电子设计竞赛和光伏并网发电模拟装置

1.DC-AC主回路选择
DC-AC 回路为系统功率变换的核心，负责将前级直流 输入变换成交流输出。根据电路控制参量的不同可分为 电压型和电流型。
电流型逆变电路交流输出电流为矩形波，控制电路较 为复杂。 电压型逆变电路包括半桥式和全桥式电路，电路逆变 功率脉动波形由直流电流体现，输出电压为矩形波， 输出电流因负载阻抗不同而不同。电压型控制电路对 输出电压进行调节，便于进行功率转换，所以最终选 用电压型全桥逆变电路为DC-AC 的功率变换核心。
频率测量
过零点测量
相位的适当修正
3、信号采集部分
采集信号包括前级直流输入电压、电流，后级交流输出 电压、电流，输入参考和反馈信号的频率、相位。直流 输入电流值采用电流检测放大器INA206 对取样电阻取 样后采用线性光耦HCNR201 隔离，直流输入电压则利 用电阻分压后经过线性光耦隔离取样，通过16 位低功 耗全差分串行Σ-Δ 型A/D 转换器MAX1416 进行采集, 交流信号经电压电流互感器转换后采用14 位伪差分串 行A/D 转换器TLC3578 采集。
《电子制作》 2010/02
武汉大学-闻长远 王雨曦 江 超 光伏并网发电模拟装置(1)
福州大学-张锦吉 戴荣东 吴家彪 光伏并网发电模拟装置(2)
武汉理工大学、三峡大学报告
RS
+
US
-
Id
+
Ud
-
DC- AC
uREF
控制电路
i o1
io
T
滤
n1
n2
波 器
uo1
uo RL
n3 uF
图1 并网发电模拟装置框图
值≤5°。
(4)过流、欠压故障排除后，装置能自动恢复为正常状态。
(5)其他。
三、说明
1．本题中所有交流量除特别说明外均为有效值。
2．US采用实验室可调直流稳压电源，不需自制。
3．控制电路允许另加辅助电源，但应尽量减少路数和损耗。 45．．D基C本-A要C求变（换1器）效、率（ 2 ）PP do，和其发中挥部Pd分（U，d3I）d 要求Po从。U给o1定Io或1 条件发生变
（2）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%。
（3）当RS=RL=30Ω时，DC-AC变换器的效率≥60%。
（4）当RS=RL=30Ω时，输出电压uo的失真度THD≤5%。
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（5）具有输入欠压保护功能,动作电压Ud（th）=(25±0.5)V。
方案一：单极性控制方式
u
uc
ur
O
wt
uo
uo
Ud
u of
O
wt
-U d
ur正半周，V1保持通，V2保持断。 当ur>uc时使V4通，V3断，uo=Ud 。 当ur<uc时使V4断，V3通，uo=0 。
方案二：双极性控制方式
u
u
u
r
c
O
wt
u o
Ud
u
u
of
o
O
wt
-U d
当ur >uc时，给V1和V4导通信号，给V2和V3关断信号 当ur<uc时，给V2和V3导通信号，给V1和V4关断信号
化到电路达到稳态的时间不大于1s。
6．装置应能连续安全工作足够长时间，测试期间不能出现过热等故障。
7．制作时应合理设置测试点（参考图1），以方便测试。
8．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。
题目分析 方案选择 参数计算 测试说明 参赛结果
（6）具有输出过流保护功能,动作电流Io（th）=(1.5±0.2)A。
2．发挥部分
(1)提高DC-AC变换器的效率，使≥80%（RS=RL=30Ω
时）。
(2) 降 低 输 出 电 压 失 真 度 ， 使 THD≤1% （ RS=RL=30Ω
时）。
(3)实现相位跟踪功能：当fREF在给定范围内变化以及加非 阻性负载时，均能保证uF与uREF同相，相位偏差的绝对
➢ 负载电阻RL=30Ω-36Ω。
RS
+
US
-
Id
+
Ud
-
DC- AC
uREF
控制电路
i o1
io
T
滤
n1
n2
波 器
uo1
uo RL
n3 uF
图1 并网发电模拟装置框图
1．基本要求
（1）具有最大功率点跟踪（MPPT）功能：RS和RL在给定
范围内变化时，使U d
1 2
U
S
相对偏差的绝对值不大于1%。
4.保护电路
系统具有欠压保护、过流保护以及故障后的自恢复功能。 利用单片机监测输入电压Ud和输出电流IO，采用试触方 式实现自动恢复功能。当检测到欠压状态和过流状态时， 单片机断开继电器，经过4s延时后再次导通电路进行检 测，直到故障排除为止。此外系统还附加短路保护和过 热保护功能，短路保护电路具有自锁功能。
2010年湖北省高校电子信息类专业教 学改革与电子设计竞赛工作研讨会
--2009年全国大学生电子设计竞赛题解析
A题--光伏并网发电模拟装置
三峡大学 高学军
题目分析 方案选择 参数计算 测试说明 参赛结果
题目分析 方案选择 参数计算 测试说明 参赛结果
光伏并网发电模拟装置（A题）
2.正弦波脉宽调制（SPWM）方式
正弦波脉宽调制，根据其调制方式不同可分为模拟调制 和数字调制。
模拟调制制方式基于自然采样原理，在三角波和正弦 波的自然交点时刻控制功率开关器件的通断。 数字调制法同样基于自然采样原理，以可编程逻辑器 件为载体将正弦波表存入存储器，经过数字比较产生 对应波形。数字调制方式生成波形相位分辨率可以达 到很高精度，改变调制比（正弦波与三角波幅度比） 即可改变输出电压。 由于数字调制方式控制简单，实现方便，故选用数字 调制方式产生逆变电路的控制信号。
一、任务
设计并制作一个光伏并网发电模拟装置，其结构框图如图1 所示。
➢ 用直流稳压电源US和电阻RS模拟光伏电池，US=60V， RS=30Ω-36Ω；
➢ uREF为模拟电网电压的正弦参考信号，其峰峰值为2V，频 率fREF为45Hz-55Hz；
➢ T为工频隔离变压器，变比为n2:n1=2:1、n3:n1=1:10， 将uF作为输出电流的反馈信号；
方案三：单极倍频正弦脉宽调制
vr>vc时，VA为正，T1通态，T2截止。 vr<vc时，VA为负，T1截止，T2通态。 vr+vc>0时，VB为正，T4通态，T3截止。 vr+vc<0时，VB为负值，T4截止，T3通态。 vr+vc>0 vr>-vc ；
uREF为模拟电网电压的正弦参考信号，其峰峰值 为2V，频率fREF为45Hz-55Hz；