基于单片机控制的太阳能逆变电源研究.doc

百度文库帮手网 来就送100文库财富值 本文由zbf106223512贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 五 学 位 论 文 基于单片机控飘羲太阳能逆变电源研究 孙鹦 静簿教师 喜 肇酬海 教授 肇清学位级另 专业名称 一 举硕士 电电子与电力传动 蠹海事大学 一一 学位授予单位 中文摘黉 摘要 太阳能作为一种巨量的可稀舷能源，是目前大量应用的化石能源的生要替代 髭源之一，是夫类霹零援豹最嶷接豹清洁黢源之一，嚣藏秀发蘸趸太辍耱吴毒重 大的战略意义。本文设计并研制了一台独立的太阳能光伏逆变电源，结构简单、 低成本、效率高、数字化控制及驻示，输出呶压的质量高，系统的动态响应速度 诀。 本系统包括太阳能电池直流充电系统和逆变系统两大部分。在充嗽嚣设计部 分，介绍了太阳能电池输出特蚀及蓄电池充电特性，并柱此基础上设计了两阶段 藿嚣充电兹充电策漆，帮实凌了太阳麓毫洼瓣簸太功率埝滋，又怼蓄奄漶逶行了 合理地充电。主电路以电路形式实现了蓄电池充电控制的设计。 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优缺点， 采掰了“全蘩遂交嵩颓秀垂滤渡”豹设诗策略，蜜魏邀路麓萃、藏本毵、 易于控制。然后，本文详细介绍了主电路及其参数选择的原理及公式，并确定了 实验用样机的参数。 授镧龟路设谤采瑟双孩镦经理嚣撩翻，狡藏主，麸靛模式。 逆变电路采用单极性调制方式，设计了电压电流双闭环反馈控制稳定输出 交流电压。文中详细地介绍了电压电流双闭环控制的原璎和结构设计，并建立了 全耩递交毫路豹连续状态空阕数学模羹籀离散狭态象闼数学穰瀵，耩用 对控制系统：行了仿真分析。结合样机试验，得到输出电压正 弦度商、稳定性好，负载突变时系统动态响应速度得到火大提高，符会了设计目 豹。 此外对辅助电源、保护电路以及系统抗干扰技术也做了较详细的介绍。 关键溺：太疆麓纛溲；遂奎爨；弦渡疆澍；裁溃控裁 葵文攮要 瓢 ，黼 ， ， 舀 ， 湖珏瞎、 ， ， ， ， ， ，臻 嚣 ， “ ， ， ， ， 。 ， 璎 ， ， 撼。 蒸文撬要 。 ， ， ， ， 、 ： ：； 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文：基王望垃拯控剑的太田能遭变电邃班塞：。除论文中已经 注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表 或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：劲鹋 ?年；月刀： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在 本学位论文属于： 年解密后适用本授权书。 保密口 不保密（请在以上方框内打“一） 论文作者签名：劲移 导师签名：侈 日期：力年；脚 基于筚片机控制的太阳能逆变电源研究 第章绪论 。太阳能利用的背景翻意义“ 随着经济熟发展、人口的增加，目前人类所利用的石油、天然气和煤炭等化 耐能源逐步消耗，能源危机融经展现在入类蘅前。中阑的能源资源储量情况更怒 筑飘遥入，孛灏各静一次笈源资源均羝予世界擎均承警，巾嚣豹能源嚣求嚣瞧蘩 爨严薰的挑战。在开发和使髑能源的同对，保护好入类赖以生存的地球环境与生 态甚缀成为一个全球性的重溪问题。世界各圈都纷纷提出能源效率革命和清洁能 澈荤鑫，孛冒熬能源开发裂臻对薹：境造成鹣污染裴豢熏，弱此节约毙源、发展 清洁予净的新熊源秘再生能源是势在必行的。 太阳能作为一种巨量的可再嫩能源，每天刘达地球表丽的辐射能量相当于数 繇万撩匿淫燃烧豹麓垂。太瓣能纛接疆魁劐地球豹笼爨李塞，分露广泛，霹秀叟 照不污染环境，是嚣际社会公认鲍理想罄代畿源。在中国，太阳麓资源较好的域 暇占国土面积以上，主聚集中在西部地区，尤其是酒北和青藏商原。中国拥有 率富弱太粥链资源，嚣甍萋豹羚发裂溺量羡薄开发量豹缀少一部分，舆骞广羯豹笈 燧蘸襞。 太阳能光伏发电系统“删 太阳能的转换科用方式有光一热转羧、光一电转羧和巍佬学转换簿三种方 式。用走生饫拄效应原瑗话成的太阳熊魄滤，霹将太鬻携先能蠢镶转换成毫懑 加以利用，成为光电转换，即光伏发电。 对太阳麓光伏发电技术的研究始于多年前。辫今畿赛各翟茏箕楚发达戮 蒙对予太阳熊毙茯发电技术十分篷褫，赞对蒸稍定矮麓，增鸯珏授入，大秀发震。 从世纪年代以来，太阳能光伏发电技术产业一嫩保掩以豹递增 速度在发展。年代后耨。成为全球增长速痰最侠的离新技术产娥乏一。中国予 年开始研究太阳能电漶，年成功地蓠次应穗予中函发射瀚东方魏二号羹 凝上，于车歼始将太阳能魄池用于地西。从年到年，中嗣太阳簸 第章绪论 光伏发电滗论是在产北化方厮还是在应用方面都取得了很大的进展。太阳能光伏 发噻已经在运褰毫爨圭鎏嚣黪魄隽建爱孛发挥了黧簧终蔫。嚣兹孛嚣太鬻戆必莰发 电产业燕耨搔着一个大的发展，市场需求爨巨天。各方面的鞭测袭嬲，世纪中 戆太辩筑游藏为孛鏊缝添簧臻供应豹一交熏力军。 太阳能光伏发电系统按与电力系统关系分类，通常分为并阚光伏发电系统和 孤立光伏发电系统。势鼹光伏发电系统是奄嘏力系统连接在一起熬光铰发电系绕， 像其能类激发电站一样，可为电力系统掇供有功稍无功电熊。并嘲怒光伏发电发 髅戆簸会溅方彝。援嶷必捩发瑰系统是攀与零娥毫力系统穗遴藤孤立运器夔发魄 系统，熏骤应用于偏远无电地区，其建设的主鬟鞠的就是解决无电阀题。其供墩 舷性受气象环境、负荷等因素影响很犬，供电稳定性也相对较差，很多时候需 要麓装辍爨密存囊戆鬃案毽臻麓。 ，度黻缝遂变怠源的现状与发震蜡 太阳熊逆变器是太阳能光伏发电系统的重簧部件，随着电力电乎技术和控制 理论等相关技术的发展，经历了从低频逆变到简频逆变的发展，其性能得到不断 瓷离鞴究骜。 逆炎魄添按变换方式可势必工频变抉霸离频变换。工频变换逆燮电源是利餍 给燕器徉辅集残块产徽戮交流售号，然爱剩穗忑频舞压嚣产生交流电。 这种逆变器结构简单，工作可靠，但这种逆变器体积大、笨黛、噪昝犬、价格高、 效率方甏墩毒终进一步挺裹。瘫颓交换邋变电浮楚逶过高频交换接本，鬼 将低压崴流变为高频低压童流，经过高频变压器辩压后再整流骺离联悫流，若对 冀遴露爱滚交换，鄂弼簿黧、爱弦渡交滚电。当然，这耱燕交器控铡秘 节较多，电路复杂，佩因采用商频变换，因而体积小、重量轻，噪音小、效率高。 由于采嗣闭环控制稳愿技术，矮输出电压非常稳宓，受载能力强，性熊价格比高， 怒强翁帮褥釜麓源发电系统中蓠选产品。 逶燮漱源鲍主电路均需婺蠢控制电路来实瑗，一般有方波移逶弦渡两争控制 方式。剪波旃出的逆变电源墩鼯筒孳，成本低，德效率低，谐波成份犬，噪音高。 基于单片机控制的太阳能逆变电源研究 囊弦波徐出是嚣藩逆交电源熬疯羯趋势，憨麓骞功麓豹微处理嚣蠲整，歪弦 波输出的逆变技术已经相当成熟。在中、大容量的太阳能光伏发电系统中，逆变 电源的输出应为失真度较小的难弦波。这是由于在中、犬容量系统中，若采用方 滚擞电，舞辕逡将含有较多豹谐波分量，褒次谐波将产煞瓣热损耗，溺孛、夫容 量的太阳能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。由予开关变换器的强非线性，以及它具有离散和变结构 瓣符煮，受载毪矮戆多襻毪，生电路的蔑艇妊须瀵是受载大范强交纯，赝毒这些 使歼关变换器的控制问题和控制器的设计较为复杂。一魑新的控制方法，如自适 应、模糊控制、复合控制、神经网络控制以及各种调制策略得到广泛地应用，专 溺繁成控制芯冀豹瓣毽，使遂燮电源动态程缒有禳大提离，龟籍氇大襁度篱倦。 随着软开关功率变换技术的发展，谐振变换也被应用在逆变电源系统中，即 构成谐振型高效逆变电源。采用零电压或零嗽流开关技术，开关损耗然本上可以 清除，瑟便当歼荚频率超过酸上轰，电源静效率纛不会瞪显降低。 太阳能逆变电源的研究方向正朝着数字化控制、模块化方向发展。即采用微 处飕器软牛智能控制和采用不问豹模块组念，就可构成不同的电压、波形变换电 源系统。 电力电子技术现状及发展“”】 自零毽纪聂中年裁寒第一必曩阕管翊缴叛寒，毫力激子接拳歼戆袋上瑗我电 气传动技术舞台。从诞生到趸今已经近年。电力电予技术对人类文明起着巨大 的推动作用。电力电子技术照一门综合电力半导体器件、电力变换技术、现代电 予技零、翕蘸羧裁菠本等诲多警零毒夔边缘交叉学辩，骢麓秘学鼓零鹣发震，电力 电予技术与现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等许多领域密切柜 关。目前，它已缝发展成为门包含更多学科的综合性技术学科，并在现代通讯。 兔予饺器、谤雾穰、王盈蠡动像、电疆钱恁、毫力工程、国薅及菜骜蔫瑟技零提 供搿质量、高效率、高可靠饿的电能方面超着关键的作用。 现代电力电予技术的发展方向，是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子 第牵绪论 学向以高频技术处理问题为主的现代电力电予学方向转变。电力电子器件的高频 化髭今后电力电子技术创新的主导方向，藤硬佟结梅的标准模块怒器件发展的必 然憝势。功率场效应鑫钵繁（），绝缘爨双撅缝鑫薅管（）蠢场控螽 阐管汉成为现代高频电力电子技术的主要开关器件。高性能碳化醚（）功率半 导体器件将是世纪最能成功应用的新型功率半导体器件材料。智能功率模块 （）和集成电力电子模块（）的产黼化推动了电力电予技术的更大发展。 褰频磁性元孚兹发震毽怒褒颓逛力奄子按术黪一令重要方瑟，蠢警覆磁蕊、平嚣 交嚣嚣技术，集成磁元传，用微热工技米掰制赫级高频交换器豹磁元件等研究 成果。 本课题的任务 续会获上豹努辑，零课遂戆任务如下： ）摄据太阳能电漶输出特性和蓄毫池静特性，设诗蓄鬯池的充电控制方法。 （）设计逆变主电路，井采用两片微处理器构成双核控制， 编写软件劳采用适当的驱动电路，对直流电压采用逆变调制，产生 豹正弦交流嘏。采用输出：滤波稠双翅环受反馈调节，确保输出波形 豹袋麓。 （）利用建立逆变系统数学模型，进行掇制策略仿真并搭 建样机实验，得出结论。 “）辅助电源设计、保护电路设计及系统抗于扰技术。 基于单片机控制的太阳能逆变电源研究 第章太阳能电池板直流充电系统 太阳能逆变电源系统包括太阳能电池板直流充电系统和逆变系统两大部分， 其中太阳能电池板直流充电效率的提高有以下两点，一是通过实时调整太阳能电 池板工作点，使之始终工作在最大功率点附近，从而能最大限度地将太阳能转化 为蓄电池的电能。二是配合蓄电池的特性对充电过程控制，对蓄电池高效地充电。 太阳能电池及其特眭“?蚓 太阳能光伏发电系统应用的首要问题是如何将太阳能转换为电能。太阳能电 池就是利用半导体光伏效应制成，它是一种能将太阳辐射能直接转换为电能的转 换器件。半导体材料通常是硅，太阳能电池除单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能 电池外，还有非晶硅太阳能电池和化合物（，棚咀等）太阳能电池等很多种 类。太阳能光伏发电系统主要使用单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池。 太阳能电池多数具有一个大面积的结，当光线照射时，就可以在电池内 部产生直流电流。实际太阳能电池总是希望输出电流大、输出电压高。理想 结太阳能电池的输出特性用以下方程表示： 一（棚一） 式中，为太阳能电池输出的负载电流、。为太阳能电池的输出电压；。为 光生电流，正比于太阳能电池的面积和入射光的辐照度；。为太阳能电池内部等 效二极管的结反向饱和电流；是玻尔兹曼常量，；是电子 电荷，。；为绝对温度；为结的曲线常数。 弱光条件下，因远小于。，使得。等等；而强光线条件下，因 远大于。，又使。垒竖善。由此可见，在太阳光较弱时，硅型太阳能电池 的输出电压随光的强度呈近似线性的变化，而当太阳光较强时，。则随光的强度 呈对数关系变化。 第章太刚能电池板直流充电系统 太阳能电池输出电流一电压特性如图所示，是指在某一确定的日照强度和 温度下，太阳能电池的输出电压和输出电流之间的关系。这个特性也称为伏安特 性。 图太阳能电池的伏安特性曲线 培 阳血 ， 缸 伏安特性曲线表明太阳能电池既非恒压源，又非恒流源，是一种具有强烈非 线性的直流电源，输出电流在大部分工作电压范围内相当恒定，最终在一个足够 高的电压之后，电流迅速下降为零。图中虚线表示太阳能电池的曲线，有助 于精确计算最大功率点。在实际的太阳能电池工作中，工作点与负载条件和辐射 条件有关，所以工作点偏离最佳功率点。 根据特性曲线可以看出太阳能电池的几个重要技术参数： （）短路电流。：正负极间为短路状态时流过的电流。、 （）开路电压：正负极间为开路状态时的电压。 （）最大输出工作电流。：在给定温度照度下输出最大功率时的工作电流。 （）最大输出工作电压、：在给定温度照度下输出最大功率时的工作电压。 （）最大功率点功率匕：在给定温度照度下所能输出的最大功率即最大输出工 作电压最大输出工作电流，。 单体太阳能电池又称为太阳能电池片（。），是太阳能电池的最基本单元。在 基于肇琦辊接箭的太阳麓遵变电源研究 搜鼹太潮簸惫泡擞魄糖，太麓麓奄邀冀褰譬羧，、，翰爨壤基只骞零患足铰、簸爨 蜂馕功率逛熙霄表卷。一般誉裁瀵楚负载艨漱簸嚣要，墩不使节安装使用。 鞭此黉将凡脖，几十片或见酉片单体太阳熊嗽池椴攒负载需要，经过串、并联连 接筵束褥成缀合梅，逶遘一怒翁辫装方弼猿藏发毫缓鬻。封装蓊豹缀合体称之兔 太阳畿电混模块缀俘（）；丽瓣装薅称之为太黼缀宅漶缀合教赫称太阳麓嘏 漶援。工鬟上馒臻熬太羯畿壤洼投是太耀戆憋涎使翔熬熬零攀元，葵埝爨电压 救在十豇至熙卡谯庄纛。她外，姆若于个太嗣黥魄漉叛掇摆负载容熬大小要求， 再串、并联组成较大功率的实际供电装鬻称之为太阳能阵列。一般来说，常用的 太鬻鼹邀漶缀馋黢模块雨都标准率联酶数蟹怒拍令域钧令，每个炎蠲熊毫滤砖 簸密惫篷太缝，经睾禳迩奄逛大约楚後，霹双魏额定魄篷懿蘩 激漶遴蠢鸯效鹣瓷邀。太辍憩魄滚维转瓣转羧效率，攀菇疆太鞭链彀滤隽 ，雾晶礁太粥熊电池为，非繇硅太湖熊魄浊釉化含物半导体太阳 能嗽瀚（，等）莛。 薷电池及麒充电特性。胁删 储麓装鬟楚太阳熊光饫发电系统的鬟簧缀艘部分，笼英鼹独蠢的太戳能光伏 发毫系绞运移跨，德能环繁凳楚黪不霹少豹绦液部努，一般寒说，是天毙太鞠怒 转传麓电糍，通过宠魄器翻蒸电漶把魄髓德雾起塞，魄土孬遴过放电嚣把德存嶷 鬻惠池燕麴嫩能放蛙：来进霸遗送搜用。掰见，豢魄漶是太阉憩光铰链戆的核心器 件。 鬻瞧濑属予电傀举电漶，它觳化学中的裁化还骠所释放蹬来酶熊量蠹接转变 凳蠹流瞧裁。蓍瞧涎囊孽经鼹臻耩蠢： 容鬃袭零嚣懑法袭态满耄酌繁况下豹镑纛多少，禳放电毫浚与墩电时愆 鲍黎积来袭承，雄位为安对（）。 （）放嫩率袭零放电至中止的电流大小竣时黼快慢。可以用放嘏电流栗表永， 也爵戳用放嘏时阉柬袭示。铡如，一个鹩蓄漱涟，充满之嚣戳瀵流 教敷，经避麓迭穰敖穗巾盎魄垂，救瞧率蓉戳魄浚柬袭承为。攀，羲茨 第章太磁能电泡教簸漉充电系统 放电时间来表示则为放电率。 国功率与比功率鬻电池的功率指蓄魄溉在一定放电奉发下，单位时间所能 给爨戆羹豹丈夺，莘霞必颚瓦或（手嚣）。攀往覆量蓄鬯淑爱耱绘窭豹功率 称为比功率，单位为或，：功率也是蓄电池重要的饿能指标之一。 （）放电电流就是鬻电池的输出电流，它除了用安培来表承外，通常也用蓍 电池的容量乘以某个系数米表示。例如对予?的蓄电池，的放电电流的 实瓣袋为。 （）放电孛止宅匿袭承蓄电洼不允许搏放出电熊时的电送，通常为攀 格。 （）自放电率蓄电池在不用时其内部也会消耗能量，一般以天来表示。 我国还没有用于太阳姥光铰发电系统黪专用蓄电灌，大多馊耀零援的铅酸蓄 毫漶。镪酸蓄毫渣有葜逸赞低廉、缓用麓肇、维穆方便，蘸秘籽率富等往赢。下 面以锚酸蓄电池为例分析其充电特性，它在充电过程中表现出非常复杂的输入特 性，以一定的电流充电时，其端电压表示如下； 单一 蔑巾，为充毫辩嚣壤泡的端电压（），矗吼为正援扳遭嘏键（），为 负极掇过电位（），为充电电流（）。为莆电池内阻（）。 一般蓄电池的过电倪和内阻很小，蓄电池的容量和寿命是蓄电池的主要参数， 它们受充电方法的影响缎犬。镑酸蓄电池盼究嘏电流与端电压隧宠呶时闻变化静 夔线鲡下翟。： 从图中可以看浅，在充电开始对，电池电压逐步上升，巍电池电压达到设 定的恒定值时，充电电流逐渐减少而电压值保持不变。充电策略对于蓄电池非常 重要，一个优化的充电鬣略可以提高蓄电池的性能和寿命；反之，个不合理的 充魄繁赂会常显著豹辫氛蓄电逡霹爰骞爨辩镬躅寿鑫。 基于单片机控制的太阳能逆变电源研究 箍 克 鼍 电 。 一 。，。 拟 雌 竞 鼍 凳荔；嚣； 、 柏 竞电电 、 竞毫片癣 ） 。 图蓄电池充电特性曲线 随着电储能技术的发展，越来越多新的储能方式出现，例如锂电池、燃料电 池、超级电容储能、超导储能等。镍氢蓄电池、燃料电池以其无污染的特点将成 为未来太阳能光伏发电系统的主要伙伴。 直流充电器设计 主电路原理 太 阳 能 电 池 板 蓄 电 池 图充电电路原理图 第章太能电池板直流充电系统 图所示，利用电阻分压得到太阳能电池板输出电压检测信号。和蓄电池 端电压检测信号。，将检测信号送到微处理器进行模数转换，控制开关管 对蓄电池进行充电控制及蓄电池充放保护。 主电路拓扑如图所示，由太阳能电池组件、电感、开关管、二极管、 电容器和负载构成。当负载为蓄电池时，就构成了蓄电池充电电路，将蓄电池直 接接在电路的输出端，通过调节蓄电池的端电压实现蓄电池的充电控制，使 用单片机智能控制方法，可以实现蓄电池的智能化充电控制和充放电能量管理。 图电路拓扑图 蟾 工作原理：电路以电感电流源方式向负载放电，实现负载电压升高的目 的。电路控制过程如下：当图中开关管在导通时，电路等效电路 如图（），电源只向电感供电，在电感线圈未饱和前，电流。线性增加，电能以 磁能形式储存在电感线圈中，此时负载供电靠电容放电，上流过电流。， 两端输出电压。的极性为上正下负。由于开关管导通，二极管阳极接电源。的 负极，二极管承受反压不导通，所以电容不能通过开关管放电。当图中开关管 关断时，电路等效电路图如图（），由于线圈中的磁场将改变线圈两 端的电压极性，这样线圈磁能转化成的电压。与电源。串联，以高于电源电压 向电容、负载供电，电容器流入充电电流，当。有降低趋势时，电容向负 载放电，维持。不变。由于，向负载供电时，。高于。，故称它为升 压变换器，工作中输入电源供电的电流是连续的，但流经二极管，的电流却是脉 基于单片机控制的太阳能逆变电源研究 动鹣，由手有熬存在，负载土毫滚。仍然是连续戆。 厂一一 翻 秭 豳电路工作过程 羚蕴交换器竣邂表达式为 驴击。丢。 式中，为歼关控制周斓，时为每个羧颥周期内开荚的持续关断辩游，为 开必管导通的婀空比。 电路霹将太辍毙魄滚输出毫垂进纷拜褰交换，茨效率较高，魄路结构积 控制也较为简荤。如将太阳髓电泡板直接接到电路输入端，可以进行太阳能 电池的最大功率点跟踪。 。，蓄毫洼兖惫控裁策臻熬分磐 在对蓄电池宽电设计时，即要考虑太阳能电池的输出特性，又要考虑蓄电池 的特性。太阳能电池直流充电系统工作在充电状态时，方面希望能保持太阳能 第章太翻能电毂薇懿流充电系统 电池输出功率最大，一方丽又要考虑到蓄电池在不同电量时的电流接收能力因 此，究电电路采取蹲种不阏的策略综合对誉电池进行充电控制。鬻电浊充电过程 分兔瓷器抉速宠龟过程、囊疆浮充除段： （）当蓄电池缺电的时候采用恒定电压控制策略，调节开关镣脉宽变化使得系 统成为一个稳压器，即电池扳的输出工作点总稳定在二附近。在一定条件下近似 于最大功率点跟踪（）控制，即在快速宽电阶段要尽可能充分利用太阳能电 洼鬏激大霹戆懿羧蹬笺爨。这嚣侯蓍电遗黪受恕戆力魄较强，攀签荔蒺蓼。抉邃 充电筲珏达到蓄电泡麴弱额定容羹。 （）为保护蓄电池不过充，在快速充电麓容量后，转为浮充阶段即 恒压宽电（电压门限值为：浮充电压值设为），以适应充电后期蓄电池可 接受宠电电流的减，、，当浮充电压值与蓄电波螭泡压扭等时自动俸充。 辩除段式僵莲充逛耱瞧妇下圈。嚣示： 嘲蓄电池两阶段式慨厩充电特性 蘩瞧缝充电挖裁凌程潮热下： 基于单片机控制的太阳能逆变电源研究 图蓄电池充电控制流程 实际试验中电路图如下所示：电路主体由太阳能电池板，功率 管，二极管，和蓄电池构成，即是一个标准的升压斩波 器。电路中的，为二极管的吸收回路：，与，构成功 率管的关断吸收回路；，。，构成功率的开通吸收回路； 为限流电阻，为补救恒压充电的缺点；表示单片机输出的脉冲电压， 控制功率管开通和关断对蓄电池进行充电。 第章太能电浊叛直流兖魄系绫 鼙 童 掣 簟 吁 托 嘲实际充电电路图 基于荤片梳控制的太阳锈邋变电源研究 第章逆变系统 太阳能逆变电源的设计要求 逆变电源憝独立太阳能光茯发电系统中重要的器件之一，太阳缝逆交系统对 逆变电源要求较高，主要有以下几点： （）要求具寅较瘫的效率。出于太阳熊电池援豹价格偏离，为了最大限度地利 用太阳缆电池投，摄离系统效率，必须设法提高逆变电源的效率。 （）要求其有较高的可熬径。瞬前独藏太阳能光伏发电悉统主要应用予边远媲 嚣，难娃维护，这就要求邋变电激具有会遵熬瞧路结构，严掇的元器俘选择，势 要求逆变电源具备鑫种保护播施，如蓄电池充放电保护，系统短路保护、过流僳 护、过载保护等。 移）要求慰囊瀛猿入电悉寿较宽豹适斑范溺，由予太靼熬电池扳壤癌端电压隧 负簸和目照强度瓤变化，蓄电池缀然对太阳能电池板的输爨电压具肖籀使作用， 德由于管电池的端电压随鬻电池剩余容鬣和内阻的变化而波动，特别是渴蓄电池 纛纯对荚溃电援豹交纯蔻溪缀丈，铡热熬蓉邀瀵，其漩毫压哥褒一 之闻变化，这裁要求逆变电源必须在较大约直流输入魄聪范疆内保诞能歪常工作， 并保证交流输出电聪的稳定。 邀变主鬯路架构及鞠雒 递交圭电路舞矜结擒奎黉鸯垒桥、率褥、攫挽等络镌。半耩绩梅圭豢蘧予酶 聪电路；推挽浅电路需要大容量的功率管，而大容量的功率 管价格比较暴燮，并且需要设计濑感渣放遴路。综合考虑，奉文所设计翡太阳熊 邋变彀源采丽众轿绥梅。 驻过图我们可知，逆变电源主要妇全桥逆变电路、黼频升愿变压器、周波 交换嗽路及输离滤波器誊每成。功率管、构成全桥逆交， 掰子狡镪每个歼关弼颓传递到变压器翮边的壹流毵量。疰予逆交奄鼹翡稀式结擒， 锼逆变器中的漏感能量具有了泄放通道，降低了功率管的电压威力；崭 第章遂交袭绞 频升膳畿聪器具有电气隔离、调整电压变比和储黼的作用，把电聪提黼到系统需 要熊嘏雉等级；毫慧、彀容稳成输窭：滤波器，其俸爱是滤豫逆燮输爨 渡孛戆离凌港滚分量，麓徐邀惫基波形蓬弦缘；滤滚毫銮毫援羧灏镶号魏、滤渡 遣惑彀滋梭溺痿号送翔徽处理器迸簿模数转羧势霹递交系缆避锤翔繇控弱。 辩 爨。递交主邀黪辐棼黼 獠， 邀巍控制方式瑚?龇删 嬲予逆变电路要求输浅啦愿先正弦波电聪。瓣输是瞧莲鲍谐波含爨要求尽 麓夺，帮鼙瓣舔窭逮嚣遂褥羧懿，疆霉羹浚澎绕囊辩歪弦滚毒悉。蕤藩遴交惫爨 控潮穷法露采霜按粼撬零，（ ）法怒耱魄较裁熬 的、目前使用较广泛的法采样控制壤论巾的肖一个重蒙络论中鬣相等而 形状不劂的窄脉冲加在其肖惯燃的环节上时，其效聚基本相同。法就是以 该缝论为瀵埝墓疆，翅躲狰赛壤按囊弦壤簿变热麓秘正弦渡等效的渡影帮 渡形菠裁遂变惫鼹率歼笑器舞弱逶凝，健葜羧篷懿蒎羚毫派魏嚣羧与辑豢 鏊输懑鹩菠弦波在糖瘦嚣鹣内鹣覆积籀等，遴避敬变清裁波豹皴攀粒幅俊嬲可调 节逆炎电路输出电压的频率荆幅值。 波形的生成磷以掰攘攘邀子电鼯、数字瞧子电路或专爝的大溪模集成 毫鼹蕊黪等疆擎实凌，毽掰塔趱徽墅谤雾撬逶澄敬耱釜或滚蓐。京鼗毫子 蔹零遨瀵黢矮麓今天，兔激瓤海纂蘧熬数字控测方法爨菱薮入嬲耩袋缡，鬟遗了 多种波形的软件生成方法，例如自然样法（ ）、规则采样 基攀片撬控翻弱太阳糍道变电源研究 法（ ）、指定谐波消除法（ ）等。 本义采用蛇控俸技术为单极性三角波对称规则同步采榉法，这是对规 翔采襻法豹算法改遴，冀采群效采接近自然采撵法，又不盛藏费过多诤算嚣溺。 这种改谶型对称规则算法的精度，明显高于传统对称规则算法的精度，同时由于 采用了同步取样，每半个周期中各脉宽的一致性得到保证，脉宽中心线为等间隔， 极易用微机实现，并且脉宽系数可以控制。适渴调整各脉宽系数义研控制 波形孛豹谐波魏揠蓬分霉。瑟会绥其蒙理： 强所示的单极性三角渡对称规则同步采样法，采用单极栋三角波并以三角 波中心线与正弦波交点作一水平线，从而得到与三角波的交点、，并以此决 定脉宽。这时，由于、两点座落在正弦调制波的两侧，因此减少了脉宽生成误 差，掰褥斡波形也裁趸准确。 ，捌 。， 正臻奠 弋 目 一船链 亍 图单极性三角波对称规则同步采样法 城黼 全携递交控裁方式圭癸分兔双援毪控裁方式秘单叛缝控翻方式。双辍瞧控麓 是对角的一对开关为同步歼关，桥臂上下管之阅除死区时间外为甄补开关，控制 相对简龋，但是这种控制方式的开关损耗高，存在很大的开关谐波，电磁干扰大， 在歼哭频率相同时，双极性控制的产生的正弦波中的谐波盘嫩比单极性控 制产生豹正弦渡孛的蓦波含量大。露攀投瞧控翎裁霹竣缀鲑缝鳝决这些蠡霉 题。荦极性控制饺弱一对麓频歼关，褶对于双极性控制其有歼关损耗低，电磁干 扰小、冤丁关频率级谐波镣优点。因此本文采用的全桥逆变控制方式为单极性 第章逆变系统 控制。 缸衄 鹜攀缀性调制方法爱渡形 采嚣琢理及诗算公式：为绦涯主电路弹关器孛豹安余工挥，必绥使掰调割的 脉冲波有个最小脉宽与最小闻隙的限制，馘保证脉冲宽度大于开关器件的导通时 间。与关断时湖。这就要求参考信号的幅值不能超过三角载波峰慎的某一百分 数（稼为藜要孬努数）一般定义调裁凄（ ）为 。坠 蜘 （） 式孛。释。分嗣秀燕弦灞翻渡参考信号与三热载波鹣峰售?褒理憨馈嚣下 可在之间变化，以调节输出电压的幅值，实际上总是小予的。 出援则采样法定义和图所示计算： 第个矩形歉冲的宽度为 。一 ? （） 式孛蔻三麓载波豹蹋麓。 假设把半个讴弦波等分，在半个周波内有个脉冲，各脉冲不等宽，但中 心瓣蓬是一样熬，都为吾耐，等子三热载波的蠲期? 基予攀片辊控制的太阳辘瀵燮电源研究 令第个矩形脉冲的宽度为 其中心点相位角为；，由图上可以看出，；角 可以霹像； 瓴：三卜三三：一 （） 因输出电压波形（）讴、负半波及其左、右均对称，是一个奇次周期函数，按 傅氏级数展开可表示为 啪。荟“幽，、扣 其中 知访硒 （） 要裁令矩影辣？串获代袭瓣霞入上式，妊须求褥霉令辣洚瓣麓始与终壹穗 位角。假设所需全桥逆变电路输出的正弦波电聪幅值为。，受根弼矩形脉冲的面 积与该区段正弦曲线下面积相等的原则，可琏似写为 素。豳 蔽第个矩形脉狰的宽发。为 （?） 可 繁个矩形辣串懿越戆稳使舞爻 ；一。百一争 其终止相位角为 ，三；坠嚣三； 将起始和终止相位角代入。中，可得 替 第章逆搬系统 。罢羹麟吣州 。警萎汹莩，争哇， 故 瞧， ， 啪薹鲁扣仪孕予咖和吲（， ； 【代入式（），可以得到输出嘏压静基波嘱俊，当半个厨麓内矩形脉 冲数不是太少时，各脉冲的宽度；都不犬，可以近似地认为鲁叁，因此 一半驴掣辩 ， 嚣霓输出基波邀基幅篷，。等顼熬宽。骞正磁豹关系。说明调繁参考痿号 的幅俊从而改变备个脉冲的宽度时，就实现了对逆变电路输出电压基波幅值的平 滑调节。计算结果还表明，这种输出能够有效地抑制次以下的 低次渗波，夔存褒鑫次谐波龟疆。 在数字控制中用单片机产缴波形正是基于上述的采样原煺和计算公 式。对于闭环控制的逆变电源，为了使输出