畢業(yè)論文-光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變技術(shù)應(yīng)用研究

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　由于全球能源的逐漸緊張和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，清潔的可再生的太陽(yáng)能越來(lái)越受到人們是重視。</p><p>　　太陽(yáng)能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費(fèi)使用，又無(wú)需運(yùn)輸，對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染。為人類創(chuàng)造了一種新的生活形態(tài)，使社會(huì)及人類進(jìn)入一個(gè)節(jié)約能源減少污染的時(shí)代。</p>&l

2、t;p>　　光伏板組件是一種暴露在陽(yáng)光下便會(huì)產(chǎn)生直流電的發(fā)電裝置，由幾乎全部以半導(dǎo)體物料(例如硅)制成的薄身固體光伏電池組成。由于沒(méi)有活動(dòng)的部分，故可以長(zhǎng)時(shí)間操作而不會(huì)導(dǎo)致任何損耗。簡(jiǎn)單的光伏電池可為手表及計(jì)算機(jī)提供能源，較復(fù)雜的光伏系統(tǒng)可為房屋提供照明，并為電網(wǎng)供電。</p><p>　　我們主要研究光伏發(fā)電系統(tǒng)中的逆變電路而其中的電壓型單相全橋逆變電路是我們所要詳細(xì)研究的對(duì)象，.而其中本論文會(huì)涉及最大功

3、率跟蹤及PWM控制技術(shù)</p><p>　　全橋逆變電路克服了推挽電路的缺點(diǎn)，功率晶體管調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度，輸出交流電壓的有效值即隨之改變。由于該電路具有續(xù)流回路，即使對(duì)感性負(fù)載，輸出電壓波形也不會(huì)畸變。</p><p>　　幾種逆變器的主電路均需要有控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)一般有方波和正弱波兩種控制方式，方波輸出的逆變電源電路簡(jiǎn)單，成本低，但效率低，諧波成份大。正弦波輸出是逆變器的發(fā)展趨勢(shì)，隨著微電

4、子技術(shù)的發(fā)展，有ＰＷＭ功能的微處理器也已問(wèn)世，因此正弦波輸出的逆變技術(shù)已經(jīng)成熟。</p><p>　　關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；光伏系統(tǒng)；逆變器技術(shù)；正弦波輸出</p><p>　　Solar Photovoltaic System Inverter Applications</p><p>　　LEE Zhi-shun</p><p><b&g

5、t;　　Abstract</b></p><p>　　Due to tight global energy and environmental pollution gradually growing, clean, renewable solar energy more and more people are seriously.</p><p>　　Solar energy

6、is the first time, but also renewable energy. It is rich in resources, can use free of charge, and without transportation, without any pollution to the environment. For mankind to create a new life, so that social and hu

7、man energy into a era of reducing pollution.</p><p>　　Is a component of photovoltaic panels in the sun exposure will generate direct current power generation devices, from virtually all semiconductor materia

8、ls (eg silicon) are made of thin photovoltaic cells composed of solid. Because there is no part of activity, and would thus be a long time operation would not lead to any loss. Simple photovoltaic cells for watches and c

9、omputers to provide energy, and more complex PV systems to provide lighting for the housing and power supply.</p><p>　　we almost go deeply into the source inverter in PV systems，and the Voltage Single-Phase

10、Full-Bridge Controlled Rectifier is the most important simple for us to research, as thus it will relate to MPPT and PWM controller technology,</p><p>　　The bridge has push-pull inverter circuit to overcome

11、the shortcoming, power transistor circuits of the output pulse width adjustment; the output voltage of the RMS is changed. Because of this circuit has free-wheeling loop, even to the perceptual load, the output voltage w

12、aveform nor distortion. This circuit faults is under the arm, bridge, no power transistor must therefore be adopted by isolating circuit or special driving power.</p><p>　　These kinds of inverter circuit are

13、 needed to control circuit, general square wave and are weak wave two control mode, the output pulse inverter circuit is simple, low cost, low efficiency, harmonic components. Sine wave output is the development trend of

14、 the inverter, along with the development of microelectronics technology, PWM function of micro processor is also available, so the sinusoidal output inverter technology has matured.</p><p>　　Key word：Solar

15、energy; PV systems; the technology of inverter; Sine wave output</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　?。保w論.................................................．．...．．．．.....1</p><p&g

16、t;　　1.1光伏電池的歷史及其工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１</p><p>　　1.2光伏發(fā)電系統(tǒng)的國(guó)外與國(guó)內(nèi)發(fā)展．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２</p><p>　　1.3光伏發(fā)電系統(tǒng)形式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３&

17、lt;/p><p>　　1.4光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的架構(gòu)及類型（單相）．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４</p><p>　　1.5所涉及的逆變器控制技術(shù)簡(jiǎn)介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６</p><p>　?。玻夥到y(tǒng)的組成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

18、．．．．．．．．．．．．．．．６</p><p>　　2.1光伏系統(tǒng)的中逆變器及控制電路的器件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６</p><p>　　2.2光伏發(fā)電系統(tǒng)的模擬電路圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７</p><p>　?。常夥⒕W(wǎng)系統(tǒng)的工作原理．．．．．．．．．．．．．．

19、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７</p><p>　　3.1電壓型單相全橋逆變電路分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７</p><p>　　3.2濾波器的設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９</p><p>

20、　　3.3工頻隔離變壓器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９</p><p>　　3.4控制電路-----PWM逆變電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０</p><p>　?。矗甈WM型逆變電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

21、．．．．．．．．．．．．．．．１０</p><p>　　4.1PWM控制算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０</p><p>　　4.2PWM控制方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１１</p><p>　　4.3P

22、WM調(diào)制方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３</p><p>　　4.4本設(shè)計(jì)的主要電路及其分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３</p><p>　　4.4.1交流采樣電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３</p

23、><p>　　4.4.2采樣信號(hào)輸入與控制信號(hào)的輸出．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１４</p><p>　　4.4.3TLC5615的信號(hào)控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１５</p><p>　　4.4.4PWM波形信號(hào)處理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１

24、６</p><p>　　4.4.5逆變電路的IGBT控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１７</p><p>　　4.4.6反饋信號(hào)的處理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１７</p><p>　?。担浖糠旨敖Y(jié)論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

25、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１９</p><p>　　5.1MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１９</p><p>　　5.2主程序流程圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２１</p>&l

26、t;p>　　5.3SPWM波生成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２１</p><p>　　5.4電路中頻率與相位的控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２２</p><p>　　總結(jié)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

27、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２２</p><p>　　參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２４</p><p>　　致謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

28、．．２５</p><p>　　附錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２６</p><p>　　光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變技術(shù)應(yīng)用研究</p><p>　　姓名： 學(xué)號(hào)： 班別：</p><p>　　

29、據(jù)記載，人類利用太陽(yáng)能已經(jīng)有3000年的歷史，但是將太陽(yáng)能作為一種能源和動(dòng)力加以利用只有300多年的歷史。真正將太陽(yáng)能作為“近期急需的補(bǔ)充能源”，“未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)”，則是近來(lái)的事。20世紀(jì)70年代以來(lái)，太陽(yáng)能科技突飛猛進(jìn)，太陽(yáng)能利用日新月異。自從實(shí)用性的硅太陽(yáng)能電池問(wèn)世以來(lái)，世界上很快就開(kāi)始太陽(yáng)能光伏發(fā)電的應(yīng)用。隨著太陽(yáng)能電池技術(shù)的提高和價(jià)格的下降，光伏發(fā)電逐漸在地面得到硬功，規(guī)模也日益礦大。本課題主要研究光伏發(fā)電系統(tǒng)中的逆變器，逆

30、變器是一種將直流電能變換成交流電能的變流裝置。我們將討論光伏發(fā)電系統(tǒng)中各種類型的逆變器，并對(duì)其中某一至兩種類型進(jìn)行詳解。</p><p><b>　　1.緒論</b></p><p>　　1.1光伏電池的歷史及其工作原理</p><p>　　自從 1954 年第一塊實(shí)用光伏電池問(wèn)世以來(lái)，太陽(yáng)光伏發(fā)電取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。但比計(jì)算機(jī)和光纖通訊的發(fā)展要

31、慢得多。其原因可能是人們對(duì)信息的追求特別強(qiáng)烈，而常規(guī)能源還能滿足人類對(duì)能源的需求。1973 年的石油危機(jī)和90 年代的環(huán)境污染問(wèn)題大大促進(jìn)了太陽(yáng)光伏發(fā)電的發(fā)展。光伏電池的早期應(yīng)用主要局限于科學(xué)研究及軍事，航空等特殊領(lǐng)域。受20世紀(jì)70年代的石油危機(jī)和90年代的環(huán)境污染問(wèn)題影響，人們對(duì)能源和環(huán)境問(wèn)題的認(rèn)識(shí)不斷提高，光伏發(fā)電越來(lái)越受到各國(guó)政府的重視，科研投入不斷加大，鼓勵(lì)和支持光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策也不斷出臺(tái)。</p><p

32、>　　太陽(yáng)能是一種輻射能，它必須借助于能量轉(zhuǎn)換器才能轉(zhuǎn)換成為電能。這種把光能轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換器，就是光伏電池。太陽(yáng)光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對(duì)，在p-n結(jié)電場(chǎng)的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽(yáng)能電池的工作原理。</p><p>　　太陽(yáng)能功能電池組件就是將數(shù)十個(gè)太陽(yáng)能電池單元進(jìn)行耐候性封裝。把太陽(yáng)能電池組件內(nèi)的太陽(yáng)能電池單元以適當(dāng)方

33、式相連接能得到規(guī)定的電壓和輸出功率。太陽(yáng)能電池組件的轉(zhuǎn)換效率，單晶硅太陽(yáng)能電池為12%-15%，多晶硅太陽(yáng)能電池為10%-13%，非晶硅太陽(yáng)能電池和化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池是6%-9%，由于實(shí)驗(yàn)的限制，我們大多采用第三者。</p><p>　　因?yàn)樘?yáng)能電池單元本身產(chǎn)生的電壓約低于0.5V，所以使用時(shí)必須串聯(lián)接作為電池組件使用。太陽(yáng)能電池鎮(zhèn)流是有太陽(yáng)能電池組件集合體的太陽(yáng)能電池組件串、防止逆流元件、旁路元件和接線箱

34、等構(gòu)成的。這里所謂太陽(yáng)能電池組件串，是指由太陽(yáng)能電池組件串聯(lián)連接構(gòu)成的太陽(yáng)能電池陣列滿足所需輸出電壓的電路。在電路中各太陽(yáng)能電池組件串通過(guò)防止逆流元件相互并聯(lián)連接。</p><p>　　PV系統(tǒng)的容量是標(biāo)準(zhǔn)太能能電池陣列輸出功率來(lái)表示的。PV系統(tǒng)的輸出功率受輻射照度的強(qiáng)烈影響，也受太陽(yáng)能電池組件內(nèi)的太陽(yáng)能電池單元的溫度影響，因此用在日照強(qiáng)度為1kw/m2、單元溫度為25攝氏度的標(biāo)準(zhǔn)條件下的最大輸出功率表示標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)

35、能電池陣列的輸出功率。</p><p>　　圖1-1太陽(yáng)能電池陣列結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1.2光伏發(fā)電系統(tǒng)的國(guó)外與國(guó)內(nèi)發(fā)展</p><p>　　從上世紀(jì) 70 年代開(kāi)始，各國(guó)政府都投入了很大的力量來(lái)支持太陽(yáng)能電池的發(fā)展。</p><p>　　美國(guó)于1973 年首先制定了政府光伏發(fā)電發(fā)展計(jì)劃，明確了近、中、遠(yuǎn)期的發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)；日本于197

36、4 年開(kāi)始執(zhí)行“陽(yáng)光計(jì)劃”，投資5 億美元，迅速發(fā)展成為世界太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)大國(guó)。自上世紀(jì)80 年代以來(lái)，其他發(fā)達(dá)國(guó)家，如德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、意大利、西班牙、瑞士、芬蘭等，也紛紛制定了光伏發(fā)展計(jì)劃，并投入了大量資金進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)和加速工業(yè)化進(jìn)程。近年來(lái)世界太陽(yáng)能光伏一直保持著快速發(fā)展，十世紀(jì)九十年代后期世界光伏市場(chǎng)更是出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面，進(jìn)一步促進(jìn)了發(fā)展速度。綜觀進(jìn)入新世紀(jì)后世界太陽(yáng)電池的總產(chǎn)量，年增長(zhǎng)率達(dá)到30-40%。</p&g

37、t;<p>　　充分開(kāi)發(fā)利用包括太陽(yáng)能在內(nèi)的可再生能源、實(shí)現(xiàn)能源工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重大的戰(zhàn)略意義。隨著對(duì)太陽(yáng)能和可再生能源的廣泛的大規(guī)模的利用，全球的能源結(jié)構(gòu)必將發(fā)生根本性的變化。</p><p>　　我國(guó)正處在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌和蓬勃發(fā)展時(shí)期，但能源問(wèn)題嚴(yán)峻，由于城市中大量使用化石能源，環(huán)境持續(xù)惡化。另一方面，我國(guó)具有豐富的太陽(yáng)能資源，日照時(shí)數(shù)大于2000h，太陽(yáng)能總輻射量高于5016MJ/（m2a）的地

38、方約占全國(guó)總面積的三分之二以上，尤其是西部地區(qū)有很大的潛力。在這些地方發(fā)展并網(wǎng)發(fā)電計(jì)劃，對(duì)于緩解當(dāng)?shù)氐哪茉簇毞η闆r，提高當(dāng)?shù)厝藗兩钏接兄鴺O其重要的意義。</p><p>　　我國(guó)在20世紀(jì)50年代開(kāi)始研究太陽(yáng)能電池，于1971年首次成功應(yīng)用于我國(guó)發(fā)射的東方紅二號(hào)衛(wèi)星。此后，光伏發(fā)電就不斷摸索中發(fā)展。在新世紀(jì)初，國(guó)家發(fā)改委在2002年啟動(dòng)了“送電到鄉(xiāng)工程”，該工程光伏系統(tǒng)容量為20MW，極大地拉動(dòng)了我國(guó)光伏市場(chǎng)

39、的需求。</p><p>　　盡管我國(guó)研制太陽(yáng)能電池始于1958年，中國(guó)的光伏技術(shù)經(jīng)過(guò)了50年的努力，已經(jīng)具有一定的水平和基礎(chǔ)，但是與世界先進(jìn)國(guó)家相比仍有不小的差距。近幾年來(lái)，我國(guó)的光伏發(fā)電技術(shù)己經(jīng)具有了一定的市場(chǎng)潛力和市場(chǎng)吸引力，但光伏并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備主要依靠進(jìn)口，光伏并網(wǎng)發(fā)電的技術(shù)更是剛剛起步，因此，并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)的造價(jià)高，依賴性強(qiáng)，制約了并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展和推廣。掌握并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)的核心

40、——并網(wǎng)逆變技術(shù)對(duì)發(fā)展并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)具有至關(guān)重要的作用。</p><p>　　國(guó)內(nèi)光伏系統(tǒng)主要采用單位功率因數(shù)并網(wǎng)，不具備電能質(zhì)量控制功能。因此，研究具有電能質(zhì)量調(diào)節(jié)功能的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)有重要意義，其研究主要放在并網(wǎng)逆變器的控制方法上，相同的拓?fù)潆娐?，采用不同的控制方法能夠產(chǎn)生不同的控制效果。對(duì)逆變器建立模型并進(jìn)行分析，采用先進(jìn)的控制策略對(duì)于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的性能是必不可少的。同時(shí)采用先進(jìn)的控制算法是提高逆變器效率

41、的方法之一。</p><p>　　1.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)形式</p><p>　　典型的光伏發(fā)電系統(tǒng)是由光伏陣列、蓄電池組、控制器、電力電子變換器、負(fù)載等構(gòu)成，而光伏發(fā)電系統(tǒng)按工作條件分為獨(dú)立型，并網(wǎng)型和介于兩者之間的可調(diào)度型。</p><p>　　獨(dú)立型：沒(méi)有與電力公司的配電線并網(wǎng)的系統(tǒng)成為獨(dú)立型系統(tǒng)。獨(dú)立型光伏發(fā)電多用于邊遠(yuǎn)山區(qū)，因?yàn)檫@些地方需要的電能容量小，建變

42、電站成本昂貴，宜用獨(dú)立型光伏發(fā)電。這種系統(tǒng)中要把使用的電量限制在PV系統(tǒng)的發(fā)電量以下，考慮到夜間和雨天PV系統(tǒng)不能發(fā)點(diǎn)，此時(shí)需要由蓄電池供給電力，西電池必須預(yù)先充電。此外，在通信基站等需要小量維持供電的情況下獨(dú)立型光伏發(fā)電也有應(yīng)用價(jià)值，在獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)中儲(chǔ)能部件是損耗最快，維護(hù)最頻繁的組件。如下圖1.3.1</p><p>　　圖1-2獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　并網(wǎng)型：并

43、網(wǎng)型系統(tǒng)分為逆潮流系統(tǒng)和非逆潮流系統(tǒng)兩種。我國(guó)現(xiàn)在多數(shù)是非逆潮流系統(tǒng)，并網(wǎng)光伏發(fā)電多見(jiàn)于城市供電系統(tǒng)，區(qū)域內(nèi)的電力需求通常比PV系統(tǒng)的輸出電力大，是城市電網(wǎng)的補(bǔ)充，可以實(shí)現(xiàn)用電時(shí)段的消峰填谷。與獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)比較，并網(wǎng)型沒(méi)用蓄電池，在沒(méi)有太陽(yáng)能光照條件下不能獨(dú)立對(duì)用戶供電，但極大的節(jié)約設(shè)備成本，簡(jiǎn)化了控制結(jié)構(gòu)。</p><p><b>　　如下圖1-3</b></p>&l

44、t;p>　　圖1-3并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng) </p><p>　　可調(diào)度型：可調(diào)度式光伏發(fā)電系統(tǒng)是帶有儲(chǔ)能部件且可以并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)。當(dāng)電網(wǎng)斷電也沒(méi)有太陽(yáng)光照時(shí)，蓄電池等部件提供一定時(shí)間的能量供給，而在電網(wǎng)正常或有光照能量輸入時(shí)，可對(duì)蓄電池補(bǔ)充能量。在蓄電池充滿電且又有光照的情況下，則應(yīng)由光伏電池直接給負(fù)載供電或是并入電網(wǎng)?？烧{(diào)度式光伏發(fā)電系統(tǒng)比并網(wǎng)型和獨(dú)立型有更大的靈活性，但成本更高，系統(tǒng)控制也較復(fù)雜。如下

45、圖：</p><p>　　圖1-4可調(diào)度式光伏發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　本論文所主要研究的是獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)與并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　1.4光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的架構(gòu)及類型（單相）</p><p>　　將直流電變換為交流電的過(guò)程稱為逆變換或DC－AC變換，實(shí)現(xiàn)逆變的主電路稱為DC－AC變換電路。通常將DC－AC變換電路、

46、控制電路、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路組成的DC－AC逆變電源稱為逆變器（Inverter）。 </p><p>　　根據(jù)輸入直流電源的性質(zhì)、逆變器的直流輸入波形和交流輸出波形，可以把逆變器分成電壓型逆變器（也可以稱為電壓源逆變器）和電流型逆變器（也可以稱為電流源逆變器）。</p><p>　　1.4.1電壓型單相全橋逆變電路</p><p>　　直流母線電容濾波，直流電壓Ud經(jīng)

47、C1、C2分壓，VT1、VT2交替導(dǎo)通/關(guān)斷；負(fù)載上的電壓幅值為Ud的一半，功率為全橋逆變器的四分之一；開(kāi)關(guān)管VT1、VT2上承受的最大電壓為Ud；控制方式主要是PWM脈寬調(diào)制控制，移相控制等</p><p>　　圖1-5電壓型單相半橋逆變電路 </p><p>　　半橋逆變電路的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，使用器件少。其缺點(diǎn)是輸出交流電壓的幅值Um僅僅為Ud/2,且直流側(cè)需要兩個(gè)電容串聯(lián)，工作時(shí)還要控制

48、兩個(gè)電容器電壓的均衡。因此，半橋電路常常用于幾千瓦以下的小功率逆變電源。</p><p>　　1.4.2電壓型單相全橋逆變電路 </p><p>　　圖1-6電壓型單相全橋逆變電路</p><p>　　直流母線電容Cd濾波，VT1、VT4和 VT2、VT3交替導(dǎo)通/關(guān)斷；加在負(fù)載上的電壓幅值為Ud，輸出功率為半橋逆變器的四倍；開(kāi)關(guān)管VT1～VT4上承受的最大電壓為U

49、d；控制方式有單極、雙極式PWM脈寬調(diào)制控制，移相控制，調(diào)頻控制等方式。</p><p>　　1.4.3電流型單相全橋逆變電路 </p><p>　　直流母線電感Ld濾波，VT1、VT4和 VT2、VT3交替導(dǎo)通/關(guān)斷；負(fù)載上的電流波形為方波，幅值為Id；開(kāi)關(guān)管VT1～VT4上承受的電壓為負(fù)載上的電壓。負(fù)載上的電壓幅值和相位取決于負(fù)載阻抗大小和性質(zhì)。 </p><p&g

50、t;　　由于電流型不太常用，因此對(duì)其不作詳細(xì)的討論。</p><p>　　圖1-7電流型單相全橋逆變電路</p><p>　　1.5所涉及的逆變器控制技術(shù)簡(jiǎn)介</p><p>　　本論文主要討論光伏發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用的電壓型單相全橋逆變電路，其中會(huì)簡(jiǎn)單的涉及到保護(hù)電路中的器件簡(jiǎn)析，光伏并網(wǎng)中的并網(wǎng)逆變器(PWM控制技術(shù))。</p><p><

51、;b>　　2.光伏系統(tǒng)的組成</b></p><p>　　2.1光伏系統(tǒng)的中逆變器及控制電路的器件</p><p>　　在小容量、低壓PVS 中，功率器件多使用金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）。因其在低壓時(shí)，具有較低的通態(tài)壓降和較高的開(kāi)關(guān)頻率，但隨MOSFET 電壓的升高，其通態(tài)電阻增大。因此，在大容量、高壓PVS 中，一般使用絕緣柵晶體管（IGBT）作為功率

52、器件；在100kVA 以上特大容量的PVS 中，一般采用門極可關(guān)斷晶閘管（GTO）作為功率器件。PVS 中的逆變驅(qū)動(dòng)電路主要針對(duì)功率開(kāi)關(guān)管的門極驅(qū)動(dòng)。要得到好的PWM脈沖波形，驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)很重要。近年來(lái)，隨著微電子及集成電路技術(shù)的發(fā)展，陸續(xù)推出了許多多功能專用集成芯片，如：HIP4801,TLP520,IR2130,EXB841 等，它們給應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的方便。逆變電源中常用的控制電路主要是為驅(qū)動(dòng)電路提供要求的邏輯和波形，如

53、PWM，SPWM控制信號(hào)等。目前，較常用的芯片有國(guó)外生產(chǎn)的8XC196，MP16，PIC16C73 和國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的TMS320F206，MS320F240 ，SG3525 等。</p><p>　　2.1.1 IGBT</p><p>　　其中逆變電路的重要器件絕緣柵雙極型晶體管――IGBT的基本特性：靜態(tài)特性與P-MOSFET類似；UGE=0時(shí)IC=0，IGBT處于阻斷狀態(tài)（斷態(tài)）；UGE

54、足夠大（一般為5~15V），IGBT進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)（通態(tài)），當(dāng)UCE大于一定值（一般2V左右）時(shí)IC>0。 </p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度高通流能力強(qiáng)、耐壓等級(jí)高 </p><p>　　2.1.2單片機(jī)STC89C51</p><p>　　本論文會(huì)涉及PWM控制技術(shù)，但不會(huì)太深入，控制系統(tǒng)以單片機(jī)STC89C51為核心，可以實(shí)現(xiàn)反饋信號(hào)的處理和

55、A/D轉(zhuǎn)換、DC/DC變換器和PWM逆變器控制脈沖的產(chǎn)生、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視和控制、故障保護(hù)和存儲(chǔ)、485通訊等功能。 實(shí)際電路中的中間電壓VDC、網(wǎng)壓、并網(wǎng)電流和太陽(yáng)能電池的電壓電流信號(hào)采樣后送至控制板上。</p><p>　　2.2光伏發(fā)電系統(tǒng)的模擬電路圖</p><p>　　圖2-1 并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置框圖</p><p>　　圖中太陽(yáng)能電池Us，電池內(nèi)阻Rs，

56、逆變器電路采用了電壓型單相全橋逆變電路，濾波器采用電感與電容混聯(lián)的方式構(gòu)成，工頻變壓器T。</p><p>　　系統(tǒng)的控制部分由以STC89C51為核心的控制單元完成，另外系統(tǒng)設(shè)計(jì)了輔助電源為控制電路提供電源，輔助電源采用HV9120芯片。</p><p>　　3.光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　3.1電壓型單相全橋逆變電路分析</p>&

57、lt;p>　　用直流穩(wěn)壓電源Us和電阻Rs模擬光伏電池，而逆變器部分我們將使用電壓型單相全橋逆變電路。我們先來(lái)分析一下下面的電路如下圖3-1</p><p>　　電壓型的逆變電路有以下要特點(diǎn)：</p><p>　　1.直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流側(cè)電壓基本無(wú)脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。</p><p>　　2.由于直流電壓源的鉗位作用，交流

58、側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無(wú)關(guān)，交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗情況的不同而不同。</p><p>　　3.當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無(wú)功功率，直流側(cè)電容器緩沖武功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無(wú)功能量提供通道，逆變橋各手臂都并聯(lián)上反饋二極管。</p><p>　　全橋逆變電路是單相逆變電路中應(yīng)用最多的。</p><p>　　兩個(gè)半橋電路的

59、組合。1和4一對(duì)，2和3另一對(duì)，成對(duì)橋臂同時(shí)導(dǎo)通，交替各導(dǎo)通180°。uo波形同圖5-6b。半橋電路的uo，幅值高出一倍Um=Ud。io波形和圖5-6b中的io相同，幅值增加一倍，單相逆變電路中應(yīng)用最多的。 </p><p>　　uo正半周，V1通，V2斷，V3和V4交替通斷，負(fù)載電流比電壓滯后，在電壓正半周，電流有一段為正，一段為負(fù)，負(fù)載電流為正區(qū)間，V1和V4導(dǎo)通時(shí)，uo等于Ud，V4關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電

60、流通過(guò)V1和VD3續(xù)流，uo=0，負(fù)載電流為負(fù)區(qū)間，io為負(fù)，實(shí)際上從VD1和VD4流過(guò)，仍有uo=Ud，V4斷，V3通后，io從V3和VD1續(xù)流，uo=0，uo總可得到Ud和零兩種電平。</p><p>　　圖3-1電壓型單相全橋逆變電路</p><p>　　基波幅值 Uo1m=4Ud/3.14=1.27Ud

61、 3-1-1 </p><p>　　基波有效值 Uo1==0.9 3-1-2</p><p>　　uo為正負(fù)各180º時(shí)，要改變輸出電壓有效值只能改變Ud來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　單相半橋和全橋PWM整流電路，半橋電路直流側(cè)電容必須由兩個(gè)電容串聯(lián)，其中點(diǎn)和交流電源連

62、接。全橋電路直流側(cè)電容只要一個(gè)就可以。交流側(cè)電感Ls包括外接電抗器的電感和交流電源內(nèi)部電感，是電路正常工作所必須的。</p><p><b>　　移相調(diào)壓方式。</b></p><p>　　可采用移相方式調(diào)節(jié)逆變電路的輸出電壓，稱為移相調(diào)壓。各柵極信號(hào)為180º正偏，180º反偏，且V1和V2互補(bǔ)，V3和V4互補(bǔ)關(guān)系不變。V3的基極信號(hào)只比V1落后

63、q ( 0<q <180º)，V3、V4的柵極信號(hào)分別比V2、V1的前移180º-q，uo成為正負(fù)各為q 的脈沖，改變q 即可調(diào)節(jié)輸出電壓有效值。</p><p>　　我們還來(lái)討論在純電阻負(fù)載的情況，采用上述移相方法也可以得到相同的結(jié)果，只是VD1-VD4不再導(dǎo)通不起續(xù)流作用。在為零的期間，4各峭壁均不導(dǎo)通，負(fù)載也沒(méi)有電流。顯然，上述移相調(diào)壓方式并不適用也半橋電流，不過(guò)在純電阻負(fù)載

64、時(shí)，仍可以采用改變正負(fù)脈沖寬度的方法來(lái)調(diào)節(jié)半橋逆變電路的輸出電壓。這時(shí)，上下兩橋臂的柵極信號(hào)不再是各為108度正偏、180度反偏并且互補(bǔ)，而是正偏的寬度為x,反偏的寬度為306度-x，二者相位差為180度。這時(shí)輸出電壓也是正負(fù)脈沖的寬度各位x。</p><p>　　正弦信號(hào)波和三角波相比較的方法對(duì)V1～V4進(jìn)行SPWM控制，就可在交流輸入端AB產(chǎn)生SPWM波uAB。uAB中含有和信號(hào)波同頻率且幅值成比例的基波、和

65、載波有關(guān)的高頻諧波，不含低次諧波。由于Ls的濾波作用，諧波電壓只使is產(chǎn)生很小的脈動(dòng)。當(dāng)信號(hào)波頻率和電源頻率相同時(shí)，is也為與電源頻率相同的正弦波。us一定時(shí)，is幅值和相位僅由uAB中基波uABf的幅值及其與us的相位差決定。改變uABf的幅值和相位，可使is和us同相或反相，is比us超前90°，或is與us相位差為所需角度。</p><p>　　圖3-2單相全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式</p&

66、gt;<p><b>　　3.2濾波器的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在濾波器的參數(shù)選擇過(guò)程中，要注意在電容與電感的選擇上是需要折衷考慮的，電容越大，流入電容的無(wú)功電流就越大，則電感上的電流和開(kāi)關(guān)管的電流也就越大，從而降低系統(tǒng)的效率。電容越小，則電感需要增大，使得電感上的壓降增大。.在電感一定的情況下，不同的電容參數(shù)值并不改變其低頻特性，只是隨著電容C的增大其諧振頻率向減小

67、方向移動(dòng)。 </p><p>　　C=0.15*（一定量的無(wú)功功率的電容公式）　　　　　　　　　　3-2-1</p><p>　　圖3-3 簡(jiǎn)單的濾波電路</p><p>　　并網(wǎng)運(yùn)行模式的濾波結(jié)構(gòu)都是一個(gè)振蕩環(huán)節(jié)，這將會(huì)影響其相應(yīng)的系統(tǒng)閉環(huán)控制設(shè)計(jì)，故在作閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，必須在其濾波結(jié)構(gòu)中加入抑止環(huán)節(jié)來(lái)減小其諧振尖峰的影響。而濾波器的詳細(xì)作用我們將在PWM控制電

68、路進(jìn)一步探討。</p><p>　　3.3工頻隔離變壓器</p><p>　　在使用蓄電池儲(chǔ)能的太陽(yáng)能PVS中，蓄電池組的公稱電壓一般是12V，24V 或48V，因此，逆變電路一般都需進(jìn)行升壓來(lái)滿足220V 常用交流負(fù)載的用電需求。</p><p>　　首先把直流電逆變成工頻低壓交流電；再通過(guò)工頻變壓器升壓成220V，50Hz 的交流電供負(fù)載使用，。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

69、單，各種保護(hù)功能均可在較低電壓下實(shí)現(xiàn)。因其逆變電源與負(fù)載之間存有工頻變壓器，故逆變器運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、過(guò)負(fù)荷能力和抗沖擊能力強(qiáng)，且能夠抑制波形中的高次諧波成分。然而，工頻變壓器也存在笨重和價(jià)格高的問(wèn)題，而且其效率也比較低。按目前水平制作的小型工頻逆變器，其額定負(fù)荷效率一般不超過(guò)90%，同時(shí)因工頻變壓器在滿負(fù)荷和輕負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)鐵損基本不變，因而使其在輕負(fù)荷下運(yùn)行的空載損耗較大，效率也較低。我們往后對(duì)其將不作深入的討論和研究。</p&g

70、t;<p>　　3.4控制電路-----PWM逆變電路</p><p>　　脈沖寬度調(diào)制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。PWM控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。即通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效地獲得所需要波形（含形狀和

71、幅值）。</p><p>　　脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來(lái)調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶 體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。</p><p>　　PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最為廣泛，對(duì)逆變電路的影響也最為深刻。目前中小功率的逆

72、變電路幾乎都采用了PWM技術(shù)，現(xiàn)在大量應(yīng)用的逆變電路中，絕大部分都是PWM型逆變電路?？梢哉f(shuō)PWM控制技術(shù)正是有賴于再逆變電路中的應(yīng)用，才發(fā)展的比較成熟，才確定他在電力電子技術(shù)中的重要地位。正因?yàn)槿绱?，本論文用較大的章節(jié)來(lái)探討PWM型逆變電路。</p><p>　　4．PWM型逆變電路</p><p>　　PWM逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種，目前實(shí)用的幾乎都是電壓型。</p&g

73、t;<p>　　4.1 PWM控制算法</p><p>　　PWM的控制算法主要有計(jì)算法和調(diào)制法，實(shí)際中應(yīng)用的主要是調(diào)制法，我要主要介紹一下調(diào)制法。</p><p><b>　　1、計(jì)算法</b></p><p>　　根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算PWM波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開(kāi)關(guān)器件的通斷，就可得到所需

74、PWM波形。</p><p>　　缺點(diǎn)：繁瑣，當(dāng)輸出正弦波的頻率、幅值或相位變化時(shí)，結(jié)果都要變化</p><p><b>　　2、調(diào)制法</b></p><p>　　輸出波形作調(diào)制信號(hào)，進(jìn)行調(diào)制得到期望的PWM波；通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波；等腰三角波應(yīng)用最多，其任一點(diǎn)水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對(duì)稱；與任一平緩變化的調(diào)制信號(hào)波相交，

75、在交點(diǎn)控制器件通斷，就得寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖，符合PWM的要求。</p><p>　　調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，得到的就是SPWM波；調(diào)制信號(hào)不是正弦波，而是其他所需波形時(shí)，也能得到等效的PWM波。</p><p>　　結(jié)合IGBT單相橋式電壓型逆變電路對(duì)調(diào)制法進(jìn)行說(shuō)明：設(shè)負(fù)載為阻感負(fù)載，工作時(shí)V1和V2通斷互補(bǔ)，V3和V4通斷也互補(bǔ)。</p><p><b

76、>　　控制規(guī)律：</b></p><p>　　uo正半周，V1通，V2斷，V3和V4交替通斷，負(fù)載電流比電壓滯后，在電壓正半周，電流有一段為正，一段為負(fù)，負(fù)載電流為正區(qū)間，V1和V4導(dǎo)通時(shí)，uo等于Ud，V4關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過(guò)V1和VD3續(xù)流，uo=0，負(fù)載電流為負(fù)區(qū)間，io為負(fù)，實(shí)際上從VD1和VD4流過(guò)，仍有uo=Ud，V4斷，V3通后，io從V3和VD1續(xù)流，uo=0，uo總可得到Ud和

77、零兩種電平。</p><p>　　uo負(fù)半周，讓V2保持通，V1保持?jǐn)?，V3和V4交替通斷，uo可得-Ud和零兩種電平。</p><p>　　圖4-1單相橋式PWM逆變電路</p><p>　　4.2 PWM控制方式</p><p>　　1．單極性PWM控制方式</p><p>　　在ur和uc的交點(diǎn)時(shí)刻控制IGBT

78、的通斷。ur正半周，V1保持通，V2保持?jǐn)?，?dāng)ur>uc時(shí)使V4通，V3斷，uo=Ud，當(dāng)ur<uc時(shí)使V4斷，V3通，uo=0。ur負(fù)半周，V1保持?jǐn)?，V2保持通，當(dāng)ur<uc時(shí)使V3通，V4斷，uo=-Ud，當(dāng)ur>uc時(shí)使V3斷，V4通，uo=0，虛線uof表示uo的基波分量。</p><p>　　2．雙極性PWM控制方式</p><p>　　在ur半個(gè)周期內(nèi)

79、，三角波載波有正有負(fù)，所得PWM波也有正有負(fù)。在ur一周期內(nèi)，輸出PWM波只有±Ud兩種電平，仍在調(diào)制信號(hào)ur和載波信號(hào)uc的交點(diǎn)控制器件通斷。ur正負(fù)半周，對(duì)各開(kāi)關(guān)器件的控制規(guī)律相同，當(dāng)ur >uc時(shí)，給V1和V4導(dǎo)通信號(hào)，給V2和V3關(guān)斷信號(hào)，如io>0，V1和V4通，如io<0，VD1和VD4通， uo=Ud，當(dāng)ur<uc時(shí)，給V2和V3導(dǎo)通信號(hào)，給V1和V4關(guān)斷信號(hào)，如io<0，V2和V3

80、通，如io>0，VD2和VD3通，uo=-Ud。</p><p>　　單相橋式電路既可采取單極性調(diào)制，也可采用雙極性調(diào)制。</p><p>　　圖4-2單極性PWM控制方式波形</p><p>　　圖4-3雙極性PWM控制方式波形</p><p>　　4.3 PWM調(diào)制方法</p><p>　　采樣控制理論中有一

81、個(gè)重要結(jié)論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí),其效果基本相同.PWM控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ),對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制,使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖,用這些脈沖來(lái)代替正弦波或其他所需要的波形.按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制,既可改變逆變電路輸出電壓的大小,也可改變輸出頻率. </p><p>　　PWM控制的基本原理很早就已經(jīng)提出,但是受電力電子器件發(fā)展水平的

82、制約,在上世紀(jì)80年代以前一直未能實(shí)現(xiàn).直到進(jìn)入上世紀(jì)80年代,隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展,PWM控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用.隨著電力電子技術(shù),微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法,如現(xiàn)代控制理論,非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用,PWM控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展.到目前為止,已出現(xiàn)了多種PWM控制技術(shù),根據(jù)PWM控制技術(shù)的特點(diǎn),到目前為止主要有8類方法.本論文選用SPWM法。</p><p>　　S

83、PWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的,目前使用較廣泛的PWM法.前面提到的采樣控制理論中的一個(gè)重要結(jié)論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí),其效果基本相同.SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ),用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開(kāi)關(guān)器件的通斷,使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等,通過(guò)改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻

84、率和幅值。SPWM波是用正弦波與三角載波相互比較而產(chǎn)生的脈沖寬度與正弦波幅值成正比的方波信號(hào)，通常的硬件方法是通過(guò)由運(yùn)放所構(gòu)成的比較器電路將正弦與三角這兩種波輸入進(jìn)行比較而實(shí)現(xiàn)的。用軟件方法產(chǎn)生SPWM波的原理與傳統(tǒng)的硬件方法不同，主要通過(guò)通用定時(shí)器的周期寄存器和相關(guān)比較寄存器的匹配來(lái)實(shí)現(xiàn)的。周期寄存器載著給定三角波周期相應(yīng)的計(jì)數(shù)值，比較寄存器裝載著正弦波離散化后的各個(gè)比較點(diǎn)的幅值。設(shè)定定時(shí)器為連續(xù)增/減計(jì)數(shù)模式，當(dāng)定時(shí)器的計(jì)數(shù)值與比較

85、寄存器中的值相等時(shí)發(fā)生比較匹配時(shí)，相應(yīng)引腳的輸出電平發(fā)生翻轉(zhuǎn)，從而得到寬度不等的PWM波。如果需改變?nèi)遣ㄝd波頻率和比</p><p>　　4.4本設(shè)計(jì)的主要電路及其分析</p><p>　　4.4.1交流采樣電路</p><p>　　系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程，由于硬件出錯(cuò)，操作失誤，噪聲干擾等因素，會(huì)產(chǎn)生許多非正常激勵(lì)，造成軟件故障。</p><p>

86、　　對(duì)于輸入信號(hào)和反饋信號(hào)采取讀數(shù)延時(shí)和數(shù)字濾波技術(shù)來(lái)減小干擾信號(hào)的影響。讀數(shù)延時(shí)是指在通道啟動(dòng)后，先空讀二次數(shù)據(jù)，即前兩次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)不要，排除通道切換中產(chǎn)生的信號(hào)擾動(dòng)。</p><p>　　數(shù)字濾波就是用軟件實(shí)現(xiàn)某種數(shù)學(xué)運(yùn)算，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，來(lái)達(dá)到濾波的效果。模擬信號(hào)都必須經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后才能為STC89C51接受，干擾作用于模擬信號(hào)后，使A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果偏離真實(shí)值。如果僅采樣一次，是無(wú)法確定該結(jié)果是否可信，必須

87、多次采樣，得到一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)系列，通過(guò)某種處理后，才能得到一個(gè)可信度較高的結(jié)果。這種從數(shù)據(jù)系列中提取逼近真值數(shù)據(jù)的軟件算法，通常稱為數(shù)字濾波算法。</p><p>　　由圖4-1單相橋式PWM逆變電路與圖2-1 并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置框圖可以看到調(diào)制信號(hào)Uref為模擬電網(wǎng)電壓的正弦參考信號(hào)，我們?cè)O(shè)定其峰峰值為2V，頻率為45HZ~55HZ。下圖4-4瞬時(shí)值采樣電路，考慮到單片機(jī)采樣不到負(fù)值瞬時(shí)電壓，于是把信號(hào)電壓

88、抬高，從而確定單片機(jī)采樣到的電壓信號(hào)在0——5V之間。</p><p>　　圖4-4交流采樣電路</p><p>　　4.4.2采樣信號(hào)輸入與控制信號(hào)的輸出</p><p>　　然后我們需要把采樣得到的信號(hào)輸出，輸出端口設(shè)定為IN1，把信號(hào)連接到單片機(jī)和芯片上進(jìn)行處理。使單片機(jī)和芯片工作。</p><p>　　TLC1543是CMOS、10位

89、開(kāi)關(guān)電容逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。這些器件有三個(gè)輸入端和一個(gè)3態(tài)輸出端片選CS、輸入/輸出時(shí)鐘（I/O CLOCK） 、 地址輸入（ADDRESS） 和數(shù)據(jù)輸出DATA OUT，這樣就和主處理器的串行口有一個(gè)直接的4線接口。這些器件可以從主機(jī)高速傳輸數(shù)據(jù)。除了高速的轉(zhuǎn)換器和通用的控制能力外， 這些器件有一個(gè)片內(nèi)的14通道多路器可以選擇11個(gè)輸入中的任何一個(gè)或 3 個(gè)內(nèi)部自測(cè)試（ self-test ）電壓中的一個(gè)。采樣-保持是自動(dòng)的。在轉(zhuǎn)換結(jié)

90、束時(shí)，“轉(zhuǎn)換結(jié)束”（ EOC ）輸出端變高以指示轉(zhuǎn)換的完成。這些器件中的轉(zhuǎn)換器結(jié)合外部輸入的差分高阻抗的基準(zhǔn)電壓，具有簡(jiǎn)化比率轉(zhuǎn)換、刻度以及模擬電路與邏輯電路和電源噪聲隔離的特點(diǎn)。</p><p>　　89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)

91、。89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。</p><p

92、>　　圖4-5芯片TLC154連接圖</p><p>　　圖4-6 89S51連接圖</p><p>　　4.4.3 ＴLC5615的信號(hào)控制</p><p>　　圖4-7芯片TLC5615與電容的連接電路圖</p><p>　　調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)芯片TLC1543與89S51，作為一個(gè)信號(hào)的任務(wù)完成了，這輪到芯片來(lái)控制輸出信號(hào)p10，p12

93、，p15，p16。這樣作用信號(hào)來(lái)控制芯片TLC5615。 </p><p>　　4.4.4PWM波形信號(hào)處理</p><p>　　由圖4-8可以看到輸出信號(hào)有兩部分，SINLUT1和SINOUT2，兩個(gè)信號(hào)所要輸入的電路結(jié)構(gòu)圖都是差不多，那么我就舉例SINLUT1的信號(hào)處理。</p><p>　　SINLUT1信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器的一系列的變換和處理后輸出PWM1的信

94、號(hào)。同樣SINLUT2也會(huì)經(jīng)過(guò)相同的電路輸出PWM2的信號(hào)，如圖4-8。如后PWM1和PWM2會(huì)輸入驅(qū)動(dòng)電路，如圖4.4.4b</p><p>　　驅(qū)動(dòng)電路是指將輸出的PWM進(jìn)行放大，隔離，從而可以安全驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)器件的電路。驅(qū)動(dòng)電路采用IR公司的專用驅(qū)動(dòng)芯片IR2110。IR2110是一款高電壓，高速的功率MOSFET和IGBT驅(qū)動(dòng)芯片，邏輯輸入與標(biāo)準(zhǔn)CMOS或LSTTL集成中路兼容。</p><

95、;p>　　圖4-8正弦輸出信號(hào)處理電路圖</p><p><b>　　圖4-9驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　圖中C97，D63分別為自舉電容和二極管，C23為VCC的濾波電容。假定在T1關(guān)斷期間C97己充到足夠的電壓（VC1=VCC）。當(dāng)HIN為高電平VM1開(kāi)通，VM2關(guān)斷，VC1加到T1的門極和發(fā)射極之間，C97通過(guò)VM1，Rg1和T1門極柵極電容Cg

96、c1放電，Cgc1被充電。此時(shí)VC1可等效為一個(gè)電壓源。當(dāng)HIN為低電平時(shí)，VM2開(kāi)通，VM1斷開(kāi)，V1柵電荷經(jīng)Rg1，VM2迅速釋放，T1關(guān)斷。經(jīng)短暫的死區(qū)時(shí)間（td）之后，LIN為高電平，T2開(kāi)通，VCC經(jīng)D63，T2給C1充電，迅速為C97補(bǔ)充能量。如此循環(huán)反復(fù)。D55，D57和D63都必須選用超快恢復(fù)二極管。由于逆變?nèi)珮螂娐饭灿兴膫€(gè)功率開(kāi)關(guān)器件，所以需要兩片IR2110驅(qū)動(dòng)芯片[1]。</p><p>　

97、　IR2110芯片具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　1.具有電壓自舉特性，電壓可以達(dá)到500V——600V，能承受暫時(shí)負(fù)電壓dv/dt的沖擊；</p><p>　　2.門極驅(qū)動(dòng)電壓范圍在10V——20V之間，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)；</p><p>　　3.當(dāng)門極驅(qū)動(dòng)電壓欠壓時(shí)，脈沖封鎖；</p><p>　　4.響應(yīng)速度快（典型Ton/Toff=12

98、0/94na）;</p><p>　　5.適合于MOSFET管和IGBT管提供脈沖，集成度高，可驅(qū)動(dòng)同一橋臂的開(kāi)關(guān)管；</p><p>　　6.成本低，易于調(diào)試，并沒(méi)有外部保護(hù)封鎖斷口；</p><p>　　7.上管驅(qū)動(dòng)采用外部自舉電容上電，驅(qū)動(dòng)電路數(shù)目較其它IC驅(qū)動(dòng)減小。</p><p>　　4.4.5逆變電路的IGBT控制</p&g

99、t;<p>　　由上面的總結(jié)我們可以知道下圖4-10是一個(gè)電壓型單相全橋逆變電路結(jié)構(gòu)圖，我們可以用直流穩(wěn)壓電源和可變電阻模擬光伏電池作為其輸入端口1.2,請(qǐng)參考圖2-1 并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置框圖。圖中輸入端AB是圖4-9驅(qū)動(dòng)電路的輸出控制信號(hào)AB，同理CD也是另一個(gè)啟動(dòng)電路所輸出的控制信號(hào)。這些信號(hào)控制4各IGBT管的開(kāi)閉，以使逆變電路的輸出信號(hào)能得到一個(gè)理想的PWM波形,這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的波形也稱S

100、PWM（Sinusoidal PWM）波形。其波形圖可以參考圖4-1單極性PWM控制方式波形的下半圖。</p><p>　　圖4-10電壓型單相全橋逆變電路結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　4.4.6反饋信號(hào)的處理</p><p>　　由圖2-1 并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置框圖可以知道，Uf作為一個(gè)反饋給控制電路的電壓信號(hào)，它的作用是修正電路中的不同步現(xiàn)象，可以這樣說(shuō)uo1通過(guò)工頻

101、變壓器T，輸出一個(gè)信號(hào)uf，uf作為一個(gè)反饋電壓輸入到圖4-11的EF端口，信號(hào)通過(guò)運(yùn)算放大器和電容穩(wěn)定濾波的一系列作用后輸出信號(hào)IN4,IN4作為一個(gè)信號(hào)輸入到圖4.4.2芯片TLC1543與89S51的連接圖（上圖）中IN4端口。這樣模擬電網(wǎng)電壓的正弦參考信號(hào)Uref和反饋修正信號(hào)通過(guò)單片機(jī)和芯片來(lái)控制逆變電路的輸出信號(hào)。</p><p>　　圖4-11反饋信號(hào)電路結(jié)構(gòu)圖</p><p&g

102、t;<b>　　4.4.7濾波電路</b></p><p>　　系統(tǒng)工作在并網(wǎng)逆變模式時(shí)，逆變側(cè)電感的作用非常重要，它的取值不僅影響到電流環(huán)的動(dòng)，靜態(tài)響應(yīng)，而且還制約并網(wǎng)系統(tǒng)的輸出功率，系統(tǒng)功耗，直流電壓的確定等等。具體作用體現(xiàn)在：</p><p>　　（1）濾除并網(wǎng)系統(tǒng)交流側(cè)PWM諧波電流，使實(shí)現(xiàn)交流側(cè)正弦波電流，功率因素為1。</p><p&g

103、t;　?。?）在保證獲得良好的并網(wǎng)電流波形的同時(shí)，還可以根據(jù)需要向電網(wǎng)輸送無(wú)功功率，甚至實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)純電感，純電容運(yùn)行特性。</p><p>　　（3）使并網(wǎng)系統(tǒng)獲得了一定的阻尼特性，從而有利于控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。</p><p>　　因此濾波電路的存在是必須的。</p><p>　　圖4-12濾波電路與工頻變壓器</p><p><b&g

104、t;　　5.軟件部分</b></p><p>　　軟件是數(shù)字控制系統(tǒng)的靈魂，它在系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)高效的控制算法和豐富的系統(tǒng)功能，充分體現(xiàn)了數(shù)字控制系統(tǒng)的優(yōu)越性。軟件框架設(shè)計(jì)的是否合理，控制算法的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的功能和性能。本文結(jié)合處理器STC89C51特性設(shè)計(jì)了程序?qū)崿F(xiàn)并網(wǎng)控制。系統(tǒng)程序采用模塊化設(shè)計(jì)，流程簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)清晰，提高了程序的通用性并且具有較好的移植性。</p>&

105、lt;p>　　5.1MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)：</p><p>　　8051是MCS-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說(shuō)明：</p><p><b>　　中

106、央處理器：</b></p><p>　　中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。</p><p>　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)：</p><p>　　8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它