《基于单片机的光伏发电逆变器设计》11000字（论文）

第4章光伏发电逆变器的软件部分与仿真第4.1节STC89C51单片机的主要部件与功能本次设计中的控制单元部分采用了STC89C51，其基本结构如图28所示。图28STC89C51的基本结构单片机的主要部件与功能如表4所示：表4单片机的主要部件与功能主要部件功能中央处理单元CPU8位数据处理、位操作片内4K程序存储器FlashROM存放程序、一些原始数据和表格随机存取存取器RAM(256B)存放可以读/写的数据并行输入/输出口I/O(32线)用作系统总线、扩展外存、I/O接口芯片串行输入/输出口UART(二线)串行通信、扩展I/O接口芯片两个定时器/计数器T(16位增量可编程)计数满时向CPU中断时钟电路内部振荡器、外接振荡电路中断系统五源中断、两级优先，可编程进行控制该单片机具体有40脚PDIP、44脚PLCC等样式，有32/36个通用I/O口。其外形封装图如图29所示。图29STC89C51的封装第4.2节主程序流程图主程序流程图如图30所示。图30主程序流程图它负责的是实时性要求低的功能。其主要步骤是：主程序开始后，首先进行初始化设置，其次判断是否按下开机键，进行启停机判断，然后进行数据采样，故障检测与保护以及等待中断等。第4.3节单极性SPWM的仿真模型在本次仿真中使用了MATLAB下的Simulink工具，可以通过现有的模块搭建模型。本次设计的仿真模型如下图所示。图31全桥逆变单极性SPWM的仿真模型仿真结果如图32所示。该图符合单极性调制输出波形图，所以本仿真模型的搭建是正确的。图32单极性调制仿真输出波形图第4.4节编程实现SPWM如果想通过单片机实现该过程，需要通过编程来实现。参数设计如下：正弦波的幅值、频率分别是250、50Hz，而三角载波的幅值、频率分别是250、1000Hz，仿真步长50μs。编程原理：储存一部分正弦波后与形成的三角波进行比较，在前者更高的情况下将高电平输出。正弦调制波实现：首先在“SPWM”矩阵内存储正弦波瞬时值，因为正弦波的周期是20ms，那么正弦波矩阵长度是=20ms50μs=400。正弦波的幅值设为了250，在0-250之间取100三角载波实现：设置一个变量等于0；然后设置一个flag变量分析三角波的变化状态(向上增还是向下减)；在初始值从0增至250的情况下，则flag=0；然后继续向下减小，在降至-250的情况下，flag=1；然后继续增加，按照这种方式可以得到对应的三角载波。变化幅度：三角载波的频率是1000Hz，对应的周期是1ms，在本次设计中的仿真步长设置为50μs，那么一个调制波要取1ms50μs=20个点，将一个调制波周期分成4等分，每等分瞬时值的变化幅度为250，那么三角载波的瞬时值为每次250204具体的程序设计详见附录部分。第5章结论第5.1节论文工作总结本文通过对光伏发电逆变器进行的原理性分析，以STC89C51单片机作为控制器针对全桥光伏并网逆变器进行了设计，详细介绍了硬件以及软件部分的具体设计过程，然后利用MATLAB的Simulink平台搭建了单极性SPWM仿真模型进行测试，验证了仿真的可行性，并且编写了实现SPWM的程序。第5.2节存在的问题与改进工作本文的设计方案中存在以下几点问题，需要进一步的研究与改进：(1)MPPT控制电路。本设计以直流稳压电源和电阻作为模拟光伏电池，因此没有详细阐述太阳能电池的实际电路以及MPPT控制电路。后续硬件设计的控制电路部分需要补充研究MPPT控制电路。(2)采样电路。采样电路可划分为多个部分，有直流侧电流、电压采样以及交流侧电流、电压采样电路。这些电路比较常用的方法是使用霍尔传感器，由于时间和学识水平等方面的限制，本次设计没有对采样电路进行研究与说明，后续对采样电路需要进行研究，对本设计的硬件电路进一步扩充。(3)孤岛效应。本设计没有研究孤岛效应及其防治策略。在实际应用中，为了确保整个光伏发电系统的正常运行，有关孤岛效应的防治是必需的。参考文献杨金焕,陈中华.21世纪太阳能发电的展望[J].上海电力学院学报,2001,17(4):23-28.王文军,庄贵阳.碳排放权分配与国际气候谈判中的气候公平诉求[J].外交评论:外交学院学报,2012(01):76-88.罗运俊.太阳能利用技术[M].化学工业出版社,2005.林勇.太阳能光伏并网发电系统[J].上海电力,2005(01):49-53.曹勇,刘万兵,王庆勇.光伏发电逆变器工作原理及控制[J].自动化技术与应用,2013(12):119-122.陈杨波,郑和.离网光伏系统中市电切换的应用[J].机电信息,2009(24):102-103.吴理博,赵争鸣,刘建政.太阳能光伏发电中的电力电子技术应用[J].变频器世界,2004,000(003):14-16.董金福.逆变器在光伏发电系统中的应用[J].城市建设理论研究(电子版),2013,000(004):1-3.王章权,张超,何湘宁.瞬时电流控制策略在光伏并网发电系统中的应用[J].电气应用,2007(04):58-60.蹇芳,李志勇.光伏逆变器技术现状与发展[J].大功率变流技术,2014,000(003):5-9.黄寻.光伏并网逆变器发展情况概述[J].新材料产业,2011,000(011):72-75.韩启明.中国光伏市场前景可期[J].国家电网,2014,000(001):25-25.江华,金艳梅,叶幸.中国光伏产业2019年回顾与2020年展望[J].太阳能,2020,No.311(03):16-25.那觅静.华为光伏布局有变亚洲市场成为磁企出海重点[J].磁性元件与电源,2019,000(008):P.66-66.杨锋.论国际贸易中的"搭便车"反垄断诉讼——以中国光伏企业在美遭遇反垄断诉讼为素材[J].价格理论与实践,2016,000(002):57-60.陆虎瑜.光伏发电系统中的逆变器[J].太阳能,1997,000(003):9-10.董密,罗安.光伏并网发电系统中逆变器的设计与控制方法[J].电力系统自动化,2006(20):101-106.陈强,徐晨峰.浅谈逆变器的分类及主要技术性能[J].科技展望,2016(25).王燕,谢志远,聂恩旺.分布式发电及其并网逆变器拓扑结构的发展现状[J].中国电力教育:上,2006.吴学智,尹靖元,杨捷.新型的无隔离变压器单相光伏并网逆变器[J].电网技术,2013(10):2712-2718.孙园园.光伏并网逆变器MPPT技术研究[D].南京航空航天大学,2010.楚斌.IR2110功率驱动集成芯片应用[J].电子工程师,2004,30(10):33-35.附录生成SPWM波的程序如下：#include"reg51.h"#defineucharunsignedcharucharcodespwm[]={0,3,7,11,15,18,22,26,30,33,37,41,44,48,52,56,59,63,66,70,74,77,81,84,88,91,95,98,102,105,108,112,115,118,122,125,128,131,134,138,141,144,147,150,152,155,158,161,164,167,169,172,174,177,180,182,184,187,189,191,194,196,198,200,202,204,206,208,210,212,213,215,217,218,220,221,223,224,225,227,228,229,230,231,232,233,234,235,235,236,237,237,238,238,238,239,239,239,239,239,240,239,239,239,239,239,238,238,238,237,237,236,235,235,234,233,232,231,230,229,228,227,225,224,223,221,220,218,217,215,213,212,210,208,206,204,202,200,198,196,194,191,189,187,184,182,180,177,174,172,169,167,164,161,158,155,152,150,147,144,141,138,134,131,128,125,122,118,115,112,108,105,102,98,95,91,88,84,81,77,74,70,66,63,59,56,52,48,44,41,37,33,30,26,22,17,15,11,7,3,0,-3,-7,-11,-15,-18,-22,-26,-30,-33,-37,-41,-44,-48,-52,-56,-59,-63,-66,-70,-74,-77,-81,-84,-88,-91,-95,-98,-102,-105,-108,-112,-115,-118,-122,-125,-128,-131,-134,-138,-141,-144,-147,-150,-152,-155,-158,-161,-164,-167,-169,-172,-174,-177,-180,-182,-184,-187,-189,-191,-194,-196,-198,-200,-202,-204,-206,-208,-210,-212,-213,-215,-217,-218,-220,-221,-223,-224,-225,-227,-228,-229,-230,-231,-232,-233,-234,-235,-235,-236,-237,-237,-238,-238,-238,-239,-239,-239,-239,-239,-240,-239,-239,-239,-239,-239,-238,-238,-238,-237,-237,-236,-235,-235,-234,-233,-232,-231,-230,-229,-228,-227,-225,-224,-223,-221,-220,-218,-217,-215,-213,-212,-210,-208,-206,-204,-202,-200,-198,-196,-194,-191,-189,-187,-184,-182,-180,-177,-174,-172,-169,-167,-164,-161,-158,-155,-152,-150,-147,-144,-141,-138,-134,-131,-128,-125,-122,-118,-115,-112,-108,-105,-102,-98,-95,-91,-88,-84,-81,-77,-74,-70,-66,-63,-59,-56,-52,-48,-44,-41,-37,-33,-30,-26,-22,-17,-15,-11,-7,-3};ucharcount=0,i=0,flag=1,j,F,Ts;voidmain(void){TMOD=0x02;//设置定时器工作模式F=50;//设置spwm波频率Ts=2500/50;//根据频率计算步长，在这里是单片机触发中断的时间TH0=(65536-Ts)/256;//周期50μs触发一次中断TL0=(65536-Ts)%256;//打开定时器中断EA=1;ET0=1;TR0=1;//机械闲置时所执行代码while(1);}voidtime0()interrupt1{if(count<=spwm[i])//先进行载波与调制波的比较{p3=0x00;for(j=5;j>0;j--);//延时5μs产生死区p2=0xff;}if(count>spwm[i]){p2=0x00;for(j=5;j>0;j--);//延时5μs产生死区p