光伏并网发电模拟装置的设计
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。
光伏并网发电模拟装置的设计
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。
光伏发电模拟并网装置
，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
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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。
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。
电路设计+光伏并网发电模拟装置
【电路设计】＋光伏并网发电模拟装置本系统采用两块TI的MSP430F169单片机为主控芯片, 一块主机，一块从机，并采用专用的PWM控制芯片UC3525采用前置反馈的第一级DC-DC电路，稳定输入电压Ud，实现最大效率跟踪(MPPT)，主机检测输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、和反馈波形与标准波形的相位差。
从机跟踪标准频率，并发出与标准正弦波同频同相的两路驱动波形。
第二级DC-AC电路根据从机发出来的驱动波形实现全桥逆变，输出与标准波形同频同相的正弦波，保证并网安全。
根据主机采样来的电压电流信号进行处理，实现过流保护和欠压保护。
1.2总体方案设计根据题目要求，输入电压是有直流稳压电源提供的60V直流电压，通过一个电压源模拟内阻Rs，在通过DC-DC升压电路，采用UC3525为PWM控制芯片，采用前置反馈，使Ud两端的电压稳定在30V，实现最大功率点跟踪（MPPT）功能，MSP430单片机对Ud和输入回路的电流进行AD采样，可以时时检测Ud 的变化，如果Ud欠压，就继电器关断主回路，并且再次检测，如果Ud大于24.5V，可以实现输入欠压的自动恢复。
题目要求频率，相位跟随，故采用全桥逆变后经过LC滤波，工频变压器输出和反馈。
输出交流电压的采样，输出交流电流的采样，输出保护，如果输出电流大于1.3A，输出保护继电器断开，继电器两端的30欧的电阻工作，再次检测输出电流小于0.65A，输出继电器闭合，电路正常工作，从而实现输出过流保护，再通过MSP430单片机采样标准的2V Vpp的正弦信号，通过过零比较器转换为方波，测量出标准正弦信号的频率，在通过软件生成同频率的SPWM波形，从而来实现频率跟踪，在将标准的正弦波信号和变压器反馈电压信号转换为两路方波信号，测量出其相位差，在将相位差转换为对应的点数，从而将反馈电压的相位向左或向右移动相应的点数，从而实现相位跟随。
液晶来显示一些被检测的值和关键参数，辅助系统调试。
南京航空航天大学_光伏并网发电模拟装置_崔益军
C2000参赛项目报告（命题组）题目：基于TMS320F2812的光伏发电逆变系统学校：南京航空航天大学指导教师：王成华（教授）洪峰（讲师）参赛队成员名单（含个人教育简历）：崔益军、本科生、南京航空航天大学胡超、本科生、南京航空航天大学丁娇、本科生、南京航空航天大学基于TMS320F2812的光伏发电逆变系统崔益军胡超丁娇（南京航空航天大学信息科学与技术学院邮编210000）摘要：整个光伏发电逆变系统确定采用全桥作为逆变器的拓扑结构；给出基于双闭环控制的系统传递函数，通过比较选择单极性混合正弦脉宽调制作为逆变器的调制方式；并在SABER软件下验证了整体设计方案的可行性。
整个系统的硬件部分包括主电路、驱动电路、采样调理电路和保护电路，以及数字控制系统的硬件电路。
基于TMS320F2812平台的逆变器软件设计则包括双闭环控制策略的数字PI实现以及SPWM的数字生成和ADC的软件校正等。
最后的作品测试结果表明，逆变器的输出功率、系统效率、波形THD、负载调整率等各项指标均满足要求，系统具有优异的稳态性能和动态性能。
关键词：逆变器，DSP，闭环控制策略，SPWMPhotovoltaic Inverter System based on TMS320F2812Cuiyijun，Huchao，Kangchuanhua(College of Information Science and Technology, Nanjing University of Aeronautics andAstronautics)Abstract：The Photovoltaic Inverter System is developed with full-bridge topology. It is proved to be with good steady-state characteristics and dynamic performance by analyzing the transmission function of the dual-loop control strategy. The hybrid SPWM modulation is chosen by comparing several classic modulation methods. The system solution is verified to be practicable through the Saber simulation.The whole system consists of hardware designs such as main circuits, driver circuits, sample and signal conditioning circuits, protecting circuits and the software designs such as the realization of PI control strategy and the rectification of the ADC precision in TMS320F2812. Finally, the experiments on the system indicate that all the performance including the output power, the efficiency, the THD of output waveform and load regulation of the experimental prototype proves to be qualified, The PV inverter system has excellent steady-state characteristics and dynamic performance.Key words：inverter, DSP, closed-loop control strategy, SPWM1 引言该设计装置模拟光伏并网发电，主要由主电路、控制电路、采样调理电路、驱动保护电路、辅助电源等部分组成。
光伏并网发电模拟装置的设计
本科毕业论文题目：光伏并网发电模拟装置的设计学生： XXX专业：自动化专业年级： 2007级指导教师： XXX日期： XXX18日目录一、绪论 (1)二、理论分析与算 (2)（一）SPWM的产生 (2)（二）相位、频率的控制 (4)（三）滤波参数的计算 (6)三、方案选择 (7)（一）总体介绍 (7)（二）光伏电源模拟装置 (8)（三）逆变主电路选择 (8)（四）调制方式选择 (9)（五）MOSFET驱动电路方案 (10)（六）逆变电路的变频控制方案 (12)四、硬件设计 (14)（一）逆变主电路设计 (14)（二）驱动电路设计 (15)（三）ADC模块 (18)（四）保护电路设计 (18)（五）反馈电路设计 (19)（六）显示电路设计 (20)五、软件设计 (23)（一）程序总体框图 (23)（二）频率相位模块 (24)（三）保护模块 (24)致谢 (26)参考文献 (27)附录 (28)附录1原理图 (28)附录2产生SPWM (29)附录3实物 (36)光伏并网发电模拟装置的设计摘要：随着生态环境的日益恶化，人们逐渐认识到必须走可持续发展的道路。
太阳能作为一种巨量的可再生能源，是目前大量应用的化石能源的替代能源之一，是人类可利用的最直接的清洁能源之一，因此开发太阳能具有重大的战略意义。
光伏并网是太阳能利用的发展趋势。
在光伏并网系统中，并网逆变器是核心部分。
DC-AC使输出电压与电网电压同相位、同频率。
在逆变器设计部分，本文总结了通常采用的电路拓扑并比较了各自的优缺点，经过比较，决定采用全桥逆变和LC滤波的设计策略。
控制电路设计采用了STC89C52RC芯片，逆变电路采用单极性SPWM调制方式，驱动电路采用IR2110芯片，主电路采用全桥逆变，算法采用规则采样法。
由于STC89C52芯片计算速度较慢，不能实时在线计算出三角载波与正弦调制波自然交点的控制时刻。
所以，我们采用先计算出正弦信号波与三角载波在一个周期内的交点时刻，做成一个正弦时间表，从而得到控制功率管MOSFET开关时间点的方法。
2kW单相光伏并网发电模拟器的设计
2kW单相光伏并网发电模拟器的设计Abtract: 第1章前言随着全球工业化进程的逐步展开，世界各国对能源的需求急剧膨胀，而煤炭、石油和天然气三大化石能源日渐枯竭，全球将再一次面临能源危机，同时，大量使用化石能源对生态环境造成了严重的破坏，全球变暖就是一个例子。
如何解决好能源、环境与开展之间的关系已成为全球的热点问题，也只有解决了这一难题，才能实现经济和社会的可持续开展，造福人类。
人类要解决能源问题，实现可持续开展，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生绿色能源，包括太阳能在内的可再生能源在本世纪将会以前所未有的速度开展，逐步成为人类社会根底能源的重点。
太阳能具有独特的优势，全球能源专家们一致认定：太阳能将成为21世纪最重要的能源之一。
据欧洲JRC预测，到未来的2100年，太阳能在整个能源结构中将占68%的份额。
太阳能资源开发利用有如下优点：1)储量的“无限性”。
太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用量巨大。
太阳能每秒钟辐射的能量大约是1.6某1023kW，其中到达地球高达8某1013kW，相当于燃烧6某109吨标准煤。
按此计算，一年内到达地球外表的太阳能总量折合成标准煤约1.892某1016亿吨，是目前世界主要能源探明储量的一万倍。
相对于常规能源的有限性，太阳能储量是“无限”的，取之不尽用之不竭。
这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源匮乏枯竭的最有效途径。
2)存在的普遍性。
虽然由于纬度的不同、气候条件的差异造成了太阳能辐射的不均匀，但相对于其他能源来说，太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。
这久为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。
3)利用的情节性和经济性。
太阳能就像风能、潮汐能等清洁能源一样，其开发利用几乎不产生任何污染，加之储量的无限性，是人类理想的替代能源。
第2章选题背景 2.1国内外光伏并网发电的研究现状及开展趋势近几年国际上光伏发电快速开展，世界上已经建成了10多座兆瓦级光伏发电系统，6个兆瓦级的联网光伏电站。
基于SPCE061A光伏并网发电模拟装置设计
Ｄ — ｃ 电路 （ 心 电路 如 图 ３ 是 以 Ｋ ５ ５为控 制 核 心 。经 过单 ＣＤ 核 ） Ａ３２ 片机 控 制 ＤＡ提 供 一 个 参考 电压 ，与 输 出 电压 的反 馈 分 压进 行 比较 ， ／ 在 ３２ ５ ５内 部 的 电压 误 差 放 大 器产 生 一 个 高 或 低 电 平 ， 制 脉 宽 变化 ， 控 来 达 到 调 整 输 出 电压 的 变 化 ， 反复 调 整 后 使 输 出 达 到 所需 的值 。通 过 以 ３２ ５ ５为 核 心 的 Ｄ — Ｃ电 路 可 实 现 当 Ｒｓ Ｒ ＣＤ 和 Ｌ在 给 定 范 围 内变 化
０ 引言
期， 计算 量 低 ， 算 速度 快 。 计
方 案 二 ： 案 三 ： 率 跟 踪 方法 ， 通 过 硬 件或 软 件 完 成 。硬 件 频 方 频 可 目前 ， 统 化 石能 源 正 走 向枯 竭 ， 环 境 污 染 问题 也 日益 严 重 ， 传 且 新 率 跟 踪 可 以采 用 锁 相 环 ， 实 时 调 整 采 样周 期 ， 不 方 便 测 量 频 率 ， 能 但 对 能 源 和 可再 生 能 源 的利 用 已 经 成为 世 界 各 国 的眉 燃 之 急 。 阳 能作 为 太 于 采 样 间 隔 ， 件 不 能 控 制 ， 成 毫 秒 级 的 延 时 还 需 另 外 提 供 定 时 中 软 完 新 型 环保 能 源 ． 到 了世 界 的 亲 睐成 为 解 决 电 能 匮乏 的 新 途径 。 得 断 ． 方 便使 用 。 不 本 文 制 作 一 个光 伏 并 网 发 电模 拟 装 置 。 拟 光伏 电 池和 电 网电 压 模 方案 三 ： 于 快 速傅 立 叶 变 化 澍 量频 率 方 法 ， 然 精 度 高 ， 是 计 基 虽 但 的 正选 信 号 ， 最 大功 率 点 跟踪 ， 率 跟 踪 ， 入欠 压 和输 出过 流 等 功 算 量 太 大 ， 片 机 工作 速度 慢 。 对 频 输 单 能 进行 了全 面 的 理论 分 析 ， 大量 的方 针 和 实验 研 究 。 鉴 于本 设 计 单 片 机 以单 片 机 为 核 心 ， 求 计 算 量 低 、 算 速 度 快 、 要 运
光伏并网发电模拟装置 (一) (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西安电子科技大学沈敏郝爽任腊梅本系统涉及三大关键技术：全桥驱动电路、H桥功率变换电路、变频低通滤波器。
系统以全桥驱动电路为核心，以MSP430F1611单片机为主控制器和SPWM 信号发生器。
根据输出电压采样值，调整SPWM信号幅度，实现最大功率点跟踪。
根据负载电压采样，对SPWM信号做出调整，实现频率跟踪相位跟踪。
系统功能完善，达到了所有指标。
关键词：并网SPWM 跟踪AbstractThe system contains three key technology :full bridge driving circuit 、H bridge power converter circuit and variable low pass filter .The core of the system is the full bridge circuit and the main controller is the MSP430F1611.The magnitude of SPWM is adjusted based on the output voltage sampling ,so that the output power keep being the largest .The output frequency is following the reference frequency based the sampled load voltage .The system is full functional ,meets all the target of the basic and exent demands .一、方案论证光伏发电主要是完成DC-AC逆变，通常逆变有几种方案。
方案一：采用分立元件搭建三角波产生电路，正弦波产生电路，通过比较器比较产生正弦脉宽调制信号，通过功率驱动全桥，完成功率放大，实现逆变。
光伏并网发电模拟装置的设计【开题报告】
开题报告电气工程及其自动化光伏并网发电模拟装置的设计一、课题研究意义及现状尽管寻找新能源的工作已经有相当的历史了，但是世界性的环境污染和能源短缺已经迫使人们更加努力的寻找和开发新能源。
在寻找和开发新能源的过程中，人们很自然的把目光投向了各种可再生的替代能源。
目前我们主要使用的能源还是以化石燃料为主和可再生能源，新能源并存的多样话能源格局。
能源的大量开采势必要带来一系列的问题。
能源问题已经是全球最关注的问题之一，就目前来看，光伏发电还存在许多的技术瓶颈，例如效率不高，价格昂贵，但是它作为一种不需要矿物能源的无尽资源，通过不断改良创新技术，光伏发电终有一天会取代传统发电。
我国是世界上主要的能源生产和消费大国之一，也是少数几个以煤炭为主要能源的国家之一，提高能源利用效率，调整能源结构，开发新能源和可再生能源是实现我国经济和社会可持续发展在能源方面的重要选择。
我国是世界上太阳能资源丰富的国家之一，全年辐射总量在91.7、2333千瓦时/平方米，太阳能理论总储量为147、100000000吉千瓦/年，从理论上讲，除去农田、草原、森林、河流、湖泊、道路等，在任何荒地和建筑上都可以安装光伏组件，特别是在总辐射量和日照时数量最为丰富的西藏、青海、新疆、甘肃、内蒙古、宁夏等省区。
我国的并网光伏发电起步较晚，近年发展很快，截止2003年底，全国共有大中型太阳能光伏电站800多座，己累计安装光伏系统45M、v，太阳能光伏并网系统不到or多个。
在国家科技部“九五”和“十五”科技攻关计划中初步开展了屋顶并网光伏发电系统的技术开发和试点示范研究，并取得进展。
这些进展表明我国己初步掌握了并网光伏发电系统的关键技术，包括CVT、最大功率跟踪控制技术、并网逆变技术、系统的实时数据采集和数据传输技术等，具备了设计和建造实用的一定规模的并网光伏发电系统的能力。
为了快速推进我国光伏和其它可再生能源产业和事业的发展，国家己经拟定了可再生能源法，并于近期出台，积极为可再生能源的开发和利用提供优惠政策和财政补贴，相信光伏发电在我国得到全面发展和兴旺的时代已经来临。
光伏并网发电模拟装置1
光伏并网发电模拟装置摘要：本系统利用全桥驱动电路、H桥DC-AC逆变电路以及LC滤波电路实现光伏装置的直流电到可以并入工频为50HZ电网的交流电，采用16 位单片机XE162以MPPT算法追踪实现电路的最大功率输出。
并根据电路采样结果，实现频率以及相位跟踪，避免干扰电网正常运行。
关键字：全桥驱动电路H桥DC-AC逆变LC滤波一、方案论证：1、DC-DC主拓扑论证：方案一：采用半桥DC-AC逆变电路。
电路原理简单，驱动以及主电路元件少，但电压利用率低。
方案二：采用全桥DC-AC逆变电路。
电路较为复杂，开关器件为半桥逆变电路两倍。
电压利用率高。
综上所述，由于此系统需要实现输出最大功率跟踪，需要输出电压较高。
因此我们采用全桥DC-AC逆变电路。
2、控制方案及实验方案：方案一：采用双极性正弦脉冲宽度调制技术，采用单片机产生SPWM 信号，经MOS 管全桥驱动，LC电路滤波实现逆变。
单片机控制简单，容易实现。
方案二：采用单极性倍频脉冲宽度调制技术，单片机产生四路驱动信号，控制复杂，硬件电路复杂。
输出谐波频率高，采用LC滤波时，相同滤波频率时电感电容小。
综上所述，我们采用IR2110驱动MOS管，使用单极倍频时需要四个，电路复杂，故采用双极性正弦脉冲宽度调制技术。
3、总体方案描述：图三总体方案流程图二、电路参数设计：1、主电路DC-AC拓扑如图：主电路为全桥驱动电路，DC-ACH桥逆变，以及LC滤波电路组合。
如图四所示：图四主电路拓扑图电路经H桥逆变，实现直流向交流的高性能转化。
驱动电路是整个控制的核心，驱动频率为20KHZ，考虑开关特性，以及经济、实用、可靠等原因，我们采用IR2110进行驱动。
电路最高电压为60V，电流最大为2A，因此选择耐压100V，安全电流33A 的IRF540型MOS管。
同时导通电阻仅为0.04Ω，可减小功率损耗。
电路为直流电向交流电转变，故采用LC电路实现直流电压向正弦电压的转变。
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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
京 ： 械 工 业 出版 社． ０９年 ４月 机 ２０
［ ４ ］任文霞 吕文哲 王彦明．电力电路仿 真技 术 【 ． ： ＭＪ 北京 中国电力 出版社， ０ ９年 ２月 ２０ 作者 简 介 ： 陈 占林 ， 男 ，９ ４年 ４月 ２ １７ ５日 生 ． 兰州交通 大学电子信 息与工程 学院任教 ， 在 讲 师 ， 士 研 究 生 ． 究方 向 ： 电 器件 及 应 用 。 硕 研 光
Ｓ Ｃ ２ ５ ３Ａ Ｔ １Ｃ Ａ ２ Ｄ单 片机输 出的 Ｓ ＷＭ波形 ， Ｐ 由 于其 １ 动能力不足 ，不能直接 驱动 由四个 ０驱 ＩＢ Ｇ Ｔ管 Ｇ ０ ６ 组 成的 Ｈ桥 ，所 以 电路加 入 ３Ｎ ０ Ｉ２ １ Ｒ １０驱动芯 片 ， 该芯 片驱 动电路 简单 ， 本 成 低 ， 重要 的就是其输出驱动波形 好 ， 于提 最 有利 图 ３ 同频 同相模 拟仿 真波形 图 高电源效率 。 从 图 ３ 以看 出， 可 当逆变器独立运行 时 ， 逆 ４ ｕｋ ．Ｂ ｃ 降压斩波电路 ２ 变 器输 出 电压 可 以实现 与 电网 电压 的 同频 同 Ｂ ｃ 降压电路输入端 电压 Ｕ ＝６Ｖ 通 ｕｋ ０， 相， 以此来减少逆变器接人 电网时 的冲击 ； 在软 过调节 占空比 使 电压 Ｕ ＝３ ＶＢ ｃ 降压电 件 中加入 了中间直 流侧 电压 闭环 可以保证逆变 ０ ，ｕｋ 路的输人输 出关 系由公式（ ） １确定 ： 电路 的直流侧电压稳定。 经过 分析可 以看出 ， 逆 变器采用６￣ 环 、瞬时值 内环的控制策略可 － Ｏｂ Ｕ ｕ＝ Ｕ 式 （） ｏ ａ １其中导通 占空 比参考 范 Ｊ 以实现单位功率 因数并 网，满足光伏并 网发 电 围为 ｏ １ ￣。 的要求 ， 实现并网发 电的目的。 两电压波形 比较 ４ 单片机 系统软件 ． ３ 理想 ， 电压在波 峰和波谷处 ， 但 出现波 形畸变 ， 单 片 机 系 统 主 核 心 模 块 采 用 了 原 因如下 ：１当并 网电流很小 时 ， 网电流峰 （） 并 ＳＣ ２Ａ ２ Ｄ单片机 。 Ｔ １５ ３Ａ 这款 单片机作为控制电 值 的采样值变得很小 ， 这样系统 的采样精降 低， 路的核心 部件 ， 实现 了数 据采集 、 制算法 、 控 欠 特别在峰值 附近 ，系统难 以精确 区分 电流值大 压保护 、显示 等功能。主程序 流程 图如图 ４ 所 小 ， 引起 电网电压的 弦度变差 ， 这会 引起畸变 。 刁 。 （） ２硬件采样 电路 的设 计和参数选取上 的原 因 ， 导致采样精度不够 ， 出现波形的失真现象 。 也会 图 ６ 论 结 ２ 单相光伏并 网发 电系统 的功能是将太 阳能 程 电池 阵列输 出的直流电变换为交流电 ， 经滤波 序 后送入 电网。本设计在进行 了充分 的方 案对 比 流 及论 证后 ， 定光伏并 网逆变 器主要由 Ｄ ＿ Ｃ 确 ｃＤ 程 变换器和 Ｄ － ｃ逆变器两部分组成 ， ｃＡ 之间通过 图 Ｄ ｌ ｋ 连 接 ， 控 制 电 路 的 核 心 采 用 Ｃｉ ｎ Ｔ ５ ３Ａ １ 其 ＣＤ 软件 目标 为控 制输 出 电压稳 定在 ３ Ｖ 根 Ｓ Ｃ ２ Ａ ２ Ｄ单片机 。 中 Ｄ － Ｃ变换器完 ０ ， Ｍ Ｄ －Ｃ 据式 （）当输 出电压 低于 ３Ｖ 调节 占空 比来 成最 大功率跟踪控 制（Ｐ 功 能 ，Ｃ Ａ 逆变 １， ０， Ｃｉ ｎ 控制 ，当 占 比大于 ９％时仍无法使输出电压 器 维持 Ｄ ｌ ｋ中间电压稳定 并将 电能 转换成 空 ５ ０ｚ 且与电网的相 电压 同频 和 达到 ３Ｖ， ０ 表明输入 电压 已无法满 足要 求 ， 这时 ５ Ｈ 的正 弦交 流电 ， 由模拟仿真波形图显示 ， 电压波形基本 两 将输入输 出直接连通 ；而低于 ５ 时则相反 ， ％ 此 同相 。 比较理想 ， 光伏并 网发 电模拟装置频率及 时输入 电压太高 ， 系统已无法控制 ， 以直接断 致 ， 所 相位跟踪功 能、 欠压保护及过流保护功 能等 ， 已 开电路 。 达到设计 的基本要求。 ４ ． ４滤波器设计
２１ ．单片机方案
出直流分量 ， 变压器还起 到升压的作 用 ， 工频 这 样使直 流侧 的输入 电压具有更宽的范 围。 主要电路设计与参数计算
４１ － ． ＤＣ ＡＣ全桥逆变器 Ｄ —Ｃ 逆 变 是 本 设 计 的 核 心 ， Ｃ Ａ
５ ． 系统的同频同相【ｉ试结果 ４贝 】４
仿真结果如图 ３ 所示 。
摘 要： 本文从 节能 减排 的角度 出发 ， 计 了一款基 于 ｓ ｗ Ｍ（ｉｕｏｄ１Ｐ ｌ ｉ山 Ｍｏ ｕａｉｎ） 术的光 伏并 网发 电模 拟装 置。设 设 Ｐ ｓｎ ｓｉａ ｕｓ ｗ ｄ ｅ ｄ ｌｔ 技 ｏ 计 中正弦逆 变器 主回路 的前级 结构 采用 Ｂ ＵＣＫ 降 压 ， ＭＯＳ Ｅ 作 为 开 关 元 件 ， 有 驱 动 功 率 小 、 关 速 率 高 的 特 点 。 后 级 采 用 工 频 ＦＴ 具 开 全 桥 逆 变 ，ＧＢ 作 为 开 关 元 件 ，Ｒ２ １ Ｉ Ｔ Ｉ １ ０作 为 开 关 元 件 的驱 动 Ｉ 单 片机 Ｓ Ｃ１５ ２ Ｄ 产 生 Ｓ Ｗ Ｍ 信 号 ， 现 频 率 相 位 跟 踪 、 入 ｃ， Ｔ ２ Ａ３ Ａ Ｐ 实 输 欠 压 保 护 以 及 输 出 过 流 保 护 功 能 。 另 外 ， 伏 电池 的 最 大 功 率 点 跟 踪 控 制 由单 片 机 编 程 来 调 节 占 空 比 的 方 法 实 现 。 光
关键字 ： ＤＣ— ＡＣ 逆 变 器 ； ｕ ｋ 变换 器 ；Ｐ Ｍ ； 率 跟 踪 ； 位 跟 踪 Ｂ ｃ ＳＷ 频 相
１ 引言 世界各 国对能源 的需求急剧膨胀 ， 而据世 界能源委员会 （ ｃ预测 ， 照资源 己探 明储 ｗＥ ） 按 量 和 目 的发展速度 ，石油将在 ４ 年后枯竭 ， 前 ２ 天然气将在 ５ 年后殆尽 ， ６ 资源量最大的煤炭也 只够再开采 ２０ 。 ２ 年 在今后 的 ２－０ ０３ 年里 ， 全球 的能 源结构［ 发生根 本Ｊ 嗨 陛的变化 ， 开发和利用 可再生 能源是世界各 国十分重视 的问题 。太 阳 能作 为一种新 型的绿 色可再生能源 ，与其它新 能源相 比利用最大 ， 是最理想 的可再生能源 ， 而 光伏并 网发 电是 国际上关 注的焦点 ，光伏并 网 发电系统就是光 伏发 电系统与常规 电网相联 ， 共同承担供电任务。 ２ 汁方案 设
单片机 ｓ ｃ２ ５ ３ Ａ Ｔ １ｃ Ａ ２ Ｄ是宏 晶科技 新推 出的一款处理器 ， 有高速 ， 功耗 ， 具 低 超强 抗干 扰等特点 ， 速度是传统 ８Ｃ １ ８１ 倍 。芯片 ０ ５ 的 ～２ 内部集 成 了 Ｍ Ｘ １ Ａ ８０专 用 复 位 电 路 ， ２路 Ｐ ＷＭ，路 高速 ＡＤ ８ ／ 转换 ；内置掉电检测 电路 ， 省去 了外部扩充掉 电检测芯片 ；对于时钟和 串 行通信速度不太敏感 的系统 ，可 以使用 内部的 Ｒ ／ Ｃ振荡电路 。内部集成 ３ Ｋ的 Ｅ Ｐ Ｏ 大大 ２ ２Ｒ Ｍ 方便用 户存储掉 电不丢失 的数据 ，并节省 了相 应的成本和 １ 口。 ０端 由于 内部已经集成 了独立 的波特 率发生器 ，此系列单片机 串行通信 的速 率可 以不 由内部定时器 Ｔ 的溢 出率 来决定 ， １ 这 样可 以让 Ｔ 实现定时或者计数的功能 。 １ 故选用 此单片机作为该系统 的控制楱 器 。
逆变器输 出滤波器采用 Ｌ ｃ低通滤波器。 由 于 Ｈ桥 以高频 的 Ｓ ＷＭ波形工作 ， 出滤 波器 Ｐ 输 的作用是 滤出高次谐 波【分 量 ， ３ ］ 使输 出波形 接 近于正弦波。滤 波器 的设 计应使输 出电压谐 波 少， 阻频特性好 ， 滤波功率小 ， 出的 电感 值 计算 般不易购买 ，因此 我们采用 图 ５的滤波 电路 原理图 ， 并且 Ｓ ＷＭ波形 中所 含的谐波主要 是 Ｐ 载波角频率 （及其奇７ｉ波。本系统 采用 载波 ｏ 欠皆 频率为 ３ｋ ｚ远大于调制信号角频率 ， 较 ０Ｈ ， 滤波 易实现 。系统 中逆变 器输 出频率 为 ４ ￣５ ｚ ５ ５Ｈ ， Ｌ ｃ滤波器截 止 频率 ， 元件参 数取 Ｌ １ｍＨ Ｃ ＝０ ，＝ ２ ７， ． Ｆ计算截止频率为 １ ４Ｈ ， ２ ．ｋ ｚ ７ 满足设 汁要求 。