论文-光伏并网发电模拟装置

1、光伏并网发电模拟装置摘 要单相光伏并网发电系统的功能是将太阳能电池阵列输出的直流电变换为交流电，经滤波后送入电网。本设计在进行了充分的方案对比及论证后，确定光伏并网逆变器主要由dc-dc变换器和dc-ac逆变器两部分组成，之间通过dclink连接。dc-dc变换器采用buck结构，dc-ac部分为正弦波全桥逆变器，控制电路的核心采用stc125a32ad单片机。其中dc-dc变换器完成最大功率跟踪控制(mppt)功能，dc-ac逆变器维持dclink中间电压稳定并将电能转换成50hz的正弦交流电，且与电网的相电压同频和同相。经测试光伏并网发电模拟装置的mppt功能、频率及相位跟踪功能、欠压保护

2、及过流保护功能等，已达到设计的基本要求及部分发挥项要求，同时增加了显示功能。 关键字：dc-ac逆变器；buck变换器；stc125a32ad单片机；spwm 一、方案论证1dc-ac逆变器逆变方案方案一：方波逆变器，即每半个工频周期内只输出一个脉冲，则其输出波形为方波。其拓扑结构主要有推挽式和全桥式。方案二：正弦脉宽调制spwm逆变器，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调制（spwm）规律，则输出为正弦波。其拓扑结构主要有半桥式和全桥式。方案的选择：方案一电路虽然结构简单，但输出的电能质量较差，音频噪声较大。方案二系统的动态响应特性好，音频噪声得到改善。光伏发电系统并网运行

3、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。故选择方案二的全桥式正弦脉宽调制spwm逆变器。2mppt功能实现方案方案一：pwm控制boost变换器，利用调节pwm占空比，使。方案二：pwm控制buck变换器，利用单片机控制调节pwm占空比，实现光伏电池的最大功率输出。方案的选择：方案一是光伏并网逆变器中常用的最大功率点跟踪电路，但在本设计中由于光伏电池内阻较大，实现mppt功能较困难，需增加辅助电路，而方案二易于达到设计要求且结构简单，故采用方案二。3提高效率及抗干扰能力的方式方法本系统的工作损耗主要有：mosfet导通损耗、mosfet寄生电容损耗、开关交叠损耗、pwm控

4、制器及其启动电阻损耗、输出整流器件损耗、箝位保护电路损耗、反馈电路损耗等。其中前三个损耗与频率成正比关系，即与单位时间内器件开关次数成正比，采用适当的开关频率及恰当的元器件可以适当提高效率。为提高系统的抗干扰能力，在buck变换器及dc-ac全桥逆变器的控制电路中分别增加了光耦隔离电路。二、系统总体框图光伏并网逆变器总体框图如图1所示。 图1 总体框图三、电路设计与参数计算1dc-ac全桥逆变器电路如图2所示，功率mosfet电流额定值的选取，一般应选择3倍裕量，本设计中4个mosfet型号为k1358，其驱动电路采用ir2108芯片驱动。图2 全桥驱动电路2buck降压斩波电路电路如图3所示

5、，buck降压电路输入端电压，通过调节占空比使电压。buck降压电路的输入输出间关系由下述公式确定： ， 导通占空比参考范围为01。为使电流脉动小、稳压效果好， 取较大的l、c值。图3 dc-dc buck降压电路3滤波器设计逆变器输出滤波器采用lc低通滤波器。已知滤波器截止频率，经计算可知逆变器的负载，特性阻抗取，选，则滤波器电感量与电容量的参考值为：4控制电路设计及参数计算控制电路由采集电路，电压/电流调理电路，单片机系统及spwm波产生电路组成。采集电路采集系统主要采用电压比较器lm393芯片构成（见附录图1）。采用+5v和地作为正负参考电压，分辨率能达到，能够满足系统要求。电压/电流调

6、理电路由于辅助电源输出电压为15v，stc125a32ad单片机的ad采集电压在0+5v，因此需要设计电压/电流调理电路，如图4所示。图4 5v工作电源电路单片机系统单片机系统采用stc125a32ad单片机。单片机作为控制电路核心部件，实现了数据采集、控制算法、欠压保护、显示等功能。主程序流程图如图5所示。图5主程序流程图数字pwm波及spwm波产生电路数字pwm波产生由74系列逻辑电路组成（见附录图3）。通过单片机发送控制字实现对主电路中开关元件的控制，从而达到调压的目的。pwm波产生电路采用两个16进制的计数器串联，可实现256个计数值，因此pwm波可达到的分辨率，能够满足系统需求。数字

7、spwm波产生原理与pwm波相似，每半个周期内有多个脉宽组成，并且脉冲宽度符合正弦波调制（spwm）规律，经滤波后即可输出为正弦波。5. 过流保护电路的设计 由mos的检测过流进行保护，如图6所示，因为： ，当增大时，也随之增大，当栅极电压为高电平，且为高，过流情况发生，此时与门输出高电平，将过流信号输出，控制调制电路断开mos的输入，达到保护电路的目的。图6 过流保护电路五、测试方法与数据1. 测试方法测试dc-ac变换器的输入电压，用滑线变阻器模拟和在3036范围变化,利用电压表测量负载电压。dc-ac变换器效率：保持，测量dc-ac变换器输入端电压和电流，输出端电压和电流，通过公式计算效

8、率。当在45hz到55hz范围内变化时，用示波器观察与波形是否同频同相。欠压保护测试：调节buck电路的占空比，使=25v0.5v，测量负载电压以判断保护是否动作。再调节buck电路的占空比使=0v,观察是否具有自动恢复正常工作的能力。过流保护测试：减小负载电阻提高负载电流达到1.50.2a，测量负载电压以判断保护是否动作。再增大负载电阻观察是否具有自动恢复正常工作的能力。2. 测试仪器：电压表，电流表，示波器。3. 测试数据：mppt功能测试测试结果见表1。表1 mppt功能测试结果电源电阻（）负载电阻（）（v）(v)30-3630-3630.329.8同频同相测试测试结果如图7所示。图7同

9、频同相示波器显示图dc-ac变换器输入输出电压电流测试输入输出电压电流测试结果见表2。表2输入电压（v）输入电流（a）输出电压（v）输出电流（a）30.00.9021.10.83dc-ac变换器的效率为： 过流保护测试：减小负载电阻提高负载电流达到1.50.2a，测量负载电压以判断保护是否动作。再增大负载电阻观察是否具有自动恢复功能。六、测试结果分析经测量，各项指标均达到基本要求，部分指标达到发挥部分要求。其中mppt功能，频率、相位跟踪功能，变换器的效率，欠压保护测试，过流保护测试等均已达到任务的基本要求。七、总结与思考经过我们四天的不懈努力，本设计较好的完成了题目的基本要求和部分发挥项目。

10、在保证一定效率的情况下，完成了mppt的控制，dc-ac的转换功能及同频、同相信号的控制，还增加了液晶显示功能，并对设计的最终数据结果进行了测试和分析，保证了较低的失真度。八、附件（电路图及设计文件）附件1 完整电路原理图附件2/* 程序实现dc_dc模块的pwm控制，并实现欠压，过流保护*/#include stc.hunsigned char data_show4;unsigned int ad_data;sbit errorled=p20;#define on 0#define off 1void delay(unsigned int d)unsigned char i=20;while

11、(d-);/while(i-);unsigned int ad(unsigned char channal)p1asf=0x01channal;adc_contr=0xe0 | channal;delay(5);auxr1=auxr1 | 0x04;adc_contr=adc_contr | 0x08;while(!(adc_contr & 0x10)&1);adc_contr=0;return adc_resl+adc_res*256;void init_uart(void)tmod=0x20;th1 =0xf3; /4800附件3/* 程序实现spwm生成和频率相位跟踪*/#include

12、 stc.hsbit ctrl=p20;code unsigned char sin_50=127,130,134,137,141,144,147,151,154,157,161,164,167,170,174,177,180,183,186,189,192,195,198,201,203,206,209,211,214,216,219,221,223,225,227,230,232,233,235,237,239,240,242,243,244,246,247,248,249,250,251,251,252,253,253,253,254,254,254,254,254,254,253,25

13、3,253,252,251,251,250,249,248,247,246,244,243,242,240,239,237,235,233,232,230,227,225,223,221,219,216,214,211,209,206,203,201,198,195,192,189,186,183,180,177,174,170,167,164,161,157,127,124,120,154,130,134,151,147,144,141,137,117,113,110,107,103,100,97,93,90,87,84,80,77,74,71,68,65,62,59,56,53,51,48

14、,45,43,40,38,35,33,31,29,27,24,22,21,19,17,15,14,12,11,10,8,7,6,5,4,3,3,2,1,1,1,0,0,0,0,0,0,1,1,1,2,3,3,4,5,6,7,8,10,11,12,14,15,17,19,21,22,24,27,29,31,33,35,38,40,43,45,48,51,53,56,59,62,65,68,71,74,77,80,84,87,90,93,97,100,103,107,110,113,117,120,124,;unsigned char i;void init_uart(void)tmod=0x20

15、;/*th1 =0xfc; /15625 tl1 =0xfc; th1=0xe6;/28800tl1=0xe6; */th1=0xfb;tl1=0xfb;/150000 scon=0x50;pcon=0x00;附件4 /*本程序完成液晶的文字显示，频率和相位跟踪*/#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuint read1543(uchar port);/读取ad数据 void delay(uint dd) while(dd-); void uartinit() pcon=0x00; scon=0x50; t2con=0x30; rcap2h=0xff; rcap2l=0xfb; /4800,0x64; 9600,0xb2;12500,0xc4;25000,0xe2;15625,0xd0;28800,0xe6；0xfb,150000 tr2=1;/ ip=0x10;/串口中断优先级最高/ es=1;/ ea=1;