应用方面的最大展现窗口，“新奥运”充分表现了“环保奥运、节能奥运”的新概念，奥运会场馆周围80％～90％的路灯利用的是太阳能光伏发电技术；采纳全玻璃真空太阳能集热技术，供给奥运会90％的洗浴热水。在整个奥运会期间，太阳能路灯、太阳能，太阳能电话、太阳能无冲洗洗手间等一系列太阳能技术的应用充分表现出了我国在太阳能应用领域的进展功效。
关键词：脉宽调制，逆变，频率相位跟踪，STC12C5A32S2单片机，MAX197，并网运行
新能源发电综合实践光伏并网发电模拟装置
光伏并网发电模拟装置摘要本设计以dsPIC30F2010单片机为控制器，采用全桥DC/AC逆变电路和双极性SPWM 控制构建模拟光伏并网发电系统。
设计的系统绝大部分指标满足设计指标要求，不仅具有性能优良的模拟光伏电池的最大功率跟踪、数字锁频锁相功能，而且有低的输出电压THD，高的效率和可靠性，以及采用打嗝方式的欠压和过载保护和故障排除后自恢复功能。
关键词：太阳能，并网光伏发电系统,MPPT,数字锁相ABSTRACTA grid photovoltaic inverter was proposed and designed with MCU dsPIC30F2010, DC/AC power topology and SPWM control scheme. The inverter can almost meet the design specifications, and had not only good performance MPPT, phase lock，but also low THD,high efficiency and reliability. The hip protection scheme was adopted for undervoltage andover-current.Keywords:Solar energy，grid photovoltaic inverter, MPPT, digital phase lock一、方案论证与比较太阳能电池板价格昂贵，且光电转换效率低，因此并网型光伏发电系统的效率、最大功率跟踪MPPT、输出电压/电流的THD、锁频锁相等性能为关键核心指标。
根据设计任务要求，以上述指标为方案评估指标，论证系统关键的方案如下：1.1 光伏逆变器的SPWM控制波形产生方案评估方案一：用分立器件电路产生，主要由三角波发生器、正弦波发生器和比较器组成，但由于其电路复杂、灵活性差、调试困难等缺点，因此一般很少采用。
光伏并网发电模拟装置 (二)(09全国大学生电子设计大赛全国一等奖)
光伏并网发电模拟装置全国二等奖四川理工学院四川理工学院 刘勇刘勇刘勇 郭振建郭振建 李岱李岱摘要 本光伏并网系统以MSP430F169单片机为核心，单片机输出SPWM 波形经IR2110驱动H 桥，实现DC-AC 逆变。
最大功率点跟踪（MPPT ）绝对误差小于1%，利用430单片机软件实现锁相环，用参考频率作为基准频率，对MSP430单片机的外中断和定时器测定相位，当反馈的电压信号相位滞后（超前）于参考信号的相位时，就增大（减小）SPWM 的频率；达到相位和频率同步。
包括阻性负载，以及非阻性负载，实现了频率跟踪，相位跟踪。
DC-AC 转换效率达88%，，人机接口LCD 液晶显示器，界面直观、简洁，显示输出电压、电流，具有良好的人机交互性能。
关键词：光伏并网 MSP430F169 DC-AC 软件锁相 一、系统方案设计系统方案设计、、比较与论证根据题目要求分以下几部分进行方案设计与论证： 1、正弦脉宽调制SPWM 的及驱动电路方案选择方案一：采用可输出SPWM 波形的控制芯片SG3525。
该芯片能直接驱动功率场效应管，具有内部基准源、运算放大器和欠压保护功能，外围电路简单。
方案二：采用MSP430F169单片机输出SPWM 波形，再送IR2110驱动H 桥。
此方案控制电路简单，靠软件产生SPWM 波，成本低，有调试经验，此方案可取。
方案三:如图所示，用比较器组成的正弦脉宽调制电路，所得SPWM 波形最接近正弦波。
但由于三角波与正弦波交点有任意性，脉冲中心在一个周期内不等距，从而脉宽表达式是一个超越方程，计算繁琐，调试困难。
图 1 SPWM 产生电路综合题目要求，为实现方案，选择单片机输出SPWM 波，选择方案二。
2、频率、相位跟踪方案选择方案一：如图所示，采用锁相环芯片CD4046的相位控制系统，能够自动跟踪输入信号的频率和相位。
但是有效的锁相要求芯片对输入波形、PCB 布局、滤波网络参数要求较高。
光伏并网发电模拟装置研制
光伏并网发电模拟装置研制
文中研制了一套模拟并网发电系统，实现了频率跟踪、最大功率跟踪、相位跟踪、输入欠压保护、输出过流保护、反孤岛效应等功能；采用Atmega16高速单片机，实现了内部集成定时、计数器功能；利用定时器T／C2的快速PWM功能，实现SPWM信号的产生；采用T／C1的输入捕获功能，实现了频率相位监测和跟踪以及对失真度、输入电压、输出电流等物理量的检测与控制。
随着国际工业化的进程，全球未来能源消耗预计以3％的速度增长，常规能源面临日益枯竭的窘境。
人们开始了可再生能源与新能源技术的开发，最具发展前景的当属风力发电和太阳能发电，即光伏并网发电。
1 整体方案设计
设计采用Atmega16单片机为主体控制电路，工作过程为：与基准信号同频率、同相位正弦波经过SPWM调制后，输出正弦波脉宽调制信号，经驱动电胳放大，驱动H桥功率管工作，经过滤波器和工频变压器产生于基准信号通频率、同相位的正弦波电流。
其中，过流、欠压保护由硬件实现，同步信号采集、频率的采集、控制信号的输出等功能，均由Atmega16完成。
系统总体设计框图如图1所示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
..光伏并网发电模拟装置设计【摘要】：本系统采用单级DC-AC+工频变压器的拓扑结构，主电路为IR2111驱动的半桥式逆变电路。
控制电路以ATmega16单片机为核心，由软件生成SPWM波控制DC-AC逆变，跟踪最大功率点。
系统通过反馈信号监测频率、相位，经由A/D采样欠压、过流信号，控制频率、相位的跟踪和欠压、过流保护。
经测试，本系统的变换效率可达74.1%。
输出正弦波形失真度小（THD=1.5%），实现了同频同相的跟踪控制和欠压保护。
能够改变逆变电路的输入阻抗，调节工作点，但MPPT的效果未如理想。
【关键词】：DC-AC；SPWM；MPPT；变换效率；频率相位跟踪The design of photovoltaic grid-connected power simulatorAbstract:The topology of single-stage DC-AC+ power frequency transformer is used in this system, the main circuit is half-bridge inverter circuit driven by integrated circuit IR 2111. Microcontroller ATmega16 is the core of the control circuit, and the DC-AC inverter is controlled by the SPWM wave which is generated by software to track the maximum power point. Through the frequency and phase being monitored by the feedback signal, and A/D sampling being employed by the under-voltage and over-current signal, frequency and phase tracking and under-voltage and over-current protection are controlled by the system. By testing, the conversion efficiency of this system can reach 74.1%, and the distortion of output sine-wave is small (THD=1.5%), the same frequency and phase control can be achieved, as well as the function of under-voltage protection. The input impedance of inverter circuit can be changed to regulate the operating point, but the effect of MPPT is unsatisfactory.Key words: DC-AC; SPWM; MPPT；conversion efficiency; frequency and phase tracking.1 方案论证1.1总体方案论证方案一：如图1所示，硬件电路由DC-AC 变换器，滤波电路，变压器组成；系统以ATmega16单片机为控制核心，利用软件生成SPWM 波，通过直接控制SPWM 波的最大占空比来实现MPPT 控制；系统通过反馈信号检测频率、相位，经由A/D 采样欠压、过流信号，控制频率、相位的跟踪和欠压、过流保护。
方案二：在DC-AC 变换器之前增加一级DC-DC 变换器，通过反馈控制确保功率匹配条件，实现MPPT 。
由于系统对效率要求比较高，如果在DC-AC 变换器前插入DC-DC 变换器必然会降低转换效率，所以选择方案一。
1.2 DC-AC 主回路方案的选择光伏并网装置常采用H 桥逆变电路，桥式电路具有一定的抗不平衡的能力，输出功率范围大。
但全桥电路较为复杂，对称性要求较高。
考虑到技术难度和时间因素，这里采用半桥式逆变电路，在本系统中，逆变电路效率是主要设计指标，要求开关管损耗较小，只需有两个开关管，电路简单，较易实现。
虽然我们也尝试了制作调试全桥电路，终因时间仓促没有完成。
1.3 SPWM 的产生方案方案一：利用软件产生SPWM 波，通过查表的方法，产生SPWM 波，该方案较简单。
方案二：利用硬件或软硬结合的方式生成SPWM 波，例如利用软件生成单纯的三角波，利用硬件生成SPWM 波。
该方案较为复杂。
由于本系统产生的交流是工频，完全可以由单片机实现SPWM 控制，故选择方案一。
1.4提高效率的方法影响效率的因素主要包括单片机及外围电路功耗和DC —AC 变换器的功耗，其中主要是DC-AC 变换器的效率。
变换器的损耗主要有MOSFET 开关损耗, MOSFET 驱动损耗等。
故在DC-AC 变换器中采用驱动开关速度快的专用集成电路IR2111作为驱动电路，MOSFET 选择IRF540作为开关管，IRF540导通电阻小，开关速度快，导通压降小，功耗比较低。
其次，采用低功耗单片机ATmega16。
2 电路方案设计2.1 DC-AC 主回路设计与器件的选择DC-AC 主回路采用半桥式逆变电路，原理如图2所示，由单片机产生的SPWM 波通过IR2111驱动两个MOSFET 开关管，实现DC-AC 逆变。
图1 系统框图 图2 DC-AC 主回路原理图IR2111.兼有电隔离与体积小、速度快的优点，具有低端和高端输入通道，可驱动同桥臂的两个MOSFET ，内含自举电路，高端工作电压可达500V ，工作频率高，可达500kHz ，开通和关断的延迟时间小。
整机性能好，体积小。
IR2111应用电路中自举二极管采用HER208，其反向漏电流极低，浪涌承受能力较强，稳定性高。
能够满足电路的需要。
对于自举电容，工程中常用计算公式如下：C1>2Qg/(Vcc-10-1.5)。
式中，Qg 为IGBT 门极提供的栅电荷。
本电路选择IRF540作为开关管，由于IRF540导通电阻小，开关速度快，导通压降小，所以功耗比较低。
效应管IRF540栅极电荷为72nC ，根据上述自举电容的计算公式可以算出，自举电容的容量C>2*72/(15-10-1.5)，故选择耐压值高，容量为0.1uF 的电容。
2.2检测电路的设计从本系统的框图中可知检测电路有电压、电流监测电路及频率相位监测电路。
控制功能主要由单片机完成。
实现MPPT 控制、频相跟踪控制以及欠压、过流保护功能，需要监测输入电压U d 、负载电流I o 、交流反馈信号和参考信号。
● 输入电压检测在DC-AC 主回路的输入端接入如图3所示的电路，单片机通过对输入电压进行A/D 采样检测，当输入电压U d 正常时，电路正常工作；当检测到输入电压低于25V 时，故障指示灯亮，蜂鸣器报警，单片机停止产生SPWM ，电路停止工作。
当欠压故障排除后，电路自动恢复为正常状态。
● 负载电流检测在负载端通过电流互感器将负载电流耦合到如图4所示电路，采样电阻将电流信号转变为电压信号，通过A/D 送单片机处理，当单片机检测到负载电流小于1.5A 时，电路正常工作；当检测到负载电流Io>1.5A 时，蜂鸣器报警，电路停止工作；过流故障排除后，电路自动恢复为正常状态。
● 频率相位的检测利用过零比较器把参考信号和反馈信号变换为同频率的方波信号，通过外部中断和计数器来检测频率和相位差。
2.3滤波参数计算要得到50Hz 的输出正弦交流信号，DC-AC 逆变电路后要接一个滤波电路，把高频滤掉，电路如图6所示。
由公式LCf π21=，取Hz f 50= ，L=12mH ，求得C=0.08uF ，故取C=0.1uF 。
图4 电流检测电路图3 输入电压检测电路图5 滤波电路3 理论分析与计算3.1 MPPT的控制方法与参数设计SPWM波实际上是占空比按正弦规律变化的脉冲序列，通过驱动芯片控制开关管的电流通断，经过滤波就得到正弦交流信号，A×Sin(i×α) A为振幅；α为对应SPWM波周期的相角；i = 0，1，2，…，n。
单片机由正弦脉宽数表产生SPWM波，数表中的最大脉宽值τMAX就对应A×Sin(i×α)的幅值A。
因此可以通过控制τ MAX控制正弦波的振幅，也就是控制逆变电路的工作电流。
这样，逆变电路的输入电流也会改变，从而改变U d。
通过实验证实，当τ MAX增大，U d会下降。
但是降到接近到1/2Us的时候，输出正弦波形底部出现失真。
如果采用全桥电路，效果可能要好些，由于时间仓促，全桥电路还没有完成调试，我们尚未找到解决的方法。
因此MPPT控制的效果不理想。
3.2 同频、同相的控制方法与参数计算反馈信号与参考信号经过过零比较器得到45~55Hz的方波，输入到单片机的外中断引脚，利用两个中断就可以测定两路方波的周期与相位差。
周期检测的算法见图5 a），在前一个周期的上升沿（触发中断）启动计时，后一个周期的上升沿停止计时，计数值就是待测的周期。
相位检测的算法稍复杂，由两路脉冲先到者的上升沿启动计时，后到者的上升沿停止计时，计数值就是待测的相位差，或者是π-相位差。
当两路脉冲的周期差大于某个指定值时，启动周期图6 频率、相位检测调整程序，具体方法是更换正弦脉宽数表，程序可以在44Hz到56Hz的范围内跟踪参考信号的频率。
当两路脉冲的相位差大于某个指定值时，启动相位跟踪程序，通过相位补偿的方法达到同相控制。
因对时间控制的要求高，所以采用内联汇编的方式实现。
部分汇编代码如下：.DEF FLAG=R23; 第0位为定时器2启动标志；第1位为先后标志EXT_INT0:LDI R22,0x01CP FLAG,R22 ；判断定时器2是否已经启动BREQ K0; ；若定时器2已经启动，转跳ORI FLAG,0x01 ；若定时器2未启动，先置位启动标记LDI R17,1 ；OUT TCCR2,R17; 开定时器2RETIK0:LDI R17,0;OUT TCCR2,R17 ；关定时器2ANDI FLAG,0xFE；定时器2启动标记复位ANDI FLAG,0xFD；根据条件标记是参考信号超前于反馈信号IN R16,TCNT2 ；读取计数值，通过R16返回RETIEXT_INT1: …………如代码所示，当FLAG标记寄存器中位1为0时，中断程序返回的R16为参考信号超前于反馈信号的计数值；当FLAG 中位1为1时，R16为参考信号滞后于反馈信号的计数值。