光伏發(fā)電并網逆變器控制器系統(tǒng)的設計畢業(yè)論文

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p>　　光伏發(fā)電并網逆變控器制系統(tǒng)的設計</p><p>　　THE RESERCH ON PHOTO VOLTAIC GRII-CONNECTED INVERTER</p><p>　　題 目 光伏發(fā)電并網逆變控制器系統(tǒng)的設計 </p><

2、;p>　　學生姓名 </p><p>　　學 號 </p><p>　　系 別 </p><p>　　

3、專 業(yè) 電氣工程及其自動化 </p><p>　　屆 別 2012 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　職 稱

4、 </p><p><b>　　摘要3</b></p><p><b>　　第一章 緒論4</b></p><p>　　1.1光伏發(fā)電并網逆變器的研究背景及現狀4</p><p>　　1.2光伏發(fā)電并網逆變器研究的目的

5、5</p><p>　　第二章 光伏發(fā)電并網逆變控制系統(tǒng)的理論分析.................................................................7</p><p>　　2.1太陽能發(fā)電并網系統(tǒng)總拓撲圖7</p><p>　　2.2逆變器的電路原理8</p><p>　　2.2.1 逆變

6、器的電路原理8</p><p>　　2.2.2 逆變器的逆變傳統(tǒng)技術8</p><p>　　2.2.3 逆變器的SPWM控制技術..................................................................................10</p><p>　　2.3 并網逆變11</p>

7、<p>　　2.3.1 電路結構11</p><p>　　2.3.2 系統(tǒng)的總體方案11</p><p>　　2.3.3 前級boost電路的工作原理11</p><p>　　2.3.4主電路參數的選取13</p><p>　　2.2.5光伏系統(tǒng)最大功率跟蹤的方法15</p><p>　　2.3.

8、6逆變器驅動電路17</p><p>　　第三章 硬件電路19</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設計21</p><p>　　4.1 基于AT89C51的系統(tǒng)軟件設計21</p><p>　　4.2 系統(tǒng)的主程序流程圖24</p><p>　　4.3逆變控制程序設計24</p><p

9、>　　4.4中斷和鍵盤子程序設計27</p><p><b>　　參考文獻31</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　世界環(huán)境的日益惡化和傳統(tǒng)能源的日漸枯竭，促使了對新能源的開發(fā)和發(fā)展。具有可持續(xù)發(fā)展的太陽能資源受到了各國的重視，各國相繼出臺的新能源法對太陽能發(fā)展起到推波助瀾的作用

10、。其中，光伏并網發(fā)電具有深遠的理論價值和現實意義，僅在過去五年，光伏并網電站安裝總量已達到數千兆瓦。而連接光伏陣列和電網的光伏并網逆變器便是整個光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的關鍵。</p><p>　　本文根據逆變器結構以及光伏發(fā)電陣列特點，提出了基于DC-DC和DC-AC兩級并網逆變器的結構?；贒C-DC和DC-AC電路的相對獨立性，分別對DC-DC和DC-AC進行了分析，重點分析了DC-AC的工作原理。并網逆變控制器設

11、計是本文的重點，包括逆變器驅動電路的設計、逆變器驅動電路的軟件編程以及并網過程中直流側欠電壓、直流側過電壓、交流側電流等硬件電路的設計。另外對主電路中各元件參數的選取、系統(tǒng)最大功率跟蹤方法做了詳細的分析。為類似結構的光伏并網逆變器提供了設計參考。</p><p>　　關鍵詞 太陽能；光伏并網；逆變器；最大功率點跟蹤</p><p><b>　　第一章 緒論</b>&

12、lt;/p><p>　　光伏發(fā)電并網逆變器的研究背景及現狀</p><p>　　太陽能的轉換利用方式有光-熱轉換、光-電轉換和光-化學轉換三種形式。光伏發(fā)電是將太陽的光能轉換為電能的一種發(fā)電形式。利用光生伏打效應制成的太陽能電池，可將太陽的光能直接轉、轉換成為電能。 </p><p>　　表1-2為光伏發(fā)電歷史現狀。</p&g

13、t;<p>　　國外并網型逆變器已經是一種比較成熟的市場產品，例如在歐洲光伏專用逆變器市場中就有SMA、Fronius、Sputnik、Sun Power和西門子等眾多的公司具有市場化的產品，其中SMA在歐洲市場中占有的50%的份額。除歐洲外，美國、加拿大、澳大利亞、新西蘭以及日本在并網逆變器方面也都已經產品化。目前國外光伏并網你變氣產品的研發(fā)主要集中在最大功率跟蹤和逆變環(huán)節(jié)集成的單機能量變換上，功率主要為幾百瓦到五千瓦的

14、范圍，控制電路主要采用數字控制，注意系統(tǒng)的安全性、可靠性和擴展性，具備有各種完善的保護電路。</p><p>　　國內對并網逆變器的研究比較多的采用最大功率跟蹤額逆變部分相分離的兩級能量變換結構，而且市場產品的種類還相對單一，系統(tǒng)構建死板，光伏并網發(fā)電系統(tǒng)在我國還沒有真正投入商業(yè)化運行的應用，目前所建廣發(fā)并網系統(tǒng)均為示范工程。作為光伏并網發(fā)電系統(tǒng)核心環(huán)節(jié)的并網型逆變器還主要依賴進口或者合作研究。</p>

15、;<p>　　在眾多分布式發(fā)電功能技術中，太陽能產業(yè)是全世界公認的最有前途的能源產業(yè)，世界各國都將光伏發(fā)電作為發(fā)展的重點。美國政府最早制定光伏發(fā)電的發(fā)展規(guī)劃，能源部和有關州政府制定了光伏發(fā)電的財政補貼政策，總光伏安裝是已達到3000兆瓦以上，連續(xù)三年光伏產業(yè)均以高于30%的年增長率上升；新任總統(tǒng)奧巴馬更是把發(fā)展大規(guī)模分布式太陽能光伏發(fā)電作為其新能源的重要組成提上議程。日本也早在1974年就開始執(zhí)行“陽光計劃”，1992年電

16、力公司收購光伏發(fā)電系統(tǒng)與電力制度開始實施，1994年提出“朝日七年計劃”，到2000年已完成16.2萬套太陽能光伏屋頂計劃，1997年又宣布7萬光伏屋頂計劃，到2010年安裝7600兆瓦太陽能電池。德國1990年提出1000屋頂發(fā)電計劃，1998年進一步提出10萬屋頂計劃。到2007年5月為止，全球已建成容量超過5兆瓦的光伏電站10座，容量在2兆瓦以上的瓜葛菲電站超過了50座，目前已經運行的容量最大的太陽能并網電站為2008年安裝與西班

17、牙的olmedilla,裝機容量為60兆瓦。</p><p>　　1.2光伏發(fā)電并網逆變器研究的目的</p><p>　　我國正處在經濟轉軌和蓬勃發(fā)張時期，但能源問題嚴峻，城市中由于大量使用化石能源，環(huán)境持續(xù)惡化。2000年世界衛(wèi)生組織（WHO）公布世界上污染最嚴峻的十大城市中，中國占了八個，其中北京居于第七位。大力發(fā)展光伏并網發(fā)電將有助于今早解決這一問題。國家有關領導部門已經開始給予足夠

18、重視，首先是國家科技部已規(guī)劃有步驟地推進相關的科技創(chuàng)新研究、示范及其產業(yè)化進程?！鞍宋濉焙汀熬盼濉逼陂g把“光伏屋頂并網發(fā)電系統(tǒng)”列入了“國家科技公關計劃”，在深圳和北京分別建成了一些光伏屋頂并網發(fā)電系統(tǒng)的示范工程。</p><p>　　到目前為止，我國光伏并網發(fā)電的關鍵技術及設備仍主要來自進口，但面對如此巨大的國內需要，腳踏踏實實地發(fā)展具有自我知識產權的相關高技術，進而實現其產業(yè)化，已是刻不容緩的事情。在光伏并網

19、發(fā)電系統(tǒng)中，其具體目的表現為：</p><p>　　（1）實現高質量的電能轉換，將太陽能光電轉換組件陣列產生的直流電轉換成220V、50Hz的單相、正弦波，其電流和電壓的畸變率均小；</p><p>　?。?）實現系統(tǒng)的安全保護要求，如輸出過載保護輸出短路保護、輸入接反保護、直流過壓保護、交流過壓和欠壓保護、“孤島”保護及裝置。</p><p>　　1.3 光伏發(fā)電

20、并網逆變器研究的意義</p><p>　　隨著全球環(huán)境污染與能源緊缺問題的日益嚴重，尋找新能源已經是各國不得不面臨的現實。進行光伏發(fā)電并網逆變器控制系統(tǒng)的研究對于解決全球日益面臨的能源危機有深遠的意義，不但可以在技術上進一步取得完善，取得工程經驗，而且可以確定其經濟的可行性，光伏發(fā)電只有進入電力規(guī)模的應用，才能真正對于緩解能源緊張和抑制環(huán)境污染起到積極作用，光伏發(fā)電并網逆變器控制系統(tǒng)研究的重點應該放到并網發(fā)電的經

21、濟政策研究和具有商業(yè)化前景的實用技術上。</p><p>　　光伏并網發(fā)電的大規(guī)模推廣除了節(jié)約能源與減少環(huán)境污染外，還能夠刺激光伏工業(yè)的迅速壯大，達到能源可持續(xù)性發(fā)展的目的，同時還可以提供大量的就業(yè)機會。</p><p>　　要實現光伏并網發(fā)電，光伏并網逆變器是關鍵。目前，獨立光伏電站所用的逆變器相對較成熟，并已大規(guī)模應用，但并網逆變器技術相對落后，國外的并網逆變器價格高昂，在國內推廣應用

22、十分困難。為了實現自主研發(fā)生產，國內一些企業(yè)與高校正開始做相關方面的研究，且均為示范系統(tǒng)，還沒有實現產業(yè)化，為推動光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的普及應用，自主研發(fā)光伏并網逆變器控制系是我們長期致力于研究的課題</p><p>　　面對今天日益嚴重的環(huán)境危機，為了人類的生存和發(fā)展迫切需要我們去尋找新的替代能源，而太陽能便是我們理想的發(fā)展方向，它為我們提供干凈、來源廣泛可靠、無污染的清潔能源，為解決全球面對的諸多環(huán)境問題帶了十分

23、理想的解決方式。</p><p>　　光伏發(fā)電并網逆變器的研究就是如何將光轉換為電能，本課題著重研究其新的發(fā)展方向，更為方便的利用太陽能解決發(fā)電問題是我們今后長期發(fā)展的課題，也是世界今后大體走向。太陽能光伏并網發(fā)電工程的實際效果看出，采用太陽能光伏發(fā)電技術，對太陽能并網發(fā)電的推廣應用在技術是可行的，經濟上是可取的，對社會環(huán)保和人類可持續(xù)發(fā)展更是具有深遠的影響和重要意義。</p><p>　

24、　第二章 光伏發(fā)電并網逆變控器制系統(tǒng)的理論分析</p><p>　　2.1太陽能發(fā)電并網系統(tǒng)總拓撲圖</p><p>　　圖2-1系統(tǒng)總拓撲圖</p><p>　　由總拓撲圖可以看到，PV板產生的直流電壓經過DC/DC變換器升壓，MPPT追蹤最大功率點控制后，經過逆變器變成三相交流電，通過單片機控制下的電壓檢測，負載過電流檢測，在輔助電源和SA4828驅動的作用下

25、，使得電能最終送到電網。</p><p>　　2.2逆變器的電路原理</p><p>　　2.2.1 逆變器的電路原理</p><p>　　為了設計并網逆變器控制系統(tǒng)，必須先介紹逆變器的電路原理以圖2-2的單相橋式逆變電路為例說明最基本的逆變工作原理。圖中SI--一 S4是橋式電路的四個臂，S1～S4為開關管。當開關Sl、S4閉合，S2、S3斷開，負載電壓Uo為正；

26、當開關S1、S4斷開，S2、S3閉合時，“o為負，其波形如圖 2-3所示。這樣，就把直流電變成了交流電，而改變兩組開關的切換頻率，就可以改變輸出交流電的頻率。</p><p>　　圖2-2 單相橋式逆變電路</p><p>　　圖2-3 單相橋式逆變電路的輸出電壓波形</p><p>　　2.2.2 逆變器的逆變傳統(tǒng)技術</p><p>

27、;　　在三相逆變電路中，應用最多的是三相橋式逆變電路。電壓型三相橋式逆變電路如圖2-4所示</p><p>　　三相電壓型逆變電路傳統(tǒng)的多數采用的工作方式如下：逆變電路基本工作方式是180度導電方式，即每個橋臂的導電角度為180度，同一相上下兩個臂交替導電，每相開始導電的時間依次相差120度，如此每一瞬間，將有三個橋臂同時導通。對于U相，當V1導電時，UUN ' '=Ud/2，當V4導電時，UuN

28、 '，=-Ud /2。UuN '的波形是幅度為±Ud/2的矩形波。V相和W相的情況和U相相似，只是相位依次差120度。UuN '、UvN '、UwN '的波形如圖2-5所示</p><p>　　圖2-4電壓型三相橋式逆變電路</p><p>　　圖2-5 UuN '、UvN '、UwN '的波形 </p>

29、<p>　　設負載中性點N和直流電源假想中性點之間的電壓為UNN ' ，則負載各相的相電壓可以由下式求出： </p><p><b>　　整理可得：</b></p><p>　　UNN '=1/3( UNN ' +UVN ' +UWN ' )-1/3（UUN+UVN+UWN）</p><p>

30、;　　設負載三相對稱，即UUN+UVN+UWN=0，則：</p><p>　　UNN '=1/3( UNN ' +UVN ' +UWN ' ) （2-2）</p><p>　　圖2-5的e)給出了UNN '的波形，它是幅度為±Ud/2，頻率為UNN '頻率三倍的矩形波。由式(2-1)和式(2-

31、2)可以作出UUN的波形如圖2—5的f所示，UVN和UWN的波形形狀一樣，只是相位相差1200、2400。</p><p>　　由圖可見，負載相電壓的波形為六拍階梯波，通過傅立葉分析可知，此種波形含有很大的諧波分量，對負載(尤其是交流電動機負載)的工作性能帶來很不利的影響。</p><p>　　圖2-6UNN '和UNN的波形圖

32、 </p><p>　　2.2.3 逆變器的SPWM控制技術</p><p>　　PWM技術的理論基礎是面積等效原理，即沖量(面積)相等而形狀不同的窄脈 </p><p>　　沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果(環(huán)節(jié)的輸出響應波形)基本相同。例如：如圖2—7所示

33、,有三個窄脈沖，(a)為矩形脈沖,(b)為三角形脈沖，(c)為正弦半 </p><p>　　波脈沖，它們形狀不同，但它們的面積(沖量)都等于1。當它們分別作為圖2 </p><p>　　--8(a)具有慣性環(huán)節(jié)的R-L電路的輸入時，設其電流f(D為電路的輸出，圖2—8(b)給出了不同窄脈沖時i(t)的響應波形。由圖中波形可知，在i(t)的上升段，脈沖波形不同i(t)略有不同，但其下降段幾乎

34、完全相同。脈沖越窄則其輸出響應波形差異也越小。如果是周期性的施加上述脈沖，則其響應波形也是周期性的。用傅立葉級數分解后可以看出，各f(n在低頻段的特性非常接近，僅在高頻段有所不同。 </p><p>　　圖2-7波形不同而沖量相同的各種窄脈沖</p><p>　　圖2-8沖量相同的各種窄脈沖的響應波形</p><p>　　本文的SPWM信號由單片機控制的SA4828

35、產生，下文將作詳細介紹。</p><p><b>　　2.3 并網逆變 </b></p><p>　　2.3.1電路結構 </p><p>　　并網逆變器結構如圖2-1所示，該電路結構由工頻或者高頻逆變器、工頻變壓器以及輸入、輸出濾波器構成。</p><p>　　2.3 .2 系統(tǒng)的總體方案</p><

36、;p>　　經過方案的比較論證，本設計決定采用無變壓器的兩級結構，前級DC-DC變換器和后級的DC-AC逆變器，兩部分通過DClink相連。前級DC-DC變換器，可選擇的型式有半橋式、全橋式、推挽式和Boost式，考慮到輸入電壓較低，如采用半橋式則開關管電流變大，輸出電壓太低；而采用全橋式則控制復雜，開關管功耗增大，因此這里采用結構簡單，控制方便的Boost升壓電路，它根據電網電壓的大小使在不同天氣條件下的輸入電壓達到一個合適的水平

37、，同時在低壓情況下實行最大功率點的跟蹤，增大光伏系統(tǒng)的經濟性能。后級的DC-AC逆變器，采用單相逆變全橋，作用是將DClink直流電轉換成220V-50Hz正弦交流電，實現逆變向電網輸送功率。DClink的作用除了連接DC-DC變換器和DC-AC逆變器，還實現了功率的傳遞?？刂齐娐返暮诵男酒荰I公司的TMS320F2407。系統(tǒng)保證并網逆變器輸出的正弦電流與電網的相電壓同頻同相。系統(tǒng)主電路的拓撲電路如圖2-1所示：</p>

38、<p>　　2.3.3 前級Boost電路的工作原理</p><p><b>　　電路原理圖：</b></p><p>　　Boost電路由開關管v，二極管VD，電感L，電容C組成，完成將太陽能電池輸出的直流電壓場v升壓到Vdc，其原理圖如圖2．9所示。</p><p><b>　　a</b></p&

39、gt;<p><b>　　b</b></p><p>　　2-9升壓斬波電路的工作原理圖</p><p>　　升壓斬波電路的原理圖及工作波形如圖2-9所示。該電路中也是使用一個全控型器件。</p><p>　　分析升壓斬波電路的工作原理時，首先假設電路中電感L值很大，電容C值也很大，當可控開關V處于通態(tài)時，電源E向電感L充電，充電

40、電流基本恒定為I1同時電容C上的電壓向負載R供電。因此C值很大，基本保持輸出電壓uo為恒值，記為Uo。設V處于斷態(tài)時E和L共同向電容C充電并向負載R提供能量。設V處于斷態(tài)的時間為toff，則在此期間電感L釋放的能量(U0-E)I1toff。當電路工作與穩(wěn)態(tài)時，一個周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等，即</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p&g

41、t;<b>　　化簡得</b></p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　式中，T/Toff≥1，輸出電壓高于電源電壓，故稱該電路為升壓斬波電路</p><p>　　式（2-4）中T/Toff表示升壓比，調節(jié)其大小，即可改變輸出電壓U0的大小，調節(jié)的方法與3.1.1中介紹的改變占空比的方法類似。將

42、升壓比的倒數記作，即。</p><p>　　則和占空比有如下關系</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　因此式（2-4）可表示為</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　升壓斬波電路之所以能是輸出電壓高于電源電壓，關鍵

43、有兩個因素：一是電感L儲存的能量之后具有使電壓泵升的作用，二是電容C可將輸出電壓保持住。在以上分析中，認為V處于通態(tài)期間的電容C的作用使得輸出電壓U0不變，但實際上C值不可能無窮大，在此階段其向負載放電，U0必然會有所下降，故實際輸出電壓會略低于式（2-4）所得結果。不過在電容C值足夠大時，誤差很小，可以忽略不計。</p><p>　　如果忽略電路中的損耗，則由電源提供的能量僅由負載R消耗，即

44、 (2-7) </p><p>　　該式表明，與降壓斬波電路一樣，升壓斬波電路也可看成是直流變壓器</p><p>　　根據電路結構并結合（3-23）得出電流的平均值I0為</p><p><b>　　(2-8)</b></p><p>　　

45、由式（3-24）即可得出電流I1為</p><p><b>　　(2-9) </b></p><p>　　2.3.4主電路參數的選取</p><p>　　(1)濾波電感的選取</p><p>　　在全橋逆變器中，輸出濾波電感是一個關鍵性的元件，并網系統(tǒng)要求在逆變器的輸出側實現功率因數為1，波形為正弦波，輸出電流與電網

46、電壓同頻同相。因而，電感值選取的合適與否直接影響電路的工作性能。對于電感值的選取，可以從以下兩個方面來考慮：</p><p><b>　　a)電流的紋波系數</b></p><p>　　輸出濾波電感的值直接影響著輸出紋波電流的大小。由電感的基本伏安關系綜上，濾波電感的取值范圍為8.3mH≤L≤37.4mH。在實際設計過程中，由于電感的體積、成本等因素的影響，一般只需考

47、慮電感的下限值，即取稍微大于下限值即可。另外需要特別指出的是，以上的計算是建立在額定輸出電壓，即VN=220V的基礎上，考慮到實際情況下網壓的波動范圍，在設計電感時最終可選取電感值Lf=9mH.</p><p><b>　　(2)開關管的選取</b></p><p>　　逆變電源的主功率元件的選擇至關重要，目前使用較多的功率元件有達林頓功率晶體管(BJT)，功率場效應

48、管(MOSFET)，絕緣柵極晶體管(IGBT)和可關斷晶閘管(GTO)等，在小容量低壓系統(tǒng)中使用較多的器件為MOSFET，因為MOSFET具有較低的通態(tài)壓降和較高的開關頻率，在高壓大容量系統(tǒng)中一般均采用IGBT模塊，這是因為MOSFET隨著電壓的升高其通態(tài)電阻也隨之增大，而IGBT在中容量系統(tǒng)中占有較大的優(yōu)勢，而在特大容量(100kVA以上)系統(tǒng)中，一般均采用GTO作為功率元件。隨著針對于光伏系統(tǒng)的功率模塊的發(fā)展，主電路元器件選擇功率模

49、塊也是一個比較有前景的。因此針對本電路的特點，在此選用IGBT作為開關元件。</p><p>　　2.3.5光伏系統(tǒng)最大功率跟蹤的方法</p><p>　　日照強度和溫度對太陽能電池陣列的開路電壓和短路電流有很大的影響，當前光伏電池的光電能量轉換效率在實驗室條件下最高不超過百分三十，為了最大限度的提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率，使其功率輸出最大化，需要對光伏電池的最大功率點進行跟蹤。根據前面的

50、太陽能電池陣列的輸出特性功率一電壓曲線，可知當陣列工作電壓小于最大功率點電壓時，陣列輸出功率隨太陽能電池端電壓上升而增加：當陣列工作電壓大于最大功率點電壓U時，陣列輸出功率隨輸出電壓上升而減少。因此最大功率點跟蹤的實現實質是一個自尋優(yōu)過程，即通過控制陣列端電壓，使陣列能在各種不同的日照和溫度環(huán)境下智能的輸出最大功率。</p><p>　　圖2-10最大功率跟蹤原理框圖</p><p>　　

51、從直流側采集電壓U和電流I，通過MPPT算法并與三角波比較，產生PWM波，經過驅動來控制V（IGBT）的開關，從而達到最大功率點的控制。</p><p><b>　?。?）固定電壓法</b></p><p>　　在日照強度較高時，各曲線的最大功率點所對應的太陽能電池工作點電壓變化不大。這說明陣列的最大功率輸出點大致對應于某個恒定電壓，這就大大簡化了系統(tǒng)MPPT的控制設

52、計，即僅需從生產廠商處獲得U數據，并使陣列的輸出電壓鉗位于U值即可。實質是把MPPT控制簡化為穩(wěn)壓控制。采用固定電壓式的MPPT控制比不采用MPPT控制的太陽能系統(tǒng)獲多至20％的電能。固定電壓法優(yōu)點是控制簡單，易實現，可靠性高；系統(tǒng)不會出現振蕩，有很好的穩(wěn)定性。但忽略了溫度對陣列最大功率點電壓的影響，控制精度差，特別是對于早晚和四季溫差變化劇烈的地區(qū)；必須人工干預才能良好運行，更難以預料風、沙等的缺點。</p><p

53、><b>　?。?） 擾動觀察法</b></p><p>　　擾動觀察法算法簡單，易實現等特點廣泛用于最大功率點的跟蹤上。擾動觀察法的主要思想是通過周期性的給太陽能電池的輸出電壓U加擾動△U，比較其輸出功率P（k）與前一周期的輸出功率P(k-1)的大小，如果功率增加則在下一個周期以同樣方向加擾動，否則△U改變擾動的方向。其具體的控制算法如圖3-4所示。寄存器存放每一周期礬肋調整值。首先

54、計算太陽能電池的輸出功率P(k)，并與上一周期的輸出功率P(k-1)}=L較。若只P(k)>P(k-1)，則按照相同的方向進行電壓調整，從而調整輸出電壓Uref(k)的大小。反之亦然。在實際應用中，也可以通過調節(jié)占空比來調節(jié)太陽能發(fā)電系統(tǒng)輸出電壓，使系統(tǒng)有最大功率點輸出。</p><p>　　圖3-4擾動法的控制流程圖采用擾動控制方法實現MPPT，雖然可以動態(tài)的跟蹤光伏系統(tǒng)的最大功率點輸出，較固定電壓法有更

55、好的光伏系統(tǒng)利用率，但是卻存在一定的缺點。</p><p>　　1) 即使電池的工作點已經在Pm它也會一直振蕩，而無法穩(wěn)定工作在最大功率點上。在這過程中就造成了部分功率損失。如圖2-12，Um是對應于Pm的工作電壓。假設參考電壓調整步長△U>O，系統(tǒng)當前工作點在Um左側附近的U1點。根據擾動法原理，系統(tǒng)將增大電壓：U2=UI+△U。調整后系統(tǒng)工作點位于Um右側，若經檢測，計算得到的P2<P1(大于的情

56、況也可類似討論)，則改變原先的調整方向，變?yōu)椋篣3=U2-△U，使得U3=Ul。于是回到這種情形：P3=P1>P2(假設環(huán)境暫時不發(fā)生改變)，將導致電壓繼續(xù)減小到U4，使得P4< P3，系統(tǒng)才改變調整方向。這樣系統(tǒng)就在點P4-P3(Pl)-P2之間循環(huán)振蕩，直至外部條件發(fā)生變化。每個周期由于振蕩造成的功率損失為圖2-12擾動法在最大功率點附近來回振蕩的情形。</p><p>　　2) 當有云經過時，日

57、照強度發(fā)生快速變化，參考電壓調整方向發(fā)生錯誤造成系統(tǒng)誤判。假設日照強度為1000W／m2時，系統(tǒng)工作點U1在U2左邊，對應功率為P1<Pm，系統(tǒng)判斷電壓應增加擾動量U2=U1+△U，就在這時云層經過，光</p><p>　　圖2-11擾動法的控制流程圖</p><p>　　強急劇減少為200W／m2。而在該條件下，U2對應的輸出功率P1*>P2*。這就變成系統(tǒng)在向功率減少的方向

58、調整，系統(tǒng)出現誤判。</p><p>　　圖2-12擾動法在最大功率點附近來回振蕩的情形</p><p>　　圖2-13擾動法誤判斷的情形</p><p>　　2.3.6 逆變器驅動電路</p><p>　　如圖2-14所示，逆變器驅動電路是采用AT89C51單片機控制SA4828產生SPWM調制信號，其中SA4828是產生三相SPWM信號的

59、專用芯片。驅動電路的主要作用是：當電壓不正常時，自動產生50HZ兩路矩形脈沖電壓，這兩路矩形脈沖電壓相位相差1800,分別驅動兩個IGBT。</p><p>　　脈寬調制和驅動電路逆變時的電路如圖所示，通過改變驅動信號的頻率、占空比，就可以改變控制逆變電路的工作情況，實現輸出電壓的調節(jié)。</p><p>　　當電壓不正常時，此時AT89C51單片機也發(fā)控制信號，使得SA4828開始工作，發(fā)

60、六路脈沖信號控制IGBT的開通和關斷，同一時刻有三個管子導通，而同一橋臂的上下兩個管子輪流導通1800，根據PWM脈寬調制技術，逆變器將輸出頻率為50HZ的交流電。</p><p>　　2-14 逆變器驅動電路</p><p>　　2-13逆變器驅動信號產生電路</p><p><b>　　第三章 硬件電路</b></p><

61、;p>　　3-1欠電壓檢測電路</p><p>　　當太陽能電池板正常工作時，輸出電壓為96V，加在分壓電阻R10，R11上，比較器“+”端電壓U+近似為2.4V，“—”端電壓近似為1.8V，比較器輸出+12V電壓，光耦合器u2導通，發(fā)光二極管Z2承受正向電壓，發(fā)綠光，輸出P1.1=0；當太陽能電池板欠壓時，U+<1.8V，比較器輸出為0，光耦合器u2不通，燈滅，輸出P1.1=1。</p>

62、<p>　　3-2直流側過電壓檢測</p><p>　　采集Boost電路中電容C兩側的電壓值，經電阻接入比較器的“-”端。直流側電壓約為240V，加在管腳2上的電壓約為2.5V，而+5V電壓加在電阻R06上上，經R04,R05分壓后，加在管腳1上的電壓約3.0V，電路設計時，使U1>U2，這樣管腳3便維持在+12V，Z1承受正壓，發(fā)光，輸出P1.0=0。</p><p&g

63、t;　　當直流側過壓時，管腳2電壓也相應的過高，其值比3.0V還有高，此時，管腳3輸出電壓為0V，D00導通，發(fā)光二極管Z2關斷，不發(fā)光，輸出P1.0=1。</p><p>　　當直流側電壓從過壓值降到臨界電壓時，雖然管腳2電壓可降到3.0V,但由于管腳1已由3.0V變成了2.5V，因此管腳3仍為0V，只有當交流電壓繼續(xù)下降到一定值的時候，管腳2才降到2.5V以下，3管腳才能從0V上升到12V，此時，D00截止，

64、1管腳上升到3.0V,準備下一次的過電壓檢測。</p><p>　　3-3交流側過電流檢測電路</p><p>　　如圖3-3為交流側過電流檢測電路。正常工作狀態(tài)下，比較器的管腳1點位低于管腳2的點位，輸出0V，光耦合器U3不導通，發(fā)光二極管Z3截止，A相輸出為“1”的高電平；負載過流時，管腳1電位上升，當高于管腳2的電位，使得“3”端輸出+12V電壓，光耦合器導通，發(fā)光二極管Z6發(fā)紅光，

65、此時A相輸出“0”的低電平。</p><p>　　雖然負載是三相電壓供電，但由于對稱性原理，我們只需要檢測其中的兩相電流，另外一相電流就很容易獲得。為了提高單片機管腳的利用率，檢測電路中加入一個與門，所檢測的A相和C相電流只有在兩者都正常工作是才輸出P1.5=1，只要有任何一相負載過流，電路中就會亮紅燈且P1.5=0，輸出“0”。</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件設計</p>

66、;<p>　　4.1 基于AT89C51的系統(tǒng)軟件設計</p><p>　　單片機是整個系統(tǒng)控制的核心 ，MCS-51系列中各種型號芯片的引腳是相互兼容的。制造工藝為HMOS的MCS-51單片機都采用了40只引腳的雙列直插封裝（DIP）方式，目前大多數為此類封裝方式。制造工藝為CHMOS的80C51/80C52除采用DIP封裝方式外，還采用方形封裝方式，為44只引腳。</p><

67、p>　　40只引腳按其功能來分，可分為三類：</p><p>　?。?）電源及時鐘引腳：VCC，VSS；XTAL1、XTAL2。</p><p>　?。?）控制引腳：PSEN、ALE、EA、RST.。</p><p>　?。?）I/O口引腳：PO、P1、P2、P3為4個8位I/O口的外部引腳。</p><p><b>　　MM

68、</b></p><p><b>　　4-1 系統(tǒng)軟件圖</b></p><p>　　4.2 系統(tǒng)的主程序流程圖</p><p>　　下面簡要介紹整個系統(tǒng)流程圖的工作原理：主程序開始后，首先要進行初始設置，這里的初始化要包括顯示器初始化、單片機系統(tǒng)初始化以及開中斷，然后判斷開機鍵是否按下，若按下，則調用顯示子程序，顯示當前逆變的工作

69、狀態(tài)，如果不正常，隨即調用發(fā)送PWM波子程序使系統(tǒng)開始工作。最后再檢測P1.5是否等于1，來檢測負載是否過流，如果過流，那么就必須停止發(fā)PWM停止逆變器的工作，如果不過流，那么程序又返回到顯示子程序繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行。</p><p>　　系統(tǒng)還可以用鍵盤對切換電路進行控制，此項操作時通過中斷1來產生中斷來實現的；輸出過流檢測則是通過中斷0產生過流中斷，同時發(fā)出報警信號，通過單片機控制逆變保護整個系統(tǒng)的安全。</

70、p><p><b>　　其控制程序如下：</b></p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　SJMP MAIN</p><p>　　ORG 0003H</p><p>　　SJMP INT0</p><p>　　ORG 0013H</

71、p><p>　　SJMP INT1</p><p>　　MAIN MOV SP, #60H</p><p>　　INIT: CLR P1.1</p><p><b>　　CLR P1.6</b></p><p><b>　　CLR P1.0</b></p>

72、;<p><b>　　SETB EA</b></p><p><b>　　SETB EX0</b></p><p><b>　　SETB EX1</b></p><p>　　圖4-2 主程序流程圖</p><p>　　LOOP: JNB P1.1, ELEC1

73、</p><p><b>　　SETB P1.6</b></p><p>　　ELEC1: ACALL T_PWM</p><p>　　JNB P1.3, ELEC2</p><p><b>　　CLR P1.5</b></p><p>　　LCALL ALARM2&l

74、t;/p><p>　　ELEC2: JNB P1.4, ELEC2</p><p>　　LCALL ALARM2</p><p>　　LCALL STOP</p><p>　　SETB P1.5</p><p>　　ELEC3: JNB P1.4, ELEC4</p><p>

75、;　　LCALL ALARM1</p><p><b>　　SETB P1.6</b></p><p>　　ELEC4: SJMP LOOP</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　4.2 市電檢測及光伏發(fā)電系統(tǒng)投切程序設計</p><p>

76、　　市電電網檢測和光伏發(fā)電系統(tǒng)投切程序軟件流程如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-3 市電檢測和供電切換軟件流程圖</p><p>　　開機后首先進行的是對市電電網的檢測，利用單片機控制電路，在市電斷電或不正常時中止光伏系統(tǒng)的并網動作。如果市電供電正常，再對太陽能電池進行電壓檢測，判斷其電壓值是否滿足并網發(fā)電的最低要求，如果滿足，則繼續(xù)下一步操作，如果不滿足，中止光伏發(fā)電系統(tǒng)并網動

77、作。</p><p>　　4.3 逆變電路控制程序設計</p><p>　　本設計采用的PWM脈沖發(fā)生芯片SA4828產生6路脈沖。SA4828和AT89C51的接口電路在第二章已經詳細介紹，在這里不再贅述，單片機控制SA4828產生PWM脈沖的軟件流程如圖5-3所示。</p><p>　　圖4-4 PWM脈沖生成程序流程圖</p><p>

78、<b>　　其控制程序如下：</b></p><p>　　T_PWM: CLR P2.7</p><p><b>　　SETB P2.6</b></p><p><b>　　CLR P2.5</b></p><p>　　MOV R0, #45H</p><p

79、>　　MOV R1, #0D5H</p><p>　　LCALL SEND_INIT</p><p>　　MOV R0, #50H</p><p>　　MOV R1, #5AH</p><p>　　LCALL SEND_INIT </p><p>　　MOV R0, #2FH</p><p&g

80、t;　　MOV R1, #0F0H</p><p>　　MOV R3, #20H</p><p>　　MOV R4, #00H</p><p>　　MOV R5, #30H</p><p>　　LCALL SEND_INIT </p><p>　　向SA4828 寫控制參數，這樣便可直接產生脈沖</p>

81、<p>　　MOV R0, #0FH</p><p>　　MOV R1, #0FFH</p><p>　　LCALL SEND_CONTROL</p><p>　　MOV R0, #0FFH</p><p>　　MOV R1, #031H</p><p>　　LCALL SEND_CONTROL</p&

82、gt;<p>　　MOV R0, #0EH</p><p>　　MOV R3, #0FFH</p><p>　　MOV R4, #0CCH</p><p>　　MOV R5, #99H </p><p>　　MOV R1, #0CCH</p><p>　　LCALL SEND_CONTROL<

83、/p><p>　　SA4828初始化參數發(fā)送子程序</p><p>　　SEND_INIT: CLR P2.6</p><p><b>　　SETB P2.5</b></p><p>　　MOV P0, #0FCH</p><p><b>　　NOP</b></p>

84、<p><b>　　CLR P2.5</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　CLR P2.4</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　NOP</b

85、></p><p>　　SETB P2.4 </p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　SETB P2.6</b></p><p><b>　　SETB P2.7</b></p><p><b>　　RET&

86、lt;/b></p><p>　　向SA4828寫控制參數子程序，這樣便可直接產生PWM脈沖</p><p>　　SEND_CONTROL CLR P2.6</p><p><b>　　SETB P2.5</b></p><p>　　MOV P0, #0FBH</p><p><b

87、>　　NOP</b></p><p><b>　　CLR P2.5</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　CLR P2.4</b></p><p><b>　　NOP</b></p>

88、<p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　SETB P2.6</b></p><p><b>　　SETB P2.7</b></p><p><b>　　RET </b></p><p>　　4.4 中斷和鍵盤子程序設計&

89、lt;/p><p>　　逆變器輸出過載或者短路對整個系統(tǒng)的危害巨大。利用單片機控制對系統(tǒng)的過流保護保證了系統(tǒng)能安全運行。該保護是在單片機中斷服務子程序中執(zhí)行，產生INT0中斷，執(zhí)行中斷子程序，發(fā)出控制信號停止逆變，并聲光報警。</p><p>　　單片機外接的獨立式鍵盤電路可以控制開關機，手動控制切換開關。外部檢測信號及鍵盤輸入信號連接到單片機的中斷源INT0，S1、S2表示開機及關機按鈕，而

90、S3則表示報警信號的復位按鈕，它們均采用查詢中斷方式實現中斷控制。中斷程序如圖4-5所示。</p><p>　　圖4-5 中斷程序流程圖</p><p>　　圖4-6 鍵盤子程序流程圖</p><p><b>　　其控制程序如下：</b></p><p>　　IN1T0: PUSH PSW</p>

91、<p>　　PUSH ACC</p><p>　　ANL P2, #0FH</p><p>　　RJCX: JNB P1.7, NEXT1</p><p>　　LCALL INIT00</p><p>　　NEXT1: JNB P1.0, NEXT2 </p><p>　　ACALL

92、 INT01 </p><p>　　NEXT2: JNB P1.1, NEXT3</p><p>　　ACALL INT02 </p><p>　　NEXT3: JNB P1.2, NEXT4 </p><p>　　ACALL INT03 </p><p>　　NEXT4: JNB P1.3, N

93、EXT5</p><p>　　ACALL INT04 </p><p>　　NEXT5: JNB P1.4, NEXT6 </p><p>　　ACALL INT05 </p><p>　　NEXT6: POP ACC</p><p>　　POP PSW </p><p>

94、;　　INT00: CLR P1.7</p><p>　　LCALL ACARM2 </p><p>　　LCALL STOP</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　INT01: SETB P1.6</p><p><b>　　RET&l

95、t;/b></p><p>　　INT02: SETB P1.6</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　INT03: SETB P1.6</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　INT04: SETB

96、 P1.5</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　INT05: SETB P1.5</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　INIT1: PUSH PSW</p><p>　　PUSH ACC</

97、p><p>　　ANL P2 #0EH</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　KEY: JNB P2.1, K11</p><p>　　SJMP KEY</p><p>　　K11: LCALL DELAY</p><p>　　

98、JNB P2.1, K12</p><p>　　SJMP KEY</p><p>　　K12: JB P2.1, K13</p><p>　　SJMP KEY</p><p>　　K13: JNB P2.1, NEXT1</p><p>　　LCALL INIT11</p>

99、<p>　　NEXT7: JNB P2.2, K22</p><p>　　SJMP KEY</p><p>　　K21: LCALL DELAY</p><p>　　JNB P2.2, K22</p><p>　　SJMP KEY</p><p>　　K22: JB P2

100、.2, K22</p><p>　　SJMP K22</p><p>　　K23: JNB P2.2, NEXT8</p><p>　　LCALL INIT12</p><p>　　NEXT8: POP ACC</p><p><b>　　POP PSW</b>&l

101、t;/p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　INIT11: LCALL STOP</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　INIT12: RE</p><p><b>　　參考文獻</b></

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