大学生电子竞赛题目目光伏并网发电模拟装置

1994题目一简易数控直流电源一、设计任务设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。

其原理示意图如下：二、设计要求1．全然要求〔1〕输出电压：范围0～＋9.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV；〔2〕输出电流：500mA；〔3〕输出电压值由数码管显示；〔4〕由“＋〞、“－〞两键分不操纵输出电压步进增减；〔5〕为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出±15V，＋5V。

2．发扬局部〔1〕输出电压可预置在0～9.9V之间的任意一个值；〔2〕用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化〔步进0.1V不变〕；〔3〕扩展输出电压种类〔比方三角波等〕。

三、评分意见1997A题直流稳定电源一、任务设计并制作交流变换为直流的稳定电源。

二、要求1．全然要求〔1〕稳压电源在输进电压220V、50Hz、电压变化范围＋15%～－20%条件下：a．输出电压可调范围为+9V～+12Vb．最大输出电流为c．电压调整率≤0.2%〔输进电压220V变化范围＋15%～－20%下，空载到满载〕d．负载调整率≤1%〔最低输进电压下，满载〕e．纹波电压〔峰-峰值〕≤5mV〔最低输进电压下，满载〕f．效率≥40%〔输出电压9V、输进电压220V下，满载〕g．具有过流及短路保卫功能〔2〕稳流电源在输进电压固定为＋12V的条件下：a．输出电流：4～20mA可调b．负载调整率≤1%〔输进电压＋12V、负载电阻由200Ω～300Ω变化时，输出电流为20mA时的相对变化率〕〔3〕DC-DC变换器在输进电压为+9V～+12V条件下：a．输出电压为+100V，输出电流为10mAb．电压调整率≤1%〔输进电压变化范围+9V～+12V〕c．负载调整率≤1%〔输进电压+12V下，空载到满载〕d．纹波电压〔峰-峰值〕≤100mV〔输进电压+9V下，满载〕2．发扬局部〔1〕扩充功能a．排除短路故障后，自动恢复为正常状态b．过热保卫c．防止开、关机时产生的“过冲〞〔2〕提高稳压电源的技术指标a．提高电压调整率和负载调整率b．扩大输出电压调节范围和提高最大输出电流值〔3〕改善DC-DC变换器a．提高效率〔在100V、100mA下〕b．提高输出电压〔4〕用数字显示输出电压和输出电流三、评分意见2005数控直流电流源〔F题〕一、任务设计并制作数控直流电流源。

小功率光伏发电并网系统一、任务设计并制作如图1所示的光伏发电并网系统。

图中，采用交流调压器和单相不控整流电路来模拟光伏电池组件；并网逆变器的输出经交流调压器、变压器并入电网。

图1 光伏发电并网系统框图二、要求1．基本要求（1）正常运行时并网电压U O允许的波动范围：30V～36V（U IN=55V）；（2）最大输出电流有效值I Omax：2A；（3）并网功率因数PF≥0.9（U IN=55V，U O=33V，I O=2A）；（4）并网电流THD≤10%（U IN=55V，U O=33V，I O=2A）；（5）逆变器的效率η≥70%（U IN=55V，U O=33V，I O=2A）；（6）具有过流保护功能，动作电流I O（th）=2.5A；2．发挥部分（1）逆变器正常运行时的输入直流电压U IN的可调范围：50V~70V，此时逆变器并网端的参数为U O=30~36V，I O=2A；（2）进一步提高并网功率因数，使PF≥0.98；（3）进一步减小并网电流THD，使THD≤5%；（4）进一步提高效率，使η≥85%；（5）其他。

三、说明（1）本题要求参赛者制作图1所示的整流滤波和并网逆变器两部分。

系统可在交流输入端通过交流调压器来调整U IN的大小，以此模拟光伏电池的输出直流电压波动；在并网端通过交流调压器来调整并网电压U o的幅值大小，以此模拟电网电压的幅值波动。

（2）本题中逆变器效率 =P O/ P IN，其中P O＝U O*I O*PF，P IN＝U IN I IN；控制电路可采用辅助电源单独提供。

（3）系统在最大输出功率下应能连续安全工作足够长的时间（测试期间，不能出现过热等故障）。

（4）制作时应考虑方便测试，合理设置测试点（参考图1）。

（5）设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、主要的测试结果。

完整的电路原理图、重要的源程序和完整的测试结果用附件给出。

四、评分标准五、背景介绍在化石能源日渐枯竭和环境污染问题日益严重的今天，光伏发电成为世界各国争相发展的热点，而其中光伏并网发电作为光伏发电的发展趋势，得到了快速的发展。

光伏并网发电模拟装置的设计作者：侯洪波来源：《新课程·中学》2014年第11期摘要：在中等职业学校电子技术应用专业的教学中，需要设计一个光伏并网发电模拟装置。

经过紧张的三天四夜的奋力拼搏，与小组其他成员的通力协作、团结互助，终于完成了实验项目。

通过测试，系统基本达到了设计要求。

关键词：光伏；发电；DC-AC；太阳能光伏并网发电模拟装置由DC-DC、DC-AC转换电路、滤波电路、工频隔离变压器、控制电路组成。

DC-AC转换电路用单片机C8051F410来控制，DC-DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点；DC-AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。

该光伏装置具有功率跟踪（MPPT）、频率跟踪、输入欠压保护和输出过流保护的功能。

一、方案设计与论证控制器模块采用新华龙公司的C8051F410单片机作为控制器的方案。

该单片机I/O资源丰富、速度快，并可模拟各种总线。

芯片内置JTAG电路，可在线仿真调试，大大简化了系统开发调试的复杂度，而且功耗低，性价比高。

此光伏系统采用扰动观测法，其原理是先在上一时刻控制电压给定值U（k-1）的基础上进行扰动，将（U（k-1）+dU）作为此时刻输出电压给定值，再检测输出电流值I（k），计算当前的输出功率P（k）后，将此时的功率同上一时刻的功率值P（k-1）相比，若功率增加，则表示扰动方向正确，可朝同一方向继续扰动。

若功率值减小，则说明扰动方向错误，需向相反的方向进行扰动。

采用扰动观测法的优点是：控制思路简单，实现较为方便；可实现最大功率点的动态跟踪，提高系统的利用效率。

二、系统硬件设计1.系统的总体设计光伏并网发电模拟装置的框图如图1。

太阳能电池板输出的额定电压为60V的直流电通过DC-AC变换器变为交流电，经滤波器和工频变压器输出，同时工频变压器上有检测电路，用于电压的变化，检测电路的信号送给由单片机为主体的控制电路用来控制DC-AC变换器的工作状态，达到系统稳定。

2009年全国大学生电子设计竞赛陕西赛区竞赛设计报告封面作品编号：（由组委会填写）… …………… ……………剪切线……………… …………… …作品编号：（由组委会填写）说明1.为保证本次竞赛评选的公平、公正，将对竞赛设计报告采用二次编码；2.本页作为竞赛设计报告的封面和设计报告一同装订；3.“作品编号”由组委会统一编制，参赛学校请勿填写；4.“参赛队编号”由参赛学校编写，其中“学校编号”应按照巡视员提供的组委会印制编号填写，“组（队）编号”由参赛学校根据本校参赛队数按顺序编排，“选题编号”由参赛队员根据所选试题编号填写，例如：“0105B”或“3318F”。

5. 本页允许各参赛学校复印。

光伏并网发电模拟装置摘要该装置以DC-AC逆变器为核心。

由外部提供的直流稳压电源产生直流输入电压Us，微控制器MSP430F169产生占空比可调的SPWM 波通过控制四个开关管的导通和截止构成DC-AC逆变电路使直流输入电压逆变成交流电压，再通过滤波电路后产生正弦交流电，使之经过一个升压变压器产生需要的输出电压。

通过由MSP430F169单片组成的控制电路实现Ud和Us的最大功率点跟踪，即MPPT功能及反馈输出电压与正弦参考电压Uref的功率和相位跟踪功能。

关键词：DC-AC变换电路，MPPT，MSP430F169单片机，SPWM目录引言 (1)1 方案论证与设计 (1)1.1 DC/AC方案 (2)1.2 控制方案 (2)2 原理分析与硬件电路图 (2)2.1 DC/AC模块 (2)2.1.1 模块功能介绍 (2)2.1.2 电路设计 (3)2.2 控制模块 (3)2.2.1 模块功能介绍 (3)2.2.2 电路设计 (3)3 系统软件设计与流程 (4)3.1 系统软件介绍 (4)3.2 程序流程图 (5)4 系统测试与误差分析 (5)4.1 测试环境 (5)4.2 测试仪器 (5)4.3 测试方法 (6)4.4测试数据 (6)4.5 误差分析 (6)5 设计总结 (6)参考文献 (6)引言人类的发展与能源的利用是紧密相连的，工业高度发展的今天更是如此。

iyg2011年全国电赛中电源类题目预测：1、24V交流单相在线式不间断电源-----（PFC+逆变DC-AC）2、LED照明用恒流电源变换器---------（PFC+恒流电路，康铜丝端反馈-电流反馈）3、直流电子负载---------------------（恒压、恒流、BUCK-BOOST）4、程控DC/DC升压电源--------------（恒压DC-DC+程控预值，纹波抑制、效率、负载调整率和电压调整率）5、高效数控恒流电源----------------（程控预值）6、高功率因数电源------------------（PFC+过流保护+功率因数测量-干扰消除）7、功率因数监测与补偿实验系统8、光伏并网发电模拟装置-------（逆变DC-AC，欠压过流保护，并网中的频率、MPPT、相位跟踪技术、传感器隔离检测技术、逆变效率提高方法）（09年全国A题）希望细心的读者能够从这些出题规律中找到今年的命题方向，有针对性的进行强化训练。

在8月24号竞赛元器件及设备清单公布以后，出题方向也许会更加明了，那时就有更明确的目的了。

当然，享受电子设计的过程比取得一个好的结果更重要，不是吗？1、24V交流单相在线式不间断电源(D题)--2010年浙江省电子设计竞赛D题一．任务设计并制作输出电压为24V AC 在线式不间断电源，结构框图如图D-1所示。

二．要求： 2.1 基本要求（1）在交流供电U 1=36VAC 和直流供电U 3=36VDC 两种情况下，保证输出电压U 2=24VAC ，且保证其频率为50±1Hz，额定输出电流1A ； （2）切断交流电源后，在输出满载情况下工作时间不少于30秒钟； （3）交流供电时，电源达到以下要求：1）电压调整率：满载条件下，U 1从29VAC 增加至43VAC ，U 2变化不超过5%；2）负载调整率：U 1=36VAC 、U 2=24VAC ，从空载到满载，U 2变化不超过5%；（4）蓄电池供电时，满载条件下，效率η不低于65%（2233U I U I η=）； （5）具有输出短路保护功能。

南华大学黄智伟 备战2015 全国大学生电子设计竞赛电源类赛题分析一、 电源类作品1.1 电源类赛题分析1.1.1 历届的“电源类”赛题在11届全国大学生电子设计竞赛中，电源类赛题有10题[1]：① 简易数控直流电源（第1届，1994年A 题）② 直流稳压电源（第3届，1997年A 题）③ 数控直流电流源（第7届，2005年F 题）④ 三相正弦波变频电源（第7届，2005年G 题）⑤ 开关稳压电源（第8届，2007年E 题，本科组）⑥ 光伏并网发电模拟装置（第9届，2009年A 题，本科组）⑦ 电能搜集充电器（第9届，2009年E 题，本科组）⑧ 开关电源模块并联供电系统（第10届，2011年，A 题，本科组）⑨ 单相AC-DC 变换电路（第11届，2013年 A 题，本科组）⑩ 直流稳压电源及漏电保护装置（第11届，2013年 L 题，高职高专组）从历届赛题可以看到， “电源类”赛题从AC →DC ，从DC →AC ，从单相电到3相电，从线性稳压器到开关稳压器，从单个电源到多个电源并联，已经涉及到电源设计基础的和先进的技术，而且赛题要求的技术参数指标也是越来越高（例如，精度、效率η（≥95%）等）。

例1：2005年G 题“三相正弦波变频电源”赛题要求[1]：（1）输出频率范围为20Hz ～100Hz 的三相对称交流电，各相电压有效值之差小于0.5V ；（2）当输入电压为198V ～242V ，负载电流有效值为0.5～3A 时，输出线电压有效值应保持在36V ，误差的绝对值小于1%；（3）设计制作具有测量、显示该变频电源输出电压、电流、频率和功率的电路，测量误差的绝对值小于5%；（4）变频电源输出频率在50Hz 以上时，输出相电压的失真度小于5%；（5）具有过流保护(输出电流有效值达3.6A 时动作)、负载缺相保护及负载不对称保护(三相电流中任意两相电流之差大于0.5A 时动作)功能，保护时自动切断输入交流电源。

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。

历届全国大学生电子设计竞赛试题第一届（1994年）全国大学生电子设计竞赛题目（1）简易数控直流电源（A题）（2）多路数据采集系统（B题）第二届（1995年）全国大学生电子设计竞赛题目（1）实用低频功率放大器（A题）（2）实用信号源的设计和制作（B题）（3）简易无线电遥控系统（C题）（4）简易电阻、电容和电感测试仪（D题）第三届（1997年）全国大学生电子设计竞赛题目（1）直流稳压电源（A题）（2）简易数字频率计（B题）（3）水温控制系统（C题）（4）调幅扩播收音机（D题）第四届（1999年）全国大学生电子设计竞赛题目（1）测量放大器设计（A题）（2）数字式工频有效值多用表（B题）（3）频率特性测量仪设计（C题）（4）短波调频接收机设计（D题）（5）数字化语音存储与回放系统（E题）第五届（2001年）全国大学生电子设计竞赛题目（1）波形发生器（A题）（2）简易数字存储示波器（B题）（3）自动往返电动小汽车（C题）（4）高效率音频功率放大器（D题）（5）数据采集与传输系统（E题）（6）调频收音机（F题）第六届（2003年）全国大学生电子设计竞赛题目（1）电压控制LC振荡器（A题）（2）宽带放大器（B题）（3）低频数字式相位测量仪（C题）（4）简易逻辑分析仪（D题）（5）简易智能电动车（E题）（6）液体点滴速度监控装置（F题）第七届（2005年）全国大学生电子设计竞赛题目（1）正弦信号发生器（A题）（2）集成运放测试仪（B题）（3）简易频谱分析仪（C题）（4）单工无线呼叫系统（D题）（5）悬挂运动控制系统（E题）（6）数控恒流源（F题）（7）三相正弦波变频电源（G题）第八届（2007年）全国大学生电子设计竞赛题目（1）音频信号分析仪（八）【本科组】（2）无线识别（B）【本科组】（3）数字示波器（C）【本科组】（4）程控滤波器（D）【本科组】（5）开关稳压电源（E）【本科组】（6）电动车跷跷板（F）【本科组】（7）积分式直流数字电压表（G）【高职高专组】（8）信号发生器（三）【高职高专组】（9）可控放大器（D【高职高专组】（10）电动车跷跷板（J）【高职高专组】第九届（2009年）全国大学生电子设计竞赛题目（1）光伏并网发电模拟装置（A题）【本科组】（2）声音导引系统（B题）【本科组】（3）宽带直流放大器（C题）【本科组】（4）无线环境监测模拟装置（D题）【本科组】（5）电能收集充电㈱（E题）【本科组】（6）数字幅频均衡的功率放大器（F题）【本科组】（7）低频功率放大器（G题【高职高专组D（8）LED点阵书写显示屏（H题【高职高专组D （9）模拟路灯控制系统Q题【高职高专组】）。

2007年开关稳压电源（E题）【本科组】一、任务设计并制作如图1所示的开关稳压电源。

二、要求在电阻负载条件下，使电源满足下述要求：1．基本要求（1）.输出电压UO可调范围：30V～36V；（2）.最大输出电流IOmax：2A；（3）.U2从15V变到21V时，电压调整率SU≤2%（IO=2A）；（4）.IO从0变到2A时，负载调整率SI≤5%（U2=18V）；（5）.输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP≤1V（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；（6）.DC-DC变换器的效率≥70%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；（7）.具有过流保护功能，动作电流IO（th）=2.5±0.2A；2．发挥部分（1）.进一步提高电压调整率，使SU≤0.2%（IO=2A）；（2）.进一步提高负载调整率，使SI≤0.5%（U2=18V）；（3）.进一步提高效率，使≥85%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；（4）.排除过流故障后，电源能自动恢复为正常状态；（5）.能对输出电压进行键盘设定和步进调整，步进值1V，同时具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。

（6）.其他。

三、说明（1）.DC-DC变换器不允许使用成品模块，但可使用开关电源控制芯片。

（2）.U2可通过交流调压器改变U1来调整。

DC-DC变换器（含控制电路）只能由UIN端口供电，不得另加辅助电源。

（3）.本题中的输出噪声纹波电压是指输出电压中的所有非直流成分，要求用带宽不小于20MHz 模拟示波器（AC耦合、扫描速度20ms/div）测量UOPP。

=PO/ （4）.本题中电压调整率SU指U2在指定范围内变化时，输出电压UO的变化率；负载调整率SI指IO在指定范围内变化时，输出电压UO的变化率；DC-DC变换器效率 PIN，其中PO＝UOIO，PIN＝UINIIN。

（5）.电源在最大输出功率下应能连续安全工作足够长的时间（测试期间，不能出现过热等故障）。