太陽(yáng)能光伏發(fā)電畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、<p>　　目錄 </p><p><b>　　1前言1</b></p><p>　　1.1太陽(yáng)能發(fā)電應(yīng)用的背景1</p><p>　　1.2 光伏發(fā)電的現(xiàn)狀及發(fā)展1</p><p>　　1.2.1 國(guó)內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)1</p><

2、;p>　　1.2.2 世界光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢(shì)2</p><p>　　1.2.3 研究的意義2</p><p>　　1.3本課題所研究的內(nèi)容3</p><p>　　2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電工作方式及系統(tǒng)組成4</p><p>　　2.1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成4</p><p>　　2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)

3、的工作方式5</p><p>　　2.2.1 獨(dú)立運(yùn)行方式5</p><p>　　2.2.2 并網(wǎng)運(yùn)行方式5</p><p>　　2.2.3 混合運(yùn)行方式6</p><p>　　2.3光伏陣列MPPT跟蹤控制6</p><p>　　2.3.1光伏陣列輸出特性6</p><p>　　2

4、.3.2 MPPT控制方法8</p><p>　　2.4并網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行的檢測(cè)與孤島效應(yīng)防止10</p><p>　　2.5并網(wǎng)數(shù)字鎖相11</p><p>　　3單元模塊設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1.1 防反接電路12</p>

5、<p>　　3.1.2輔助電源電路13</p><p>　　3.1.3由IR2101進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的BUCK降壓電路14</p><p>　　3.1.4推挽升壓整流電路15</p><p>　　3.1.5 SG3525驅(qū)動(dòng)電路16</p><p>　　3.1.6DC/AC逆變電路16</p><p>　　

6、3.1.7TLP250構(gòu)成的隔離驅(qū)動(dòng)電路17</p><p>　　3.1.8直流電壓電流取樣電路18</p><p>　　3.1.9交流電壓取樣電路19</p><p>　　3.1.10電網(wǎng)電壓同步信號(hào)采樣電路20</p><p>　　3.1.11最小系統(tǒng)電路20</p><p>　　3.2電路參數(shù)的計(jì)算及元

7、器件的選擇22</p><p>　　3.2.1蓄電池的選擇22</p><p>　　3.2.2光伏電池的選擇23</p><p>　　3.2.3主要功率開(kāi)關(guān)管的選擇23</p><p>　　3.2.4直流電壓傳感器的選擇24</p><p>　　3.2.5直流電流傳感器的選擇25</p>&l

8、t;p>　　3.2.6交流電壓傳感器的選擇26</p><p>　　3.3特殊器件的介紹26</p><p>　　3.3.1芯片SG3525的介紹26</p><p>　　3.3.2單片機(jī)STC12C5A60S2的介紹27</p><p>　　3.4高頻變壓器的設(shè)計(jì)30</p><p>　　3.4.1磁

9、芯幾何尺寸的設(shè)計(jì)30</p><p>　　3.4.2變壓器線圈匝數(shù)的計(jì)算32</p><p>　　3.5各單元模塊的聯(lián)接34</p><p><b>　　4軟件設(shè)計(jì)35</b></p><p>　　4.1軟件設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)所用工具35</p><p>　　4.2主要軟件設(shè)計(jì)流程框圖及說(shuō)明

10、35</p><p>　　4.2.1系統(tǒng)總體軟件流程圖35</p><p>　　4.2.2擾動(dòng)觀察法（MPPT）軟件流程圖36</p><p>　　4.2.3主動(dòng)頻率擾動(dòng)法（AFD）軟件流程圖37</p><p><b>　　5系統(tǒng)調(diào)試39</b></p><p><b>　　

11、6結(jié)論42</b></p><p><b>　　7總結(jié)與體會(huì)43</b></p><p><b>　　8謝辭44</b></p><p><b>　　9參考文獻(xiàn)45</b></p><p>　　附錄1：系統(tǒng)總設(shè)計(jì)圖46</p><p&g

12、t;　　附錄2：系統(tǒng)相關(guān)程序48</p><p>　　附錄3：外文資料翻譯55</p><p><b>　　1前言</b></p><p>　　1.1太陽(yáng)能發(fā)電應(yīng)用的背景</p><p>　　在突飛猛進(jìn)的今天，我們主要是以煤炭、石油和天然氣等化石能源作為我們?nèi)粘５闹饕茉?。然而?jīng)過(guò)人們幾千年，特別是最近幾百年的消耗，

13、這些化石能源已經(jīng)被消耗了相當(dāng)大的比例，如果按照現(xiàn)在這個(gè)消耗速度發(fā)展下去的話，隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人口的劇烈增加和生活水平的提高，有朝一日地球上的化石能源會(huì)被消耗殆盡。</p><p>　　由此可見(jiàn)，對(duì)于能源匱乏的今天，我們必須清楚，以石油為主要能源的日子即將不復(fù)存在了。因此，我們必須提前準(zhǔn)備，未雨綢繆，找到一種新能源來(lái)替代化石能源。并且，以石油為主的化石能源的大量開(kāi)發(fā)和使用用是造成我們生存環(huán)境日益惡劣的主要

14、原因之一，例如燃燒化石能源所排放出的二氧化碳?xì)怏w和含硫氧化物是直接導(dǎo)致溫室溫室效應(yīng)的發(fā)生以及酸雨的產(chǎn)生， 據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)全世界每天都會(huì)產(chǎn)生大約1億噸的溫室效應(yīng)氣體，如果我們不及時(shí)對(duì)溫室氣體采取相應(yīng)的減排措施，科學(xué)家預(yù)計(jì)，全球的平均氣溫每隔10年將會(huì)提高0.2℃，到了2100年全球的平均氣溫將會(huì)提高13.5℃，這個(gè)數(shù)字對(duì)我們來(lái)說(shuō)很恐怖，這無(wú)疑不將對(duì)我們的生存空間帶來(lái)威脅。在21世紀(jì)，社會(huì)和國(guó)家面臨著經(jīng)濟(jì)和文化的可持續(xù)發(fā)展雙重挑戰(zhàn)，在有限的資源

15、和有關(guān)環(huán)保要求的制約下發(fā)展經(jīng)濟(jì)是當(dāng)下的熱點(diǎn)問(wèn)題，這就在考驗(yàn)我們既要尋找到替代能源并且該能源一定要是清潔的可再生能源。當(dāng)煤炭、天然氣和石油等不可再生能即將消耗殆盡之時(shí)，能源短缺問(wèn)題就理所當(dāng)然的成為了制約世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要原因，這就使得現(xiàn)在許多的國(guó)家開(kāi)始實(shí)行“陽(yáng)光計(jì)劃”，開(kāi)發(fā)和利用太陽(yáng)能，努力尋找經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新的推動(dòng)力。太陽(yáng)能作為一種新能源，</p><p>　　1.2 光伏發(fā)電的現(xiàn)狀及發(fā)展</p>&l

16、t;p>　　1.2.1 國(guó)內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)</p><p>　　1958年我國(guó)正式開(kāi)始發(fā)展太陽(yáng)能電池，并且在同一年里第一個(gè)具有實(shí)用意義的太陽(yáng)能電池研制成功。并且令人很高興的是大約在1970年將太陽(yáng)能電磁首次應(yīng)用在了某些浮標(biāo)燈上。到了20世紀(jì)80年代后期，我國(guó)的光伏電池的生產(chǎn)越來(lái)越強(qiáng)大到后面的生產(chǎn)容量達(dá)到了大約是4.5MP。到現(xiàn)在我國(guó)在一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)上也安裝有光伏電站，容量一般在20—80 MWp,主要為當(dāng)

17、地的居民提供電力。從1998年以來(lái)，我國(guó)的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的年平均增長(zhǎng)速度達(dá)到了35.7%，特別是近5年來(lái)我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)量更是增加了37%。我國(guó)目前共有幾百家光伏生產(chǎn)企業(yè)和銷售企業(yè)，到2004年，我國(guó)光伏電池的產(chǎn)量為36 MWp，光伏組件產(chǎn)量為100 MWp呈現(xiàn)出了我國(guó)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的一個(gè)良好的發(fā)展前景，如果按照現(xiàn)有的發(fā)展速度我國(guó)的光伏產(chǎn)量不出20年即可達(dá)到10GWp左右，每年可以創(chuàng)造數(shù)十億的經(jīng)濟(jì)效益，這也將產(chǎn)生比較可觀的環(huán)境效益和社會(huì)效益

18、。在這些年來(lái)中國(guó)的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)還不是很成熟，目前該技術(shù)主要應(yīng)用與農(nóng)村，通信等簡(jiǎn)易的設(shè)備當(dāng)中，對(duì)于這些產(chǎn)品，用于商業(yè)化的占到了大部分，政府支持占了另外一部分。并網(wǎng)發(fā)電目前對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō)還不是很成熟，主要是成本太高了。</p><p>　　1.2.2 世界光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀和趨勢(shì)</p><p>　　現(xiàn)在國(guó)際上有許多太陽(yáng)能發(fā)電的研究與開(kāi)發(fā)都是具有領(lǐng)先地位的主要是德國(guó)、美國(guó)、日本和澳大利亞等一些發(fā)

19、達(dá)國(guó)家，以澳大利亞為例，其在太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)和研究上占世界領(lǐng)先的地位，并且后面提出了第三代光伏電池的概念，對(duì)于光伏產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)又是一個(gè)里程碑式的進(jìn)步，還有其他一些國(guó)家對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)的開(kāi)發(fā)也是很發(fā)達(dá)的，具有代表性的就是日本、美國(guó)、德國(guó)和西班牙。自從20世紀(jì)80年代以來(lái)，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度令人難以置信，可以說(shuō)是一年比一年增加，到了后期，它的發(fā)展更為迅速，已然讓世界看到了能源的希望，1997年世界光伏電池組件的總產(chǎn)量達(dá)到了200 MWp，其中，美

20、國(guó)占80.2 MWp，日本占48 MWp，歐洲占47.2 MWp，其他國(guó)家分別占了19.2 MWp。世界上光伏發(fā)電工業(yè)在1997—2001年之間的平均年增長(zhǎng)率達(dá)到了35.5%。在最近10年之間全球的光伏太陽(yáng)能電池產(chǎn)量達(dá)到2400MWp。目前小型光伏發(fā)電主要應(yīng)用與一些家庭用戶，中大型光伏發(fā)電系統(tǒng)主要應(yīng)用于一些電站，該類型發(fā)電系統(tǒng)主要結(jié)合并網(wǎng)進(jìn)行使用，總之現(xiàn)在光伏發(fā)電量的比例逐年增加。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)在2007年全球太陽(yáng)能發(fā)電容量已達(dá)2826 M

21、Wp，其中德國(guó)占47%，</p><p>　　1.2.3 研究的意義</p><p>　　伴隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，太陽(yáng)能發(fā)電越來(lái)越普遍，因?yàn)樗鼘儆谇鍧嵞茉矗炔粫?huì)產(chǎn)生溫室氣體排放，也不污染環(huán)境，是取之不盡用之不絕的可再生能源。我做這個(gè)題目是在利用我們學(xué)的知識(shí)，在力所能及的范圍內(nèi)，努力為清潔能源事業(yè)做點(diǎn)微薄貢獻(xiàn)，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，提高自己的專業(yè)技能和提升對(duì)清潔能源利用方式的認(rèn)識(shí)，并通過(guò)

22、和同學(xué)老師的交流，擴(kuò)大利用清潔能源方面的科學(xué)宣傳。</p><p>　　1.3本課題所研究的內(nèi)容</p><p>　　本課題是以輸出功率為200W的逆變系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，是屬于小功率的光伏發(fā)電系統(tǒng)，根據(jù)所給的研究課題，我主要是針對(duì)逆變系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)和蓄電池儲(chǔ)能充電控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。</p><p>　　第一部分：根據(jù)逆變系統(tǒng)輸出功率為200W的大小來(lái)對(duì)太陽(yáng)能板和蓄電

23、池的容量進(jìn)行選擇，其中包括MPPT以及蓄電池充電控制。</p><p>　　第二部分：簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)DC/DC和DC/AC主電路拓?fù)鋱D。其中包括MOSFET功率驅(qū)動(dòng)電路。</p><p>　　第三部分：該系統(tǒng)控制部分是基于單片機(jī)進(jìn)行控制。</p><p>　　2 太陽(yáng)能光伏發(fā)電工作方式及系統(tǒng)組成 </p><p>　　2.1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組

24、成</p><p>　　1.太陽(yáng)能光伏電池方陣</p><p>　　單個(gè)太陽(yáng)能電池的輸出功率比較小，目前在該行業(yè)中最大的輸出功率都在5Wp一下更小，為了滿足不同等級(jí)負(fù)載的供電需要，我們一般把每個(gè)單體太陽(yáng)能電池進(jìn)行串并聯(lián)，就成為了太陽(yáng)能電池組件，此時(shí)的功率比單個(gè)光伏電池的功率就要大很多了，但是目前應(yīng)用最廣的還是小功率的光伏模塊，因?yàn)楸阌趯?shí)現(xiàn)和安裝等因數(shù)，但是當(dāng)應(yīng)用的地方需要比較高的電壓和電流

25、而單個(gè)組件并不能滿足其要求時(shí)，我們就將同規(guī)格的光伏模塊并聯(lián)或者串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成太陽(yáng)能電池方陣，即可以提供更高的輸出功率，有可以滿足人們對(duì)電壓電流的需要。</p><p><b>　　2.防反充二極管</b></p><p>　　當(dāng)光伏電池不發(fā)電等因素可能引起光伏蓄電池對(duì)光伏電池進(jìn)行反充的時(shí)候。我們就需要在它們之間接上一個(gè)反充二極管，起單向?qū)ǖ淖饔谩Ｒ笤摱O管要能夠承受

26、較大的電流，并且正向?qū)▔航狄?，反向的飽和電流要小。一般我們選擇較為合適的整流二極管就行了。</p><p><b>　　3.蓄電池組</b></p><p>　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)僅僅只有在白天有陽(yáng)光的時(shí)候才能發(fā)電，而我們一般用電的時(shí)間會(huì)是在晚上，所以就會(huì)用到蓄電池，它的作用又是用來(lái)儲(chǔ)存能量的，當(dāng)光伏電池發(fā)出多余的電能，我們就可以用蓄電池將它儲(chǔ)存以備后面使用，但是

27、對(duì)于蓄電池的選擇是有講究的，需要考慮很多因素，比如放電深度等等。目前應(yīng)用于光伏發(fā)電的蓄電池主要是鉛酸蓄電池。</p><p>　　4.控制器（DC/DC ）</p><p>　　DC/DC變換部分的作用主要有一個(gè)升壓的作用，讓光伏電池端電壓升到逆變器要求的電壓等級(jí)，并且有些DC/DC還有一個(gè)最大功率跟蹤作用，因?yàn)楣夥姵刂苯拥霓D(zhuǎn)換效率很低。如果我們不加以控制而是直接提供給負(fù)載，那么太陽(yáng)能光

28、伏陣列的光電轉(zhuǎn)換效率非常低。因此，控制系統(tǒng)不僅需要對(duì)DC-DC變換和DC-AC變換基本控制外，還需要在DC—DC變換中增加MPPT控制，以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光伏陣列輸出最大功率。</p><p>　　5.逆變器（DC/AC）</p><p>　　對(duì)于逆變器，顧名思義，就是起逆變的作用，能將直流電轉(zhuǎn)化為交流電的裝置，對(duì)于逆變器的好壞，我們判斷的主要參數(shù)是變換的可靠性和轉(zhuǎn)換效率要求較高。</p&

29、gt;<p>　　有些光伏發(fā)電系統(tǒng)不含蓄電池，被人們稱為“不可調(diào)度式光伏發(fā)電系統(tǒng)”這類系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示： </p><p>　　圖2-1 不可調(diào)度式光伏發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　含有蓄電池的光伏系統(tǒng)就是“可調(diào)度式”，它的結(jié)構(gòu)圖如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2 可調(diào)度式光伏發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　

30、本課題主要研究的是含有蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。</p><p>　　2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作方式</p><p>　　光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作方式主要有獨(dú)立運(yùn)行模式、并網(wǎng)運(yùn)行和混合運(yùn)行三種模式。它是根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，輸出功率、負(fù)載和交流電網(wǎng)等因素來(lái)判斷該系統(tǒng)處于什么樣的工作方式。</p><p>　　2.2.1 獨(dú)立運(yùn)行方式</p><p>　　獨(dú)立

31、運(yùn)行方式顧名思義是可以單獨(dú)運(yùn)行的系統(tǒng)，它是指脫離電網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)。它可以用來(lái)作為一些便攜式設(shè)備的供電電源，向遠(yuǎn)離現(xiàn)有電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)和設(shè)備供電。如圖2-3所示：</p><p>　　圖2-3 獨(dú)立運(yùn)行方式</p><p>　　2.2.2 并網(wǎng)運(yùn)行方式</p><p>　　與孤立運(yùn)行方式的太陽(yáng)能光伏電站相比，并入電網(wǎng)可以將多余的電能回送給電網(wǎng)，也不用考慮供電的穩(wěn)定

32、性和質(zhì)量問(wèn)題，大大的提高了太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的效率，當(dāng)然該系統(tǒng)所輸出的交流電必須滿足并網(wǎng)的條件。如圖2-4所示：</p><p>　　圖2-4 并網(wǎng)運(yùn)行方式</p><p>　　我本次設(shè)計(jì)的就是該系統(tǒng)，我將在后面的章節(jié)做具體的闡述。</p><p>　　2.2.3 混合運(yùn)行方式</p><p>　　目前比較常見(jiàn)的混合型系統(tǒng)是風(fēng)一光互補(bǔ)系統(tǒng)，混合型

33、光伏發(fā)電系統(tǒng)是指在光伏發(fā)電的基礎(chǔ)上再增加一些其它發(fā)電的系統(tǒng)以彌補(bǔ)因光伏發(fā)電系統(tǒng)受一些影響造成的發(fā)電不足等因素帶來(lái)的供電不連續(xù)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-5所示：</p><p>　　圖2-5 混合運(yùn)行方式</p><p>　　2.3光伏陣列MPPT跟蹤控制</p><p>　　2.3.1光伏陣列輸出特性</p><p>　　為了比較好地講清楚光伏

34、陣列的輸出特性，我們畫出了單個(gè)光伏電池的等效電路模型如圖2-6所示。在該電路中，可以看做是一個(gè)恒流源并聯(lián)一個(gè)二極管，一個(gè)電阻再串聯(lián)一個(gè)電阻。在做等效分析的時(shí)候我們盡可能的讓RS處于很小的值，而RSH就可能的處于一個(gè)很大的值。</p><p>　　圖2-6 光伏電池等效電路</p><p>　　根據(jù)圖2-6電池的等效原理圖，我們可以列出單個(gè)太陽(yáng)能電池的V--I特性方程：</p>

35、<p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　（2-4）</b&g

36、t;</p><p><b>　　（2-5）</b></p><p>　　將式（2-2）（2-3）（2-4）（2-5）帶入（2-1）可得式（2-6）:</p><p><b>　?。?-6 ）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p

37、><b>　　I——負(fù)載電流</b></p><p><b>　　U一一電池端電壓</b></p><p><b>　　IPH一一光生電流</b></p><p>　　S一一光照強(qiáng)度(W/m2)</p><p>　　T一一電池溫度(K)</p><p&

38、gt;　　Id0——二極管反向電流</p><p>　　RS一一串聯(lián)電阻(取RS=0.0419Ω)</p><p>　　Rsh一一分流電阻(取Rsh=2000Ω)</p><p>　　Ct一一溫度補(bǔ)償系數(shù)(1.6mA/K)</p><p>　　Eg一一禁帶寬度電壓(1.13eV)</p><p>　　K——玻爾茲曼常數(shù)

39、(1.38e一23 J/K)</p><p>　　q——電子電量(q=1．6x10-19C)</p><p>　　Cd一一溫度系數(shù)(Cd=10.O)</p><p>　　A一一P—N結(jié)系數(shù)(A=1.11)</p><p>　　S=1000W/m2 T=Tref時(shí)電池的短路電流(設(shè)ISC=-3A)</p><p>

40、;　　從式（2-1）到式（2-4）可以非常清楚地看到，光伏陣列的輸出電流與太陽(yáng)的光照強(qiáng)度S和電池的溫度T有關(guān)系，因此光伏陣列的輸出功率P與S、T同樣的存在著一定的關(guān)系，它們之間的這種關(guān)系是非線性的。圖2-7給出的是光伏電池在標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試條件下得到的最典型的輸出特性。其中太陽(yáng)能板的輸出開(kāi)路電壓wU和短路電流scI的大小由生產(chǎn)廠家給出。</p><p>　　由圖2-7光伏電池的輸出特性曲線可知, 當(dāng)輸出電壓很

41、低時(shí), 它的輸出電流是一條直線幾乎不變，此時(shí)我們就可以把它近視的看作是一個(gè)直流恒流電源。由圖可知光伏電池的P-U曲線是外凸的曲線，它是隨著電壓的變化而發(fā)生變化的，在這變化之中必然存在一個(gè)最大功率點(diǎn)，我們要跟蹤的就是這個(gè)點(diǎn)。 </p><p>　　圖 2-7 太陽(yáng)能電池典型輸出曲線</p><p>　　2.3.2 MPPT控制方法</p><p>　　對(duì)于最

42、大功率跟蹤，目前有許多的方法來(lái)進(jìn)行控制，對(duì)于小功率系統(tǒng)來(lái)講比較常用的最大功率跟蹤方法有：恒電壓跟蹤法(CVT)、擾動(dòng)觀察法。而對(duì)于大功率系統(tǒng)則一般用電導(dǎo)增量法等。通過(guò)P-V曲線可以知道，最大功率點(diǎn)跟許多因素有關(guān)，比如溫度、光照強(qiáng)度，它們之中任何一個(gè)因素改變都會(huì)引起輸出功率，所以這就大大的降低了光伏電池的效率，為了提高光伏電池的轉(zhuǎn)換效率，我們因此就盡量讓光伏輸出始終處于最大功率，所以這就要求我們對(duì)光伏最大功率的跟蹤和控制。</p&g

43、t;<p>　　恒電壓跟蹤法（CVT）</p><p>　　恒電壓跟蹤法顧名思義，就是讓電壓穩(wěn)定的意思。對(duì)于溫度和光照條件相對(duì)變化不大的情況下，根據(jù)P-V關(guān)系曲線可以知道，此時(shí)的最大功率點(diǎn)始終處于一個(gè)恒定電壓的附近，這對(duì)于我們來(lái)說(shuō)都可以大大的減少很多的工作量，因?yàn)槲覀冎灰尮夥姵氐亩穗妷菏冀K處于一個(gè)恒定值就可以使光伏電池工作在最大的功率輸出，而且這個(gè)最大功率對(duì)應(yīng)的恒定電壓我們也可以從生產(chǎn)廠家那里知

44、道，但是這種控制方式是沒(méi)有考慮溫度和光照對(duì)光伏最大功率點(diǎn)的影響而設(shè)計(jì)的，對(duì)于那些溫度變化較大的地方不應(yīng)用該方法去實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤，否則將會(huì)損失很多的電能。</p><p>　　這種控制方法的優(yōu)點(diǎn)是：可靠性較高，控制比較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定性也比較好，系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)振蕩，可以非常方便地通過(guò)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。而它的缺點(diǎn)是：控制精度較差差，特別是那些一年四季溫度變化比較大的地方；必須要有人工的操作才能才能很好的運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)。&l

45、t;/p><p><b>　　擾動(dòng)觀察法</b></p><p>　　擾動(dòng)觀察法也可以叫作功率比較法。其原理就是將控制器在每個(gè)控制周期用較小的該變量來(lái)改變光伏陣列的輸出，這個(gè)該變量既可以是電壓也可以是電流，并且與上一次檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)然這個(gè)較小的該變量是恒定不變的，跟上一次數(shù)據(jù)比較后，如果輸出功率增大則繼續(xù)向上一次的方向改變，如果輸出功率減小則向上一方向相反的 方向

46、進(jìn)行干擾，這樣光伏系統(tǒng)的工作點(diǎn)就可以接近最大功率點(diǎn)了，最后在這附近達(dá)到穩(wěn)定。在這個(gè)過(guò)程中要選擇比較適中的干擾量，太大精度相對(duì)較差，太小則跟蹤速度慢，效率太低。</p><p>　　擾動(dòng)觀察法的優(yōu)點(diǎn)有：模塊化控制回路，對(duì)測(cè)量工具的精度要求不高，跟蹤方法容易實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)答；而它的缺點(diǎn)有：只能在光伏陣列的最大功率點(diǎn)附近運(yùn)行，這其中必然導(dǎo)致一部分功率損失；跟蹤步長(zhǎng)難以確定，因?yàn)檫@與響應(yīng)速度是成反比的；在一些其它比較特殊的情

47、況下也會(huì)出現(xiàn)誤判的情況。所以，擾動(dòng)觀察法比較適合于一些光照照強(qiáng)度變化不大的地方。</p><p><b>　　電導(dǎo)增量法</b></p><p>　　由光伏電池的P-V曲線可知，最大功率點(diǎn)處的斜率為0，通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)后如下：</p><p><b>　　（2-7）</b></p><p><b&

48、gt;　　所以：</b></p><p><b>　?。?-8） </b></p><p><b>　　（2-9）</b></p><p>　　由公式可知，當(dāng)系統(tǒng)輸出的電導(dǎo)的變化量等于輸出電導(dǎo)的負(fù)值的時(shí)候，光伏電池此時(shí)就是工作在最大功率點(diǎn)。</p><p>　　電導(dǎo)增量法的優(yōu)點(diǎn)有：當(dāng)有光

49、照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，光伏陣列的輸出電壓可以以平緩的方式隨其變化，對(duì)其影響不是很大，而且穩(wěn)態(tài)時(shí)的電壓振蕩比較小。然而它的缺點(diǎn)有:這種方法存在誤判的現(xiàn)象，意思就是可能讓系統(tǒng)占時(shí)穩(wěn)定在一個(gè)假象的最大功率點(diǎn)，這與上述的擾動(dòng)觀察法是一個(gè)道理，而且該方法的變化步長(zhǎng)也是固定不變的。電導(dǎo)增量法適用于光照強(qiáng)度變化比較大的地方，但是這種方法對(duì)于控制硬件的要求相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高，這就務(wù)必導(dǎo)致設(shè)計(jì)成本的增加，所以不適合小功率的發(fā)電系統(tǒng)。</p><

50、;p>　　綜上所訴：上面的三種控制方式各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于功率大的光伏發(fā)電系統(tǒng)適合電導(dǎo)增量法控制，而對(duì)于一些中小型的光伏發(fā)電系統(tǒng)，我們更多的是選擇恒電壓跟蹤法和擾動(dòng)觀察法。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中我采用的是擾動(dòng)觀察法，在后面章節(jié)中會(huì)講到。</p><p>　　2.4并網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行的檢測(cè)與孤島效應(yīng)防止</p><p>　　有關(guān)它的概念比較簡(jiǎn)單。單獨(dú)運(yùn)行檢測(cè)

51、功能有被動(dòng)式檢測(cè)和主動(dòng)式檢測(cè)這兩種方式。</p><p>　　被動(dòng)式檢測(cè)方式是通過(guò)對(duì)電網(wǎng)的電壓頻率相位等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，檢測(cè)出單獨(dú)運(yùn)行狀態(tài)的方法。被動(dòng)式檢測(cè)方式有很多種，其中電壓相位跳躍檢測(cè)法比較常用，其檢測(cè)原理如圖2-8所示：</p><p><b>　　脫離</b></p><p><b>　　停止電網(wǎng)電壓</b>

52、</p><p><b>　　運(yùn)行信號(hào)</b></p><p>　　圖2-7 被動(dòng)式檢測(cè)</p><p>　　其檢測(cè)過(guò)程是：實(shí)時(shí)的檢測(cè)出交流電輸出的周期即頻率，當(dāng)發(fā)現(xiàn)該頻率于電網(wǎng)頻率差別很大時(shí)，我們就認(rèn)為此時(shí)已處于單獨(dú)運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)該及時(shí)的斷開(kāi)斷路器或者是脫離電網(wǎng)運(yùn)行。</p><p>　　主動(dòng)式檢測(cè)方式是指由逆變器的輸

53、出端直接主動(dòng)向系統(tǒng)發(fā)出電壓等變化量的擾動(dòng)信號(hào)，同時(shí)觀察電網(wǎng)是否受到一定的影響，并根據(jù)參數(shù)變化來(lái)判斷是否處于單獨(dú)的運(yùn)行狀態(tài)。主動(dòng)式檢測(cè)方式也有很多種，其中頻率偏移方式比較常用。其工作原理如圖2-8所示：</p><p><b>　　脫離</b></p><p>　　頻率停止電網(wǎng)電壓</p><p><b>　　變化運(yùn)行信號(hào)&l

54、t;/b></p><p>　　圖2-8 主動(dòng)式檢測(cè)</p><p>　　該方式是根據(jù)系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷情況，使光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的交流電的頻率始終在一個(gè)允許的變化范圍內(nèi)變化，在這個(gè)過(guò)程中根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)是不是能跟隨其變化從而可以判斷出是否其次是處于單獨(dú)的運(yùn)行狀態(tài)。</p><p>　　目前，世界上許多國(guó)家都在致力于光伏并網(wǎng)發(fā)電的孤島效應(yīng)防止的研究，到現(xiàn)在也還

55、沒(méi)有一種有效的方法來(lái)解決孤島效應(yīng)。</p><p><b>　　2.5并網(wǎng)數(shù)字鎖相</b></p><p>　　本文我采用的是數(shù)字鎖相的方法：首先運(yùn)用2路單片機(jī)的AD輸入口來(lái)捕獲計(jì)算電網(wǎng)電壓和逆變器輸出電流的頻率和相位，比較電網(wǎng)頻率和逆變器輸入頻率之后通過(guò)單片機(jī)來(lái)相應(yīng)的調(diào)節(jié)單片機(jī)輸出的SPWM載波頻率，通過(guò)這樣周而復(fù)始的檢測(cè)與對(duì)比，我們就可以使逆變器輸出與電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)同步

56、。</p><p><b>　　3單元模塊設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)</p><p>　　該系統(tǒng)各個(gè)模塊控制電路如圖3-1所示：</p><p><b>　　DC輸入385V</b></p><p><b>　　采 采&

57、lt;/b></p><p><b>　　樣 樣</b></p><p><b>　　直 直</b></p><p><b>　　流 流</b></p><p><b>　　電 電</b></p><p><b&

58、gt;　　壓 流</b></p><p><b>　　采樣交流</b></p><p><b>　　電壓</b></p><p><b>　　采 壓</b></p><p><b>　　樣 及</b></p><p>

59、<b>　　電 相</b></p><p><b>　　網(wǎng) 位</b></p><p><b>　　電</b></p><p>　　圖3-1系統(tǒng)模塊控制框圖</p><p>　　3.1.1 防反接電路</p><p>　　防止光伏電池反接電路如圖3-2所

60、示：</p><p>　　當(dāng)光伏電池正常接通時(shí)，此時(shí)二極管反向截止，這使得光伏電池能夠向負(fù)載正常輸出，但是當(dāng)光伏電池正負(fù)極接反時(shí)，此時(shí)二極管處于正向?qū)顟B(tài)，時(shí)光伏電池短路以至于不能向負(fù)載正常的輸出，所以該二極管實(shí)現(xiàn)了防反接保護(hù)的作用。</p><p>　　圖3-2 防反接電路</p><p>　　3.1.2輔助電源電路</p><p>　　

61、（1）.輸入為+12V，輸出為+5V的電源如圖3-3所示：</p><p>　　該電路可以為單片機(jī)等一些元器件提供+5V電壓。</p><p>　　圖3-3 輸出為+5V電源電路</p><p>　　在該電路中，電容C10的作用是改善紋波電壓，電容C11的作用是用來(lái)改善負(fù)載的瞬態(tài)效應(yīng)。</p><p>　　（2）.輸入為+12V，輸出為+-1

62、5V的電源如圖3-4所示：</p><p>　　該電路使用直流變換芯片MC34063與LM7815組合得到12 V和5 V的直流電，為硬件電路的各模塊提供所需電源。</p><p>　　圖3-4 輸出為+-15V電源電路</p><p>　　3.1.3由IR2101進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的BUCK降壓電路</p><p>　　該電路主要是要跟蹤最大功率點(diǎn)來(lái)

63、設(shè)計(jì)的，它的作用是通過(guò)改變MOSFET的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大功率跟蹤控制的作用，并且能夠?qū)︺U酸蓄電池進(jìn)行充電。該電路的設(shè)計(jì)主要是對(duì)功率開(kāi)關(guān)管和輸出濾波電感的選擇。在后面章節(jié)元器件的選擇中會(huì)有所介紹。如圖3-5所示：</p><p>　　圖3-5 BUCK電路</p><p>　　BUCK電路的原理我簡(jiǎn)單說(shuō)一下：</p><p>　　如圖3-5所示，當(dāng)MOSFE

64、T也就是Q1的源極和柵極之間的電壓大于一定數(shù)值時(shí)驅(qū)動(dòng)Q1導(dǎo)通，此時(shí)光伏電池向負(fù)載供電，負(fù)載電壓大小等于光伏電壓，負(fù)載的電流呈指數(shù)曲線上升。</p><p>　　當(dāng)下一時(shí)刻控制Q1關(guān)斷時(shí)，此時(shí)負(fù)載電流經(jīng)二極管D4續(xù)流，此時(shí)的負(fù)載電壓近似等于零，而負(fù)載電流是呈指數(shù)曲線下降。到一個(gè)周期結(jié)束時(shí)，再去驅(qū)動(dòng)Q1導(dǎo)通，如此重復(fù)上一個(gè)周期的過(guò)程。當(dāng)BUCK電路工作在穩(wěn)態(tài)時(shí)，此時(shí)負(fù)載上電壓的平均值為：</p>&

65、lt;p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　上式中，為Q1處于導(dǎo)通狀態(tài)下的時(shí)間；為Q1處于關(guān)斷狀態(tài)下的時(shí)間；為開(kāi)關(guān)</p><p>　　的周期；為導(dǎo)通占空比。</p><p>　　由上式（3-1）可知，負(fù)載上的電壓的最大值為，當(dāng)減小占空比時(shí)，此時(shí)的也減小。因此該電路是有一個(gè)降壓作用的降壓斬波電路。</p>

66、<p>　　改變占空比的方式有很多種，其中包括脈沖寬度調(diào)制（PWM）、頻率調(diào)制和混合型調(diào)制三種方式，本設(shè)計(jì)采用的是脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式。即改變占空比也即是保持Q1的周期不變，調(diào)節(jié)Q1的導(dǎo)通時(shí)間。</p><p>　　3.1.4推挽升壓整流電路</p><p>　　推挽升壓整流電路如圖3-6所示：</p><p>　　圖3-6 推挽升壓電路</p

67、><p>　　此電路的主要作用在于升壓，以達(dá)到后級(jí)逆變電路輸入電壓大小的要求，盡可能多的提高逆變效率。</p><p>　　在該電路中升壓部分用的是一對(duì)IRFP350，主變壓器用的是EE42，前級(jí)推挽部分的供電采用對(duì)稱平衡方式，這樣做有二個(gè)好處，保證不會(huì)出現(xiàn)單邊發(fā)熱現(xiàn)象，也可以保證二個(gè)功率管的對(duì)稱性，二是可以減少PCB反面堆錫層的電流密度，當(dāng)然，也可以大大減小因?yàn)殡娏鞑黄胶庖鸬母蓴_。高壓整流

68、二極管，用的是RHRP8120，這種管子可靠性很好。高壓濾波電容是470uf/450V的，在可能的情況下，我們盡可能用的容量大一些，對(duì)改善高壓部分的負(fù)載特性和減少干擾都有一定的好處。</p><p>　　3.1.5 SG3525驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　SG3525驅(qū)動(dòng)電路如圖3-7所示：</p><p>　　圖3-7 SG3525驅(qū)動(dòng)電路</p>

69、<p>　　該電路的主要作用在于對(duì)推挽電路中功率管的驅(qū)動(dòng)，并且對(duì)推挽升壓整流之后的電壓進(jìn)行穩(wěn)壓的作用，由SG3525 輸出兩路的頻率為52KHz的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)門極驅(qū)動(dòng)電路加在推挽電路的兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管的門極上。而且為了保證輸出電壓的穩(wěn)定，將輸出電壓與指令電壓進(jìn)行比較后來(lái)控制SG3525的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比。以起到穩(wěn)定輸出電壓的作用。</p><p>　　3.1.6DC/AC逆變電路</p>

70、<p>　　眾所周知逆變電路有半橋和全橋電路之分，本設(shè)計(jì)我采用的是全橋逆變電路，該電路的作用主要是將輸入的高壓直流電轉(zhuǎn)換為220V/50HZ的工頻正弦交流電DC/AC逆變電路如圖3-8所示：</p><p><b>　　圖3-8逆變電路</b></p><p>　　該單相橋式逆變電路中用了四組MOSFET功率管構(gòu)成全橋結(jié)構(gòu)的四個(gè)橋臂，四個(gè)管運(yùn)行時(shí)分別是以

71、對(duì)角線上的MOSFET管進(jìn)行動(dòng)作，當(dāng)其中的一組對(duì)角線上的功率管導(dǎo)通的時(shí)候，另一組對(duì)角線上的功率管則截止，并相互變換。并且在該電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)設(shè)有一定的死區(qū)時(shí)間，所以就不會(huì)發(fā)生同一側(cè)的MOSFET管同時(shí)導(dǎo)通的存在。圖中當(dāng)T5和T6導(dǎo)通，T4和T7截止時(shí)，形成輸出電壓的半個(gè)波形，當(dāng)T5和T6截止而T4和T7導(dǎo)通時(shí)，此時(shí)形成輸出電壓的另外半個(gè)波形。</p><p>　　但是此時(shí)的輸出電壓并不是純正的正弦波，必須在輸出端接

72、上LC濾波電路，濾除輸出的高頻電壓成分，這樣就可以得到相對(duì)純凈的正弦電壓。</p><p>　　3.1.7TLP250構(gòu)成的隔離驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　因?yàn)樗穆夫?qū)動(dòng)信號(hào)是共地信號(hào)，而四路MOSFET管卻只有三個(gè)參考端，因此正弦波驅(qū)動(dòng)信號(hào)與功率管之間必須采用隔離驅(qū)動(dòng)電路。</p><p>　　隔離驅(qū)動(dòng)電路由光耦P2、P3、P4、P5（均為TLP250）以及周邊元

73、件組成，隔離驅(qū)動(dòng)電路如圖3-9所示：</p><p>　　圖3-9 TLP250驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　在該電路中前面設(shè)計(jì)有死區(qū)時(shí)間，如上圖所示，電阻R為47K，電容C為20pF，所以RC大約就為1us，而IRFP460的開(kāi)關(guān)時(shí)間是75ns，所以這個(gè)四區(qū)時(shí)間能夠保證讓上下橋臂的MOSFET管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。</p><p>　　3.1.8直流電壓電流取樣電路&l

74、t;/p><p>　　直流電壓電流取樣電路如圖3-10所示：</p><p>　　圖3-10 直流電壓電流取樣電路</p><p>　　圖中R10和R14為采樣電阻，R9和R13為限流電阻，并且圖中的四個(gè)二極管D3、D4、D5、D6都是起過(guò)載保護(hù)的作用，當(dāng)輸入電壓高于+5V+0.7V左右時(shí)，此時(shí)D3和D5導(dǎo)通，輸入電壓就被鉗位在+5V左右的水平上；當(dāng)輸入電壓低于-0.7

75、V左右時(shí)，D4和D6此時(shí)就導(dǎo)通，輸入電壓就被鉗位在-0.7V的水平上。</p><p>　　3.1.9交流電壓取樣電路</p><p>　　交流電壓取樣電路如圖3-11所示：</p><p>　　圖3-11 交流電壓取樣電路</p><p>　　從圖3-11可以看出圖中前面有一個(gè)射極跟隨器，其中R3和C2的主要作用是抑制干擾，且該電路的時(shí)間常

76、數(shù) <<1 ms,符合實(shí)際要求;第二部分是由一個(gè)電壓源和兩個(gè)電阻組成的電壓偏移電路，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的AD輸入口要求在0-3.3V。第三部分為箝位電路，目的就是為了讓采樣信號(hào)的幅值在0~3.3V之間。</p><p>　　3.1.10電網(wǎng)電壓同步信號(hào)采樣電路</p><p>　　電網(wǎng)電壓同步信號(hào)采樣電路如圖3-12所示：</p><p>　　圖3-12 電網(wǎng)電

77、壓同步信號(hào)采樣電路</p><p>　　該電路原理非常簡(jiǎn)單，就是檢測(cè)過(guò)零信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)比較就可以算出達(dá)到同步信號(hào)的頻率。</p><p>　　如圖3-12可知，RC構(gòu)成濾波電路。其中R1=1000 ，C1=0.1uF,則時(shí)間常數(shù)T=RC=1 S<<1 mS,因此符合設(shè)計(jì)要求，且濾波電路中造成的延時(shí)可在程序中補(bǔ)償。后面的和交流取樣一樣的了，包括有鉗位電路等。</p&g

78、t;<p>　　3.1.11最小系統(tǒng)電路</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)包含有由復(fù)位電路、電源電路和振蕩電路。其原理圖如圖3-13所示：</p><p>　　圖3-13 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路</p><p>　　我主要針對(duì)復(fù)位電路和振蕩電路進(jìn)行說(shuō)明：其中復(fù)位電路如圖3-14所示：</p><p><b>　　3-14

79、復(fù)位電路</b></p><p>　　復(fù)位電路上包括按鍵復(fù)位和上電復(fù)位。</p><p>　　(1) 上電復(fù)位：圖中引腳TST上連接一個(gè)電容到+5V，在通過(guò)一個(gè)電阻連接到地，這樣就形成了一個(gè)RC充放電電路，因?yàn)樵搯纹瑱C(jī)是高點(diǎn)平復(fù)位，其作用就是為了有很充足的時(shí)間去完成復(fù)位這個(gè)動(dòng)作，對(duì)于這個(gè)電阻和電容，目前大多數(shù)都取值為10K和10uF。</p><p>　

80、　(2) 按鍵復(fù)位：按鍵復(fù)位就是將引腳RST再連接一個(gè)按鍵，這個(gè)按鍵是與電容并聯(lián)的，共同接到+5V，當(dāng)按下按鍵的時(shí)候，RST上的電平就為高電平使其復(fù)位，當(dāng)按鍵斷開(kāi)時(shí)就接到地成低電平，這就完成了一個(gè)復(fù)位的動(dòng)作。</p><p>　　振蕩電路如圖3-15所示：</p><p><b>　　圖3-15振蕩電路</b></p><p>　　基本上在所有

81、的單片機(jī)系統(tǒng)里都會(huì)提到振蕩電路，它的作用主要是產(chǎn)生時(shí)鐘平率結(jié)合內(nèi)部電路共同產(chǎn)生，這種時(shí)鐘頻率關(guān)系到單片機(jī)的運(yùn)算速度，一般時(shí)鐘頻率越高，運(yùn)算速度就越快 ，所以晶振很重要，別且晶振的時(shí)鐘頻率精度非常大高可以達(dá)到百萬(wàn)分之五十。性能較高的單片機(jī)精度更高。部分晶振可以調(diào)整，是由外部所加電壓來(lái)進(jìn)行調(diào)整的，稱為壓控振蕩器(VCO)。通常來(lái)講為了提高晶振的精度和穩(wěn)定性，晶振將一種可以把機(jī)械能和電能之間互相轉(zhuǎn)化的晶體讓它工作在共振的狀態(tài)下， </p

82、><p>　　單片機(jī)晶振就是用來(lái)為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。絕大多數(shù)在一個(gè)系統(tǒng)都是共同使用一個(gè)晶振，目的是為了讓各個(gè)部分處于同步狀態(tài)。也有一系統(tǒng)是使用的不同的晶振，通常我們調(diào)整頻率來(lái)使其保持同步。</p><p>　　3.2電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇</p><p>　　3.2.1蓄電池的選擇</p><p>　　由本設(shè)計(jì)的要求可知，逆變系統(tǒng)輸出功率最

83、大為200W</p><p>　　蓄電池的容量計(jì)算公式為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　其中： C：蓄電池容量[kWh]</p><p>　　D：最長(zhǎng)無(wú)日照用電時(shí)間[4h]</p><p>　　F：蓄電池放電效率的修正系數(shù)（取1.05）</p&g

84、t;<p>　　Po：平均負(fù)荷容量[kW]</p><p>　　L：蓄電池的維修保養(yǎng)率（取0.8)</p><p>　　U：蓄電池的放電深度（取0.5)</p><p>　　Ka：逆變效率（取0.8）</p><p>　　由上面的數(shù)據(jù)可計(jì)算出C=2.625</p><p>　　由于蓄電池的充電電壓為本身電

85、壓的1.2倍，所以可以去選擇相應(yīng)的光伏電池，在下面將會(huì)給于闡述，這里考慮到蓄電池的數(shù)量的問(wèn)題，這里選用的電壓是12V。</p><p>　　由此可計(jì)算出需要12V蓄電池的一個(gè)總?cè)萘繛椋?lt;/p><p>　　2.62/12≈220Ah</p><p>　　在設(shè)計(jì)中選用的蓄電池為：金源環(huán)宇公司生產(chǎn)的12V 200Ah的鉛酸蓄電池(AGM)。其參數(shù)為：</p>

86、<p>　　充電電壓：循環(huán)使用時(shí)14.4V—15.0V，浮充使用時(shí)13.6V—13.8V</p><p>　　最大電流：循環(huán)使用時(shí)40A，浮充使用時(shí)40V</p><p>　　充電時(shí)間：循環(huán)使用時(shí)：12H，浮充使用時(shí)：>48h</p><p>　　3.2.2光伏電池的選擇</p><p>　　因?yàn)樵撜n題為輸出最大為200W

87、的光伏發(fā)電設(shè)計(jì)，從題目中得出，要構(gòu)成200W的功率輸出，所以光伏電池組得有200W的輸出。</p><p>　　本設(shè)計(jì)我選擇我選擇的光伏電池為：</p><p>　　品牌為詩(shī)桐，型號(hào)為ST-30的光伏電池</p><p>　　光伏模塊輸出功率：60W</p><p>　　Vmp峰值電壓: 17.82V</p><p>

88、　　Imp峰值電流: 3.67 A</p><p>　　Voc開(kāi)路電壓: 21.55V</p><p>　　Isc短路電流: 3.95A</p><p><b>　　功率公差:±3%</b></p><p>　　這里用4塊該型號(hào)的光伏電池并聯(lián)來(lái)構(gòu)成200W的輸出.</p><p>　　3

89、.2.3主要功率開(kāi)關(guān)管的選擇</p><p>　　在該設(shè)計(jì)中因?yàn)樵O(shè)計(jì)的輸出功率比較小，所以電路中所有的功率開(kāi)關(guān)管都選擇的是MOSFET管。</p><p>　　MOSFET管的選擇是根據(jù)逆變器的輸入電壓來(lái)確定管子的耐壓值，因?yàn)橄到y(tǒng)輸出的是220V所以有1.414×220V=311V即逆變器的輸入電壓要求至少是311V。我們一般會(huì)用推挽升壓至400V。因此，開(kāi)關(guān)管所承受的最高電壓為

90、400V，所以在本設(shè)計(jì)的推挽電路中的MOS管選擇用的是IRFP350，該型號(hào)的MOS管的耐壓400V，漏源額定電流為16A?？紤]到電壓尖峰和電壓裕量，器件的耐壓一般為最高電壓的1.5倍，所以在本設(shè)計(jì)中橋式逆變電路的MOS管我選擇用的是IRFPC40，該MOS管的耐壓值為600V，漏源額定電流為6.8A。推挽電路中的濾波電感選用的是1.2mH的電感，逆變系統(tǒng)中的濾波電感選用的是33.4mH的電感，又因?yàn)榍凹?jí)輸入電壓為12V，所以前級(jí)功率管

91、應(yīng)選擇大于24V的耐壓值的MOSFET，這里我選擇的是</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，輸入電壓為17-21V，所以BUCK電路中的MOSFET管的額定電壓應(yīng)該在以上。</p><p>　　又因?yàn)锽UCK電路的效率根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值取，則輸出電流也即流過(guò)電感上的電流為：</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p&

92、gt;　　取電感上的紋波電流為：</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　則此時(shí)流過(guò)功率開(kāi)關(guān)管的電流峰值為：</p><p><b>　　(3-5)</b></p><p>　　因此，該系統(tǒng)中BUCK電路里面的MOSFET管選用的是IRF640，該功率管的額定電壓為200

93、V，漏源額定電流為18A。</p><p>　　本系統(tǒng)輸入的峰值功率為240W，屬于小功率的光伏系統(tǒng)，然后經(jīng)過(guò)BUCK電路后其輸出的功率為：</p><p><b>　　(3-6)</b></p><p><b>　　占空比為：</b></p><p><b>　　(3-7)</b&

94、gt;</p><p>　　所以由公式可得臨界電感值為：</p><p>　　當(dāng)電感工作在連續(xù)狀態(tài)時(shí)，其發(fā)生的條件為：</p><p><b>　　(3-8)</b></p><p>　　所以此時(shí)的電感的取值應(yīng)該大于臨界電感的取值，即。為了確保電感工作在連續(xù)的狀態(tài)，通常取,因此可以得到。</p><p

95、>　　3.2.4直流電壓傳感器的選擇</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中我選擇的電壓霍爾傳感器的型號(hào)為VSM025A，它的副邊與原邊的電路之間是關(guān)于電絕緣的，可以用它來(lái)測(cè)量交流和直流和脈動(dòng)電壓等。測(cè)量電壓時(shí)，將傳感器與電路并聯(lián)連接經(jīng)行測(cè)量。</p><p>　　該傳感器如圖3-16所示：</p><p>　　3-16 VSM025A電壓傳感器</p>

96、<p><b>　　它的測(cè)量參數(shù)如下：</b></p><p>　　測(cè)量范圍：10-500V</p><p>　　電壓霍爾VSM025A： </p><p>　　電源電壓：±12-±15DCV</p><p>　　測(cè)量電壓：10-500V </p>&l

97、t;p>　　副邊額定輸出電流：25mA</p><p><b>　　初級(jí)內(nèi)阻：380Ω</b></p><p><b>　　次級(jí)內(nèi)阻：50Ω</b></p><p>　　為了使該霍爾元件工作在最佳的精度范圍，應(yīng)該使輸入電阻R的大小與額定電壓和10mA的原邊的電流相對(duì)應(yīng)。</p><p>　　3

98、.2.5直流電流傳感器的選擇</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中我選擇的電流傳感器的型號(hào)是CSM025AY，它的副邊與原邊的電路之間是關(guān)于電絕緣的，可以用它來(lái)測(cè)量交流和直流和脈動(dòng)電壓等。測(cè)量電流時(shí)，應(yīng)將傳感器與電路串聯(lián)連接經(jīng)行測(cè)量。</p><p>　　該傳感器如圖3-17所示：</p><p>　　圖3-17 電流傳感器</p><p><

99、;b>　　它的測(cè)量參數(shù)如下：</b></p><p>　　電流霍爾CSM025AY：</p><p>　　電源電壓：±12-±15DCV</p><p>　　原邊額定輸入電流：6-25A</p><p>　　副邊額定輸出電流：25mA</p><p>　　初級(jí)內(nèi)阻:＜1.25mΩ&

100、lt;/p><p><b>　　次級(jí)內(nèi)阻：110Ω</b></p><p>　　3.2.6交流電壓傳感器的選擇</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中我選擇的交流檢測(cè)傳感器的型號(hào)為CHV-50P，它的副邊與原邊的電路之間是關(guān)于電絕緣的，可以用它來(lái)測(cè)量交流和直流和脈動(dòng)電壓等。測(cè)量電壓時(shí)，將傳感器與電路并聯(lián)連接進(jìn)行測(cè)量。</p><p>

101、;　　該傳感器如圖3-18所示：</p><p>　　圖3-18 交流傳感器</p><p><b>　　它的具體參數(shù)如下：</b></p><p>　　測(cè)量范圍：10—500V</p><p><b>　　額定電流：25mA</b></p><p>　　頻率范圍：0—100

102、KHz</p><p><b>　　電源；±15V</b></p><p><b>　　響應(yīng)時(shí)間：40us</b></p><p><b>　　線性度：0.2%</b></p><p><b>　　原邊內(nèi)阻：250</b></p>

103、<p><b>　　副邊內(nèi)阻：110</b></p><p>　　匝數(shù)比：2500：1000</p><p>　　3.3特殊器件的介紹</p><p>　　3.3.1芯片SG3525的介紹</p><p>　　SG3525是一種專門用來(lái)去驅(qū)動(dòng)N溝道MOSFET的一種優(yōu)良的芯片。它是一種通用性強(qiáng)并且功能強(qiáng)大的集成

104、PWM控制芯片，它有很多優(yōu)點(diǎn)比如可靠性高，驅(qū)動(dòng)能力搶，使用方便簡(jiǎn)便靈活，；并且在該芯片的內(nèi)部集成有PWM鎖存器和欠壓鎖定電路等等，它也有過(guò)流保護(hù)和頻率可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，最大占空比可以調(diào)整。它的性能有如下特點(diǎn)：</p><p>　　1)工作電壓范圍寬： 8～35V。 2)具有外部振蕩器同步功能3)芯片內(nèi)振蕩器工作頻率寬100Hz～400 kH 4)內(nèi)置5．1 V±1．0％的基準(zhǔn)電壓

105、源。</p><p>　　5)死區(qū)時(shí)間可以自行調(diào)整，這是它的一大優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槟┘?jí)采用的是推拉式工作電路，這使得開(kāi)關(guān)速度更快，輸出電流可以達(dá)到400mA之高，有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。 </p><p>　　6)內(nèi)部還集成有欠壓鎖定電路。當(dāng)它輸入電壓如果小于8V的時(shí)候該芯片內(nèi)部就會(huì)自動(dòng)鎖定，停止工作，大大降低了消耗電流。 </p><p>　　結(jié)構(gòu)框圖：其引

106、腳功能如圖3-19所示，內(nèi)部原理圖如圖3-20所示。</p><p>　　圖3-19 SG3525引腳功能圖</p><p>　　圖3-20 SG3525內(nèi)部原理框圖</p><p>　　3.3.2單片機(jī)STC12C5A60S2的介紹</p><p>　　在通用的微機(jī)中央處理器即51單片機(jī)的基礎(chǔ)上屬于增強(qiáng)型8051系列單片機(jī)，2路PWM輸出通

107、道，8路A/D轉(zhuǎn)換通道，將P0、P1、P2和P3四個(gè)輸入/輸出（I/O）的接口電路、復(fù)位電路、晶振電路和一定容量的存儲(chǔ)器等部分全部集中在同一個(gè)芯片上就構(gòu)成了一個(gè)比較完整的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，因?yàn)橄襁@類計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的基本部件基本集中在同一個(gè)芯片（即STC12C5A60S2）上面，所以這類系統(tǒng)同時(shí)也被稱為單片機(jī)控制器（Single-Chip_Micro Control，簡(jiǎn)稱單片機(jī)）或微控制單元（Microcontroller Unit，簡(jiǎn)稱M

108、CU），它的主要特點(diǎn)有：</p><p>　　1、單時(shí)鐘/機(jī)器周期</p><p>　　2、工作電壓 5.5-3.5V</p><p>　　3、1280字節(jié)RAM</p><p>　　4、通用I/O口，準(zhǔn)雙向口/弱上拉</p><p>　　5、有EEPROM功能</p><p><b>

109、;　　6、看門狗</b></p><p>　　7、內(nèi)部集成復(fù)位電路</p><p>　　8、外部掉電檢測(cè)電路</p><p><b>　　9、時(shí)鐘源： </b></p><p>　　常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：5.0V單片機(jī)為：11~17MHz</p><p>　　3.3V 單片機(jī)為

110、：8~12MHz</p><p>　　10、4個(gè)16位定時(shí)器</p><p>　　兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，16位定時(shí)器T0和T1</p><p>　　11、3個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時(shí)鐘，可由T1的溢出在P3.5/T1輸出時(shí)鐘，獨(dú)立波特率發(fā)生器可以在P1.0口輸出時(shí)鐘</p><p>　　12、外部中斷

111、I/O口7路，傳統(tǒng)的下降沿中斷或電平觸發(fā)中斷，并新增支持上升沿中斷的PCA模塊，Power Down模式可由外部中斷喚醒，INT0/P3.2，INT1/P3.3，T0/P3.4，T1/P3.5，RxD/P3.0，CCP0/P1.3，CCP0/P1.3</p><p><b>　　13、PWM2路</b></p><p>　　14、A/D轉(zhuǎn)換，10位精度ADC，共8路，

112、轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250K/S</p><p>　　15、通用全雙工異步串行口(UART)</p><p>　　16、雙串口，RxD2/P1.2，TxD2/P1.3</p><p>　　17、工作范圍：-40~85</p><p>　　18、封裝：LQFP-48，LQFP-44，PDIP-40，PLCC</p><p>&l

113、t;b>　　管腳說(shuō)明：</b></p><p>　　P0.0~P0.7 P0：P0是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向口，P0口既可為輸入/輸出口，也可為地址/數(shù)據(jù)總線使用。當(dāng)P0口作為輸入/輸出口時(shí)，無(wú)需外接上拉電阻。當(dāng)P0作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用時(shí)，是低8位地址線A0~A7，數(shù)據(jù)線D0~D7</p><p>　　P1.0/ADC0/CLKOUT2</p><p>

114、;　　標(biāo)準(zhǔn)IO口、ADC輸入通道0、獨(dú)立波特率發(fā)生器的時(shí)鐘輸出</p><p><b>　　P1.1/ADC1</b></p><p>　　P1.2/ADC2/ECI/RxD2</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)IO口、ADC輸入通道2、PCA計(jì)數(shù)器的外部脈沖輸入腳，第二串口數(shù)據(jù)接收端</p><p>　　P1.3/ADC3/CC

115、P0/TxD2</p><p>　　外部信號(hào)捕獲，高速脈沖輸出及脈寬調(diào)制輸出、第二串口數(shù)據(jù)發(fā)送端</p><p>　　P1.4/ADC4/CCP1/SS非</p><p>　　SPI同步串行接口的從機(jī)選擇信號(hào)</p><p>　　P1.5/ADC5/MOSI</p><p>　　SPI同步串行接口的主出從入(主器件的輸

116、入和從器件的輸出)</p><p>　　P1.6/ADC7/SCLK</p><p>　　SPI同步串行接口的主入從出</p><p><b>　　P2.0~P2.7</b></p><p>　　P2口內(nèi)部有上拉電阻，既可作為輸入輸出口(8位準(zhǔn)雙向口)，也可作為高8位地址總線使用。</p><p>

117、;<b>　　P3.0/RxD</b></p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)IO口、串口1數(shù)據(jù)接收端</p><p>　　P3.1/INT0非</p><p>　　外部中斷0，下降沿中斷或低電平中斷</p><p><b>　　P3.3/INT1</b></p><p>　　P3.4/T

118、0/INT非/CLKOUT0</p><p>　　定時(shí)器計(jì)數(shù)器0外部輸入、定時(shí)器0下降沿中斷、定時(shí)計(jì)數(shù)器0的時(shí)鐘輸出</p><p><b>　　A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　單片機(jī)STC12C5A60AD/S2是一種自帶A/D轉(zhuǎn)換的，單片機(jī)上的P1口是它的AD轉(zhuǎn)換口，高性能的10位電壓輸入型 A/D轉(zhuǎn)換口 ，運(yùn)算速度非?？欤?/p>

119、可以用作電壓的檢測(cè)等等，它是以10位開(kāi)關(guān)電容逐次逼近的方法實(shí)現(xiàn) A/D轉(zhuǎn)換，并且一共有8路?？膳c為處理器、控制器、寄存器、比較器等進(jìn)行串行連接，構(gòu)成ADC_CONTER各種廉價(jià)的測(cè)控應(yīng)用系統(tǒng)。 </p><p>　　該單片機(jī)的ADC是由一個(gè)比較器和D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的，通過(guò)逐次比較邏輯的方法，從最高位開(kāi)始，順序地對(duì)每一輸入電壓與內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)比較后，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量逐次逼近輸入模擬量的對(duì)應(yīng)值。逐

120、次比較型A/D轉(zhuǎn)換器具有速度高，功耗低等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　STC12C5A60S2引腳圖如圖3-21所示：</p><p>　　圖3-21 STC12C5A60S2引腳功能圖</p><p>　　3.4高頻變壓器的設(shè)計(jì)</p><p>　　高頻鏈變壓器是裝置的核心部件，其性能的好壞直接決定了整個(gè)逆變器的性能承擔(dān)著隔離和傳輸功率的重任

121、。不合格的變壓器將導(dǎo)致溫升高、效率低、漏感嚴(yán)重、輸出波形畸變大等問(wèn)題，直接影響電路的可靠性和穩(wěn)定性，甚至?xí)p壞功率半導(dǎo)體器件。高頻變壓器的工作頻率比一般的工頻電力變壓器要高，達(dá)幾十KHz甚至更高，因此其設(shè)計(jì)有自身的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)高頻變壓器應(yīng)從選擇磁心材料開(kāi)始。高頻變壓器磁心多是低磁場(chǎng)下使用的軟磁材料，有較高的磁導(dǎo)率、低的矯頑力和高的電阻率。一般來(lái)說(shuō)，磁心材料磁導(dǎo)率高，在一定線圈匝數(shù)時(shí)，通過(guò)不大的激磁電流就能有較高的磁感應(yīng)強(qiáng)度，線圈就能承受較