并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(文件)

　

【正文】 準(zhǔn)給定而且要求輸出的電流與電網(wǎng)電壓同頻同相，所以市電相位跟蹤是不得不解決的問題。當(dāng)測量交流電量時(shí)，需要使 用峰值保持器，整流橋的壓降通過軟件來補(bǔ)償。 其輸入輸出仿真波形如圖 圖 方波為輸出波形，正弦波為輸入波形 AD 采樣電路 本次設(shè)計(jì)需要測量的電量有電流和電壓。 由 )(21 ??? VC CQC g 得： 41)(72*21 ????C nf 因此自舉電容應(yīng) 47nf。自舉二極管采用高速開關(guān)二極管 FR301，由于沒 有能購買到此二極管，作用 2N4248 代替。（ gQ 為 IGBT 充分導(dǎo)通時(shí)所需要的柵電荷） 。當(dāng) HIN 為低電平時(shí)， 2MV 開通， 1MV 斷開， 1S 柵電荷經(jīng) 1gR 、 2MV 迅速釋放， 1S 關(guān)斷。圖中 1C 、 1DV 分別為自舉電容和二極管，2C 為 VCC 的濾波電容。由三個(gè)部分組成：邏輯輸入，電平平移及輸出保護(hù)。具有獨(dú)立的低端和高端輸入通道；懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達(dá) 500V， dv/dt=177。 因此， 由單片機(jī)發(fā)生的 SPWM 波不能直接驅(qū)動(dòng)逆變橋工作， 第 21 頁 共 50 頁 必須經(jīng)過帶有電磁隔離的驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)逆變橋工作。（如圖 ） 圖 SPWM 發(fā)生電路 其工作原理： 由單片機(jī)的 PD4引腳（即 OCR1B）來輸出單極性 SPWM分別輸入兩個(gè)與非門 （ U2:B、U2:A），而 PD7 則 SPWM 輸出 控制 (OCR)，讓兩個(gè)與非門輪流輸出 ?180 的 SPWM 波型。但是， SPWM 的載波頻率除了受功率器件的允許開關(guān)頻率制約外，開關(guān)器件工作頻率提高，開關(guān)損耗和換流損耗會(huì)隨之增加。提高載波頻率可以使輸出波形更接近正弦波．但載波頻率的提高受到功率開關(guān)器件允許最高頻率的限制。因此，在采用同步調(diào)制方式時(shí)的低頻段，希望盡量提高載波比。調(diào)制信號(hào)半個(gè)周期內(nèi)輸出的脈沖數(shù)是固定的，脈沖相位也是固定的。當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率增高時(shí)，載波比 m就減小，半周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少，輸出脈沖的不對(duì)稱性影響就變大，還會(huì)出現(xiàn)脈沖的跳動(dòng)。根據(jù)載波和信號(hào)波是否同步及載波比的變化情況， SPWM 變換器可以有異步調(diào)制和同步調(diào)制兩種控制方式。延遲時(shí)間的長短主要由功率開關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)間決定。它們的波型如圖 所示。即通過通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需的波形（含形狀和幅值）。 25312?K 即 ?K ，則變比應(yīng) 使用 12/220 的升壓變壓器。 已知 電源電壓的變化范圍（ 25V～ 48V），變壓器的變比應(yīng)為 K。為保證可靠換流應(yīng)在 Ou 過零前25 ttt ??? 時(shí)刻觸發(fā) 2TV 、 3TV 。 4tt? 時(shí)， 1VT 、 4VT 電流減至零而關(guān)斷，換流階段結(jié)束。 TL 使 1VT 、 4VT 不能立刻關(guān)斷，其 電流有一個(gè)減小過程。因基波頻率接近負(fù)載電路諧振頻率，故負(fù)載對(duì)基波呈高阻抗，對(duì)諧波呈低阻抗，諧波在負(fù)載上產(chǎn)生的壓降很小，因此負(fù)載電壓波形接近正弦波。負(fù)載一般是電磁感應(yīng)線圈，加熱線圈內(nèi)的鋼料，RL 串聯(lián)為其等效電路。換流方式有負(fù)載換流、強(qiáng)迫換流。 電流型逆變電路主要特點(diǎn)： （ 1） 直流側(cè)串大電感，相當(dāng)于電流源。 圖 電壓型逆全橋逆變電路 及其工作波形 輸出電壓定量 分析 ： Ou 成傅里葉級(jí)數(shù) 第 15 頁 共 50 頁 (33) 基波幅值 (34) 基波有效值 (35) Ou 為正負(fù)各 180186。 1V 和 4V 一對(duì)， 2V 和 3V 另一對(duì)，成對(duì)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，交替各導(dǎo)通 180176。 （ 3） 當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率，直流側(cè)電容器緩沖無功能量的作用。由于只是設(shè)計(jì)單相逆變并網(wǎng)，因此不討論三相逆變的情況。基準(zhǔn)電壓可以通 第 14 頁 共 50 頁 過在 AREF 引腳上加一個(gè)電容進(jìn)行解耦 ， 以更好地抑制噪聲。 ADC 由 AVCC 引腳單獨(dú)提供電源。 七路 差分模擬輸入通道共享一個(gè)通用負(fù)端 (ADC1),而其他任何 ADC 輸入可做為正輸入端。 ADC 與一個(gè) 8 通道的模擬多路復(fù)用器連接，能對(duì)來自端口 A 的 8 路單端輸入電壓進(jìn)行采樣。要想真正輸出信號(hào)還必須將 OC1x 的數(shù)據(jù)方向設(shè)置為輸出。這樣 OCR1A 就可以用于在 OC1A 輸出 PWM 波。如 圖 所示，與相位修正模式形成對(duì)照的是，相頻修正 PWM 模式生成的輸出在所有的周期中均為對(duì)稱信號(hào)。若 TOP 由 OCR1A 或 ICR1 定義，則當(dāng) TCNT1 達(dá)到 TOP 值時(shí) OC1A 或 CF1 置位。方框圖同時(shí)包含了普通 PWM 輸出以及反向 PWM 輸出。在一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘里 TCNT1 值等于 TOP值。 相頻修正修正 PWM 模式與相位修正 PWM 模式的主要區(qū)別在于 OCR1x 寄存器的更新時(shí)間。在一般的比較輸出模式下，當(dāng)計(jì)時(shí)器往 TOP 計(jì)數(shù)時(shí)若 TCNT1 與 OCR1x匹配， OC1x 將清零為低電平；而在計(jì)時(shí)器往 BOTTOM 計(jì)數(shù)時(shí) TCNT1 與 OCR1x 匹配，OC1x 將置位為高電平。但是不推薦在普通模式下利用輸出比較來產(chǎn)生波形，因?yàn)闀?huì)占用太多的 CPU 時(shí)間。在普通模式下輸入捕捉單元很容易使用。在TCNT1 為零的同一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘里 T/C 溢出標(biāo)志 TOV1 置位。我們需要的是普通模式 和相位與頻率修正模式。 （更多的資料參考 Atmage16使用說明） （ 2）定時(shí)器說明： Atmage16 的 8 位和 16 為定時(shí)器都具有 PWM 功能。這個(gè)特點(diǎn)可以用來產(chǎn)生軟件中斷。 （ 7） 片內(nèi) /片外中斷源 （ 8） 工作電壓 :ATmega16L： ； ATmega16： 。 （ 3） 兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的 8 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 和 一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 。因此，在 這里提出了如圖 6 所示的控制框圖 。綜上所述，選取方案一。而方案二把升壓和逆變分開來控制 ，需要額外增加一個(gè)高頻變壓器。為此，最基本的電路應(yīng)該包括逆變和升壓兩部分。 ） V。 （ 3） 具有 頻率跟蹤 功能 ： 當(dāng) fREF 在給定范圍內(nèi)變化時(shí)，使 uF 的頻率 fF=fREF，相對(duì) 偏差絕對(duì)值不大于 1%。它包括對(duì)各種元器件的功能和接法的了解，以及對(duì)各種元器件的選擇和設(shè)計(jì)方案的選擇。其中 SPWM 發(fā)生實(shí)時(shí)性要求高， 為了 避免 輸出 頻率誤差太大 ，它的中斷優(yōu)先級(jí)應(yīng)該最高 。保護(hù)反饋模塊用 AD 采樣反饋 來進(jìn)行控制。 （ 1）硬件問題 逆變并網(wǎng)控制電路主要有 4 大部分，即 SPWM 發(fā)生器、逆變電路、頻率 與 相位檢測電路和保護(hù)反饋模塊。 鑒于以上，本文的研究主要在 MPPT 控制、逆變并網(wǎng)和保護(hù)技術(shù)上。雖然，目前已經(jīng)有產(chǎn)品應(yīng)用到實(shí)際，但是還有許多問題有待完善。對(duì)于這兩個(gè)影響的嚴(yán)重性，學(xué)術(shù)界爭論一直沒停止過，介于此危害的可能性，歐洲 一些國家（如英國和意大利）明確禁用無變壓器隔離的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，然而一些研究表明無變壓器隔離而引起的影響是可以忽略不計(jì)的也不會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)，不過還是推薦：電容電流不要超過“危險(xiǎn)電流” (大約 10mA)。 光伏發(fā)電變換器主要用于長期發(fā)電，因此效率也是一個(gè)相當(dāng)重要的性能指光伏發(fā)電變換器不可能像一般電源系統(tǒng)那樣把最高效率點(diǎn)設(shè)計(jì)工作在某一個(gè)工作點(diǎn)，于是定義了“歐洲效率”來評(píng)估光伏發(fā)電變換器轉(zhuǎn)換器的效率： euro? =5?+ 10? + 20? + 30? + 50? + 10? () 其中 xy? 為在額定功率的 xy％時(shí)變換器的效率。這樣可最大限度地降低逆變器低負(fù)載時(shí)的損耗；同 時(shí)由于逆變 器輪流投入，不需要時(shí)不投運(yùn)，從而大大延長了逆變器的使用壽命。 多方陣協(xié)作式也稱作主仆式，此拓?fù)溆扇舾啥鄠€(gè)太陽能電池方陣，并要求光伏方陣安裝于同一傾斜面，要求每個(gè)子方陣具有相同的功率和電壓的組件串并聯(lián)，多個(gè)逆變器并聯(lián)運(yùn)行。 光伏發(fā)電并網(wǎng)功率變換技術(shù) 太陽能功率變換器，電路拓?fù)涞倪x擇相當(dāng)重要，因?yàn)殡娐吠負(fù)渲饕P(guān)系著效率、成本、安全以及可靠性。通常情況下 jC 對(duì) I 的影響很小可忽略 則單元太陽能電池的 IV 方程為： shscsoL R IRUA k TIRUqIII ???????? ???? 1])(e x p [ (11) 其中， OI 為二極管的反向飽和電流， cT 為太陽能電池的溫度； A 為二極管因子 。截止到20xx 年底，我國光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量也只有 300MW。其中，歐洲市場約占 79%，北美和亞洲市場分別占 %和 %。至于光伏發(fā)電成本何時(shí)能降到與常規(guī)能源發(fā)電成本相當(dāng)，各國給 出的預(yù)期有所不同。相對(duì)于其他 可再生能源 能源，太陽能在發(fā)電利用方面除了具一些獨(dú)特的優(yōu)勢： (1) 機(jī)動(dòng)靈活：發(fā)電系統(tǒng)可以按能量需要決定模塊大小，擴(kuò)容方便； (2) 通用性：發(fā)出的電能并入市電，通過市電網(wǎng)絡(luò)傳輸，利用； (3) 可存儲(chǔ)性：太陽能系統(tǒng) 可以加入蓄電池儲(chǔ)存電能； (4) 分布式電源：不但大幅節(jié)省遠(yuǎn)程輸變電設(shè)備的費(fèi)用以及線路損耗，而且可以提高整個(gè)電力系統(tǒng)的安全可靠性，尤其在抵御自然災(zāi)害和戰(zhàn)備時(shí)； (5) 光伏建筑集成：節(jié)約土地占用以及投入成本，這是太陽能發(fā)電最獨(dú)特的地方，也是目前研究的熱點(diǎn)方向。 第 2 頁 共 50 頁 1 緒 論 課題的 背景 及意義 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人類對(duì)能源的需求越來越大，面臨著嚴(yán)峻的的能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī) 。 因此，研究低壓直流并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)仍然非常必要。相對(duì)于其他能源而言太陽 能是取之不盡用之不竭的清潔能源 ，是代替化石能源的理想選擇 。 inverter circuit。and the inverter SPWM control is based on equalarea algorithm。 關(guān)鍵字 ： SPWM 控制；逆變電路； MPPT 控制；鎖相環(huán)；光伏發(fā)電 Abstract With the increasing depletion of fossil resources and the environment continued to deteriorate, it sights on renewable green energy. Compared with tidal energy, biomass, geothermal and other renewable energy photovoltaic Green has unique advantages. It can be used as an independent power supply and power generation can have high flexibility. Background checks from the PV industry ,it can see that, China is the world39。討論研究了功率變換電路的拓?fù)湫问剑⑶腋鶕?jù)實(shí)際情況，本文選擇了帶變壓器的采用單級(jí)隔離式結(jié)構(gòu)。而我國 20xx 年 的 太陽能電池的安裝量只有 160MWp，僅占全國當(dāng)年產(chǎn)量的 4%，僅占全球當(dāng)年安裝量的 %。編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書 題 目： 并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置 設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 李 永 貴 學(xué) 號(hào)： 0600120316 指導(dǎo)教師： 郭 福 力 職 稱： 工 程 師 題 目類型： 理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā) 20xx年 5 月 25日 √ 摘 要 隨著石化資源是日益枯竭和環(huán)境的持續(xù)惡化，人們把目光投向了可再生綠色能源。 從光伏產(chǎn)業(yè)背景調(diào)查可知，我國是世界最大的光伏電池生產(chǎn)國已占全球總產(chǎn)量的三分之一。 本文同時(shí)也介紹了光伏并網(wǎng)發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀、關(guān)鍵技術(shù)和研究熱點(diǎn)。 最后，根據(jù)以上的研究工作，設(shè)計(jì)制作了基于 AVR 單片機(jī)控制的光伏發(fā)并網(wǎng)電樣機(jī)以驗(yàn)證上述理論的正確性，為進(jìn)一步研究打下基礎(chǔ)。s total installed capaci