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
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(A题)
光伏并网发电模拟装置光伏并网发电模拟装置（（A题）摘要：：本光伏并网发电模拟装置的设计主要分为DC-DC变换部分、DC-AC变换部分和并摘要网控制部分。
DC-DC变换部分用于实现MPPT功能的控制，MPPT控制方式采用双反馈的形式，同时采样输出电压和模拟光伏电池内阻的电压；逆变部分采用驱动芯片IRF540进行全桥逆变，用自然采样法完成SPWM的调制；并网部分采用STC89C52单片机处理实现反馈信号频率和相位的跟踪以完成并网。
反馈部分分为两级，第一级反馈实现最大功率点跟踪功能，第二级反馈利用电压控制模拟电位器使输出电压稳定，形成了双重反馈环节，增加了系统的稳定性。
在保护上，具有输入欠压、输出过流和短路保护的功能，增强了该装置的可靠性和安全性。
该装置基本上完成了各项指标，输入功率为24.48W，逆变部分效率达到了81.7%。
关键词：并网；DC-DC;DC-AC；MPPT；SPWM；单片机目录1.系统方案设计 (3)1.1设计思路 (3)1.2方案选择与论证 (3)1.3系统组成 (4)2.理论分析与计算 (4)2.1MPPT的控制方法与参数计算 (4)2.2频率与相位跟踪方法与参数计算 (5)2.3提高效率的方法 (5)2.4滤波参数计算 (5)3.电路与程序设计 (6)3.1DC-AC主回路电路的设计 (6)3.2保护电路的设计 (6)3.3并网控制电路的设计 (6)4系统测试 (7)4.1测试仪器与设备 (7)4.2指标测试 (7)4.2.1最大功率点跟踪（MPPT）功能的测试 (7)4.2.2频率和相位跟踪功能的测试 (8)4.2.3DC-AC变换器的效率的测试 (8)4.2.4输出电压失真度的测试 (8)4.2.5保护功能的测试 (8)4.3结果分析 (8)参考文献 (9)附录1电路原理图 (10)附录2使用说明 (13)附录3主要元器件清单 (13)附录4完整测试结果 (14)附录5程序清单 (15)1.系统方案设计1.1设计思路根据题目要求，系统MPPT 电路采用DC-DC 结构，采用双反馈对模拟光伏电池的内阻电压以及DC-DC 的输出电压进行采样反馈。
(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 (2)
C2000参赛项目报告（命题组）题目：光伏并网发电模拟装置光伏并网发电模拟装置夏炎冰孙农冯兰兰（南京航空航天大学自动化学院邮编210016）摘要：本设计以TMS320F28027DSP为控制芯片，制作了一台单级式光伏并网模拟装置。
本装置采用电压型全桥为主电路拓扑，运用软件锁相环技术进行输出相位跟踪控制，采用扰动观察法实现最大功率点跟踪控制。
样机的系统测试，验证了装置设计的可行性和可靠性。
关键词：DSP、逆变器、锁相，最大功率点跟踪Grid Connected Photovoltaic Generation SimulatorXiayanbing , Sunnong , Fenglanlan(College Of Automation Engineering , Nanjing University of Aeronautics and Astronautics) Abstract: In our design , a single-stage grid connected photovoltaic generation simulator is developed ,which is controlled by TMS320F28027 DSP chip. In the device, the voltage type bridge is adopted as the main circuit topology; the Soft-PLL technology is carried on the output phase tracking; the desirably observe method is adopted to solve MPPT(Maximum Power Point Tracking). The prototype system test verified the feasibility and reliability of our design.Key words: DSP, Inverter, PLL, Maximum Power Point Tracking目录1.引言 (2)2.系统指标 (3)3.系统方案 (3)3.1总体介绍 (3)3.2 锁相环原理 (4)3.3 最大功率点跟踪控制原理 (5)3.4 SPWM控制技术 (7)3.5 偏磁校正 (8)4.系统硬件设计 (9)4.1 全桥功率电路 (9)4.1.1 开关管设计 (9)4.1.2 滤波电感和电容的设计 (10)4.2 DSP调理电路设计 (10)4.2.1 全桥输入端电压采样电路 (10)24.2.2 全桥输入端电流采样电路 (11)4.2.3 全桥输出电压采样调理电路 (12)4.2.4 全桥输出电流采样调理电路 (12)4.2.5 1V基准产生电路 (13)4.2.6 捕获电路 (14)4.3 DSP核心控制板电路 (14)4.3.1 供电电路设计 (14)4.3.2 DSP时钟电路 (14)4.3.3 开关机信号电路 (15)4.4 电源管理模块 (15)4.5 保护电路 (16)5 系统软件设计 (16)5.1 整体结构说明 (16)5.2 程序流程图 (17)6. 测试结果与分析 (21)6.1 测试仪器 (21)6.2 测试项目及结果 (21)6.2.1 最大功率点跟踪功能 (22)6.2.2 频率跟踪 (23)6.2.3 效率及THD (24)6.2.4 输出缓起 (24)6.2.5 输出接容性负载 (25)6.2.6 欠压及过流保护 (26)6.3 结论 (26)7．附录： (28)1.引言我们选择了命题A，题目的要求是制作一台光伏并网发电模拟装置，其具有最大功率点跟踪（MPPT）功能，且输出信号具有频率跟踪功能。
光伏并网发电模拟装置
光伏并网发电模拟装置介绍光伏并网发电模拟装置是一种可以模拟光伏发电系统并将其与电网进行互联的设备。
它可以用于教育培训、实验研究以及光伏系统性能测试等领域。
该文档将介绍光伏并网发电模拟装置的组成、工作原理以及使用方法。
组成光伏并网发电模拟装置由以下部分组成：1.光伏组件：模拟光伏发电系统的光伏组件，一般包括多个光伏电池片组成的光伏阵列。
2.逆变器：将光伏阵列输出的直流电转换为交流电，并确保与电网的电压频率和相位相匹配。
3.电网连接器：用于将逆变器的交流电连接到电网中，实现光伏发电系统与电网的互联。
4.控制器：用于控制光伏并网发电模拟装置的工作模式和输出功率。
5.传感器：用于监测光伏阵列的输入功率、电流、电压等参数，并反馈给控制器。
工作原理光伏并网发电模拟装置的工作原理如下：1.光伏阵列接收阳光辐射，光伏电池片将光能转化为直流电。
2.直流电经过逆变器进行电压和频率的转换，并输出交流电。
3.控制器接收来自传感器的参数反馈，根据设定的工作模式和输出功率要求，调节逆变器的工作方式，使其输出符合要求的交流电功率。
4.电网连接器将逆变器的输出连接到电网上，实现光伏发电系统与电网的并联。
5.光伏并网发电模拟装置将模拟光伏发电系统并联到电网上，实现了光伏发电的实时模拟。
使用方法以下是光伏并网发电模拟装置的使用方法：1.将光伏组件安装在光伏并网发电模拟装置上。
2.使用适当的工具将逆变器连接到光伏组件的输出端。
3.将逆变器的输入端与电源连接，确保逆变器正常工作。
4.将逆变器的输出端与电网连接器相连接。
5.使用控制器设置光伏并网发电模拟装置的工作模式和输出功率要求。
6.使用传感器监测光伏阵列的输入功率、电流、电压等参数，并确保其在安全范围内。
7.执行光伏并网发电模拟装置的启动程序，确保其能够正常工作。
8.在装置运行期间，及时监测光伏并网发电模拟装置的工作状态，并根据需要进行调整和维护。
总结光伏并网发电模拟装置是一种可以模拟光伏发电系统并将其与电网进行互联的设备。
光伏并网发电模拟装置概要
光伏并网发电模拟装置长春工程学院：摘要本系统以430F1611为核心，采用逆变本系统是根据无源逆变的实用原理，采用单相全桥逆变电路工作方式，实现把直流电源（12v）转换成交流电源（220V，50HZ），并对负载进行供电。
达到的性能要求就是转换出稳定的工频电源，供给给汽车上的一些电器如车灯，音像等使用。
关键词：430F1611；逆变；保护电路。
一、总体方案的确定1、总体介绍：电源是电子设备的动力部分,是一种通用性很强的电子产品。
它在各个行业及日常生活中得到了广泛的应用，其质量的好坏极大地影响着电子设备的可靠性,其转换效率的高低和带负载能力的强弱直接关系着它的应用范围。
方波逆变是一种低成本，极为简单的变换方式，它适用于各种整流负载，但是对于变压器的负载的适应不是很好，有较大的噪声。
在逆变电源的发展方向上，轻量、小型、高效是其所追求的目标。
本文所介绍的逆变电源电路主要采用集成化芯片,使得电路结构简单、性能稳定、成本较低。
因此,这种电路是一种控制简单、可靠性较高、性能较好的电路。
整个逆变电源也因此具有较高的性价比和市场竞争力。
要选择专业的正规的工厂生产或经销代理的车载逆变器产品。
在国内有些用户为图方便将一些DC 直流电器如：手机充电器、笔记本电脑等在车上不使用自身配的220V 电源而配上简易转接器直接插到点烟器上，这样是不对的，汽车的电瓶电压不稳，直接取电可能会烧毁电器很不安全而且会大大影响电器使用寿命，因为原厂家供应的220V 电源是厂家专为其电器设计的，有极好的稳定性。
2、经济性好：通过把12V的蓄电池电源转换为工频使用电源，用于车载内部的电器，是一种简单，廉价的方式。
主电路设计中采用了简单的全桥逆变电路，过压过流保护电路，以及几款简单的芯片。
经济性能良好，使用方便。
就本系统的性能稳定性而言，由于未设计复杂的电路进行干扰的情况。
并且输出稳定，价格优良，是一款性价比很高的系统。
二、具体电路设计本文依据逆变电源的基本原理，利用对现有资料的分析推导,提出了一种方波逆变器的制作方法并加以调试。
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
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。
2017新能源发电综合实践指导书
2017新能源发电综合实践一、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S U 和电阻1R 模拟光伏电池，32S U V ，1510R ；用函数信号发生器输出的正弦波（频率45~55Hz ，峰-峰值为1~2V ）经信号调理后作为正弦参考信号，负载电阻2510R 。
正弦信号输入电压输出电流输出电压R2Li Cu inUrefu图1 光伏并网发电模拟装置框图二、设计要求（1）开关频率为20KHz ，DSP 内部编程产生频率为50Hz 的正弦参考信号，DSP 能够输出正确的SPWM 信号，并且具有2us 的死区时间，能够通过开、关机键控制PWM 信号是否输出，开机前和关机后DSP 输出的4路PWM 信号均应为低电平（10分）。
（2）利用IR2110、IRF540设计单相H 桥逆变器，利用提供的铁硅铝磁环（KS168-125A ）绕制电感，用电流传感器ACS712-5A 和运放LMV358设计输出电流采样电路，用LMV358运放设计差分电路实现输入、输出电压的采集；用要求（1）中设计的PWM 程序控制H 桥，H 桥的输入接32V 直流稳压电源和电阻R1（5欧），输出经电感L 接电阻R2（5欧），输出幅值为2A 的电流，编写A/D 采样程序，实现对输入电压，输出电压、电流的采样，并利用串口屏显示，注意：DSP 的内部A/D 允许输入的电压范围是0~3V ，要求设计的各信号调理电路的输出必须是高于0V ，但最大不得超过2.5V ，要求运放LMV358采用单电源供电，电源电压为3.3V（30分）；U低于25V）、输出过流（电流幅值高于2.5A）保护功能（3）实现输入欠压（in（10分）；（4）设计PI调节器实现电流闭环控制，负载电阻R2在5~10欧变化时，输出电流幅值稳定于1A（15分）；（5）直流侧增加一路电流采样电路，计算逆变器输入功率，实现最大功率点跟U踪（MPPT）功能，内阻R1和负载电阻R2在5~10欧任意变化时，输入电压in U的一半（15分）；保持电源电压s（6）发挥部分要求：用函数信号发生器产生的正弦信号（频率45~55Hz，峰-峰值为1~2V）来取代DSP内部编程产生的正弦信号实现上述的功能要求。
小小
光伏并网发电模拟装置（A题）【本科组】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；负载电阻RL=30Ω~36Ω。
二、要求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，相对偏差的绝对值不大于1%。
（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%。
（5）具有输入欠压保护功能，动作电压Ud（th）=（25±0.5）V。
（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。
4．DC-AC变换器效率，其中，。
5．基本要求（1）、（2）和发挥部分（3）要求从给定或条件发生变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。
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报告书
2009年全国大学生电子设计竞赛光伏并网发电模拟装置（A题）设计报告书二零零九年九月二日—五日光伏并网发电模拟装置摘要：太阳能作为一种高效无污染的新能源，一种未来世纪常规能源的替代品。
目前，太阳能光伏并网发电是太阳能光伏的重要应用之一。
文中采用了一种高性能MC9S12XS128单片机控制实现了光伏并网发电模拟装置的系统设计。
正弦逆变系统作为并网发电系统的核心部分，实现将光伏直流电逆变成工频交流电，送入电网，实现并网目的。
在分析光伏并网发电正弦逆变器的工作原理后，提出了基于模糊控制的自适应PI控制策略，并采用恒定电压跟踪法实现了最大频率点跟踪（MPPT）功能。
实验测试表明，该模拟装置能较好的满足并网发电系统的各项指标要求。
关键词：光伏并网发电；正弦逆变电路；最大频率点跟踪；模糊控制的自适应PI调节光伏并网发电是通过把太阳能转化为电能，不经过蓄电池的储能，而直接通过并网逆变器，把电能送上电网。
据有关专家们估计，到2020年全球太阳能光伏发电将占世界发电量的1.1％，2040年将占26％，2050年以后将成为世界能源的支柱[1]。
下图1所示为一个光伏并网发电模拟装置结构框图。
该装置主要包含光伏电池、正弦逆变系统以及主控制器等部分。
其中正弦逆变系统是并网发电系统的核心，其逆变输出的工频交流电的质量直接影响电网质量。
U SR L图1 并网发电模拟装置框图一、光伏并网发电模拟装置设计方案1．逆变电路方案根据设计要求，为一小功率光伏并网发电模拟装置，故选用电压型单相逆变电路。
方案一：采用电压型单相半桥逆变电路。
半桥逆变电路电路结构简单，在直流侧接有两个相互串联的足够大的电容，两个电容的联结点便成为直流电源的中点，负载联接在直流电源中点和两个桥臀联结点之间。
所用器件较少，工作简单。
方案二：采用电压型单相桥式逆变电路。
采用H型电路结构，共有4个桥臂，可以看成由两个半桥电路组合而成。
比较以上两种方案，半桥逆变电路简单，使用器件少，但交流电压幅值为直流电压的一半，直流侧需两电容器串联，并要控制两者电压均衡，相较之下，全桥逆变电路虽所用器件多一倍，但更适合使用。
光伏并网发电模拟装置报告.
光伏并网发电模拟装置（A题）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，通过比较选择单极性正弦脉宽调制作为逆变器的调制方式。
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MSP430F5529平台的逆变器软件设计则包括最大频率跟踪的数字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、负载调整率等各项指标均满足要求，仅波形畸变率较大，系统具有优异的稳态性能但动态性能略差。
关键词：逆变器，正弦脉宽调制, 最大频率跟踪，光伏并网Abstract：The Photovoltaic Inverter System is developed with full-bridge topology. The hybrid SPWM modulation is chosen by comparing several classic modulation methods. 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 MSP430F5529. Finally, the experiments on the system indicate that all the performance including the output power, the efficiency and load regulation of the experimental prototype proves to be qualified, only waveform distortion rate is too large. The PV inverter system has excellent steady-state characteristics but dynamic performance slightly worse.Key words：inverter, SPWM, MPPT, grid photovoltaic1方案论证与比较1.1 设计需求1.1.1 基本要求（1）具有最大功率点跟踪（MPPT ）功能：R S 和R L 在给定范围内变化时，使d S 12U U =，相对偏差的绝对值不大于1%。
光伏并网发电模拟装置
C2000参赛项目报告（命题组）题目：光伏并网发电模拟装置指导教师：李武华（讲师）基于DSP TMS320F28027的光伏并网发电模拟装置顾云杰禹红斌（浙江大学电气工程学院邮编310027）摘要：本装置采用TMS320F28027为控制核心，实现了模拟光伏并网系统的功能，具有最大功率追踪（MPPT），输出电压与给定参考电压频率、相位同步，欠压、过流保护，欠压保护的自动恢复等功能，且具有LCD屏幕显示，界面友好。
本装置主电路拓扑采用全桥逆变电路，采用倍频SPWM调制方式，MPPT采用恒定输入电压法实现，相位跟踪使用软件锁相实现。
本装置性能良好，其中MPPT 跟踪时输入电压相对偏差的绝对值小于0.7%，频率跟踪相对误差小于0.09%，相位跟踪误差2°左右，输出波形THD小于2%，欠压保护动作电压25.02V，过流保护动作电流1.50A，效率达84%以上。
关键词：C2000，光伏并网，倍频SPWM，MPPT，PLLGrid connected photovoltaic simulation system based on TMS320F28027Guyunjie,yuhongibin(College of Electrical Engineering, Zhejiang University)Abstract:This device uses TMS320F28027 as the control core. It realizes functions of MPPT, frequency and phase synchronization, under voltage and over current protection, under voltage recovery and so on. It displays its main information on the LCD screen, providing a good man-machine interface. The topology of the main circuit is full bridge inverter which is controlled by doubled frequency SPWM modulation. MPPT is realized with constant input voltage method. Phase tracking is realized with software PLL. The performance of this device is satisfying. The relative voltage error is less than 0.7% when doing MPPT. The relative frequency error is less than 0.09%. The phase error is approximately 2°. The THD of the output voltage is less than 2%. The action voltage of the under voltage protection is 25.02V. The action current of the over current protection is 15.0A. The efficiency of this device is over 84%.Keywords:C2000,Photovoltaic grid connected inverter, doubled frequency SPWM, MPPT, PLL1 引言TI公司的C2000系列微控制器既具有DSP的高速运算性能，也具有MCU的界面管理能力。
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。
光伏并网发电模拟装置控制原理
光伏并网发电模拟装置控制原理一、电源的最大输出功率如图1所示，若电源s U 的内阻为s R ，则电源的输出功率，即负载d R 的功率d P 为：()222d s d s dd s sd R R R U R RR U P +=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+= ()()()3232221d s d s s d s d d s s d d R R R R U R R R R R U R P +-=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+-+=∂∂ 当s d R R =，即s d U U 21=时，电源的输出功率达到最大。
二、单相全桥式SPWM 逆变输出电压与d U 的关系R LU S图2：并网发电模拟装置框图如图2所示，若SPWM 控制脉冲的占空比为：Nn m n D )5.0(2sin)(+=π，其中1<m 为调制率、N （2N为奇数）为SPWM 点数、)1(,,2,1,0-=N n 、控制周期为0T ，逆变输出电压的周期0NT T =，角频率02NT πω=。
由于0nT 时刻输出电压的基波电压值≈第n 个控制周期输出电压的平均值，即)5.0(sin )2()()2()(0001T nT m V U n D V U nT u sat d sat d o +-=-=ω。
其中V V sat 0.1≈为功率MOS 管的饱和电压。
由上式知改变调制比m ，可以改变输出电压1o u 的幅度。
三、最大输出功率控制方法当Ω==30L s R R 、V U U s d 3021==时，DC －AC 变换器的输入功率为30W ，若假设DC －UsRs RdUdId图1：电源的输出功率AC 变换器及隔离变压器的效率为80%，则隔离变压器输出电压为：rm s L L o V R P U 8.2630%8030=⨯⨯≈=，因此DC －AC 逆变器输出电压基波的有效值及相应的调制率为：rms o o V U U 4.13211≈=68.0221≈-=satd o V U U m当控制系统检测到s d U U 21>时，适当调大调制率m ，使输出电压o u 适当升高，则流过负载L R 的电流适当增大，从而导致光伏电池的输出电流d I 增大，最终光伏电池的端电压d U 下降。
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。
- 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。
方案二：用专有集成芯片产生，虽然功能较强，输出波形质量较高，但是灵活性差、采用性能优良的控制方法能力差、成本较高，不适合小系统的设计需要。
方案三：用单片机或者数据信号处理器等数字控制器实现，目前许多单片机都具有产生SPWM波的功能。
采用单片机具有电路简单可靠、灵活性好、可以采用性能优良的控制方法，而且方便实现系统状态监控、显示和处理，使整个系统控制非常方便。
鉴于上述分析，选用方案三。
1.2 SPWM控制方法及功率电路评估方案一：单极性控制方式，该控制方式仅用到一对高频开关，相对于双极性逆变具有损耗低、电磁干扰少；但其控制方式较为复杂。
方案二：双极性控制方式，该控制方式电流谐波分量小、易于消除，且其控制方式简单得到广泛应用。
虽然本发电模拟装置功率小，但由于全桥电路不存在半桥电路的中点电压可能不平衡问题（如果中点电压不平衡，将使逆变输出的正弦波有直流偏量），所以功率电路采用全桥电路。
鉴于上述分析，选用方案二以及全桥功率电路。
全桥DC/AC 驱动电路LC滤波器负载两路PWM互补输出控制芯片dsPIC30f201Uf信号采样电路Us、Ud 采样电路Io Uo采样电路模拟正弦信号UrefUd UsRs模拟光伏电池u fu o1n1n2n3T隔离变压器图1.光伏发电模拟装置系统框图1.3 单片机选型微控制器运算能力对系统性能有关键影响，方案评估如下：方案一：采用PIC16F877A，该单片机为Microchip八位单片机，性价比高，但由于无硬件乘法器，运算速度较慢，很难满足该系统高性能数字控制要求。
方案二：采用dsPIC30F2010，该单片机嵌入DSP引擎，具有一个高速的硬件乘法器，拥有数字信号处理器的计算能力和数据吞吐能力，指令执行速度可达30MIPS，且性价比高，适合作为该系统的核心控制器件。
鉴于上述分析，选用方案二。
根据论证的方案，设计的光伏发电模拟装置系统框图如图1。
系统各模块分析设计和实现如第二部分。
二、理论分析与计算2.1 MPPT控制策略及实现在本题条件下对光伏电池进行模拟，要使得DC/AC逆变器具有最大功率点跟踪（MPPT）功能，就是要使得U d=U s/2；利用两个电压采样电路对直流稳压电源U s和输入电压值U d同时进行采样，计算采样值AD_averag0(输入电压值U d对应的采样值)与电压计算值AD_PI_OUT_REF(根据直流稳压电源U s对应采样值AD_averag2计算得到的基准值)的误差；将其误差转化为调制载波比的误差，对调制载波比采用增量式PI算法∆u(k)= u(k)-u(k-1)= K p*[e(k)-e(k-1)]+K i*e(k)进行调节，目的即是使得U d=U s/2；通过调节调制载波比来调节功率输出的大小，实现：当输出电压U d>U s/2时，增大调制载波比，使输出电流增大，从而使U d(U s-I d*R s)下降；当输出电压U d<U s/2时，减小调制载波比，使输出电流减小，从而使U d(U s-I d*R s)上升。
最终使得输出电压U d趋于稳定，以此方法实现了模拟MPPT 的功能。
本设计采用试凑法得到PI调节的参数：比例系数K p、积分系数K i。
经过不断的调整，得到了较为满意的控制效果。
(1) 确定比例系数K p：去掉PI的积分项，可以令K i=0使之为纯比例调节。
比例系数K p由0开始逐渐增大，直至U d出现振荡；再反过来，从此时的比例系数K p逐渐减小，直至U d振荡消失。
记录此时的比例系数K p，设定PI比例系数K p为当前值的60％~70％。
(2) 确定积分系数K i：比例系数K p确定之后，设定一个较大的积分系数K i，然后逐渐减小K i，直至U d出现振荡，然后再反过来，逐渐增大K i，直至U d振荡消失。
记录此时的K i，设定PI的积分系数K i为当前值的150％～180％。
(3) 对PI参数进行微调，直到满足性能要求。
2.2 数字锁相（同频、同相）控制策略及实现并网部分要求工作时的负载电流必须与电网电压信号严格的同频同相，才能保证整个系统的安全运转，为了实现这个目标，通常使用锁相环来实现，本次设计用软件方式实现锁相，具体实现方法为：利用两个正弦电压过零检测电路将模拟电网电压的正弦参考基准信号和电流反馈u f正弦信号分别转换为与其同频同相的方波信号，再利用dsPIC30F2010单片机的输入捕捉功能（引脚IC2/IC1）分别对两个方波信号的下降沿双次捕捉后进行中断处理。
锁频的实现：利用dsPIC30F2010单片机的IC2口对模拟电网电压对应的方波信号的两次下降沿进行捕获（其以dsPIC30F2010内部的TIMER2为时基），在中断子程序中读取捕捉缓冲器中IC2BUF的值两次，并保存在IC2BUF_reslut1、IC2BUF_result2中，计算此时的模拟电压正弦信号的周期（IC2BUF_result2 -IC2BUF_result1），得到每个PWM波的周期值PTPER，产生新的正弦输出周期，实现同频。
锁相的实现：在程序里面有个作为逆变器正弦波输出计数点的指针sin_v_n，为了防止波形的畸变，可以在一定范围内通过连续改变sin_v_n的值来实现相位的调整。
利用dsPIC30F2010单片机的IC1口对电流反馈u f 正弦信号对应的方波信号的两次下降沿进行捕获（其也以dsPIC30F2010内部的TIMER2为时基），在中断子程序中读取捕捉缓冲器中IC1BUF 的值两次，并保存在IC1BUF_reslut1、IC1BUF_result2中，计算此时的相位偏移（IC1BUF_res ult2 –IC2BUF_result1），将其转化为指针sin_v_n 同量级的误差，在以后的数个正弦周期里对指针sin_v_n 进行微调整，直到消除相位偏移为止，从而实现输出正弦电压信号与模拟电网电压正弦信号的同相。
其中硬件方面主要在于实现电网过零点检测电路的稳定性，本检测电路为消除毛刺使用的是RC 滤波；软件方面需要保证两次输入捕捉数据的同步，通过设置一个标志寄存器IC_flag:当IC_flag=1时，两路捕捉保存数据；当IC_flag=0时，两路捕捉不保存数据并对上一次数据进行处理。
2.3 提高系统效率方法光伏发电装置的主要损耗有功率开关器件、滤波电感以及控制电路功耗。
为提高系统效率，可采取选择合适的开关频率、性能优越的开关器件（通态电阻小、开关时间短）、增大滤波电感以减小电流纹波以及开关器件吸收电路。
提高MPPT 精度可以提高光伏电池利用率，即也提高效率。
2．4 滤波参数的计算逆变器交流输出电压频率f o =45~55Hz ，逆变器开关频率设为20kHz ，滤波器的转折频率一般为(5～10) f o 。
为减少输出功率的无功分量，滤波电容的电流不大于额定输出电流的1/5。
满载时输出电流Io=0.5A ，即I o1=1A （此时U o1=14V ），则电容电流不能大于0.2A,滤波电容C 3为:1310.20.2141225514o o o I C uF f U ππ⨯<==⨯⨯，取4uF/250V 的CBB 电容。
在滤波电容C 3设计基础上，根据滤波器截止频率以及电感电流纹波要求，设计输出滤波电感L 1=3mH 。
滤波电感设计结果：磁芯：High Flux 的CH467060；匝数：191匝；线圈：1mm 漆包线；线圈损耗：1.75W ；因电感的高频交流励磁小，磁芯损耗可忽略不记；磁芯最大工作磁密：0.27T ，交流磁密：0.09T 。
三、电路与程序设计3.1 DC/AC 主电路与器件设计主电路原理图见附录图1-(a)。
主回路拓扑选择全桥逆变电路，上桥壁两个管子的漏极端需要一个浮点电压，因此选择IR2110实现高端驱动。
由于输入Us 为60V ，为保证开关管不被击穿并留有一定裕量设计选择IRF540（耐压100V 、额定电流27A 、通态电阻70m Ω）。
由于有无功功率回馈到输入侧，且功率场效应管体二极管性能差，全桥逆变电路的功率场效应管反并肖特基二极管为STPS8H100D （耐压100V 、压降0.58V 、额定电流8A ）。
为减小输入端电压纹波，无功功率不回流到光伏电池，U d 端并电解电容1440uF/100V 。
3.2 控制电路及控制程序开始ad_flag=1？PWM 时基打开调用I/O 端口初始化子程序调用PWM 初始化子程序 定时时间到，显示电压电流调用AD 初始化子程序调用捕捉初始化子程序主程序入口NY主程序流程图采样完毕，计算误差PI 控制环节,调节调制比等待中断调用LCD 初始化子程序调用外部中断初始化子程序dis_flag=1？YN图2. 主程序流程图3.2.1 程序设计主程序流程图如图2。