基于pic单片机控制的太阳能光伏系统概要Word文档下载推荐.docx

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以常规能源为基础的能源结构随着资源的

不断耗用将愈来愈不适应可持续发展的需要。

太

光伏阵列（即太阳能电池板），是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部

分。

其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。

蓄电池一般为铅酸电池，其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的

时候再释放出来。

阳能可再生且无污染，作为２１世纪最有潜力的能源，太阳能产业的发展潜力巨大。

太阳能光伏发电是太阳能应用的一个重要方向，到目前已经产生了相当的经济效益和巨大的社会效益，成为发展最快的高新技术产业之一。

设计一种可靠性高，成本低的基于ＰＩＣ单片机的户用太阳能光伏发电系统就非

常有必要¨

１Ｊ。

控制保护电路的作用是控制整个系统的工作状态，并保护蓄电池，防止过充、过放对蓄电池造成伤害。

逆变电路的作用是将太阳能发电系统所发出

１系统构成

太阳能光伏发电系统主要由太阳能光伏阵列，蓄电池组，直流升压电路，逆变电路，控制保护电路和负载组成，系统原理框图如图１所示。

的直流电能转换成交流电能，供给交流电电器及照明系统。

２硬件设计

设计的太阳能光伏发电系统的硬件部分主要

包括ＰＩＣ单片机、电压采集单元、逆变单元、电流电

压反馈单元、保护单元、运行指示输出单元等。

其

硬件结构如图２所示。

图１系统原理图

２．１

ＰＩＣ单片机

该太阳能发电系统采用ＭＩＣＲＯＣＨＩＰ公司推出

的ＰＩＣｌ６Ｆ８７７单片机作为微处理器（ＭＣＵ），控制整个系统的运行。

该单片机是一款高性能的精简指

２００８年４月１８１３收到

第一作者简介：

郭亚男（１９８２一），女，满族，辽宁省抚顺人，兰州理

工大电信学院硕士研究生，研究方向：

电力系统自动化。

令集处理器（ＲＩＳＣＣＰＵ），其抗干扰能力很强，具有

锁相环电路，最高时钟频率可达４０ＭＨｚ，有一个８位

万方数据

１５期郭亚男，等：

图２控制系统硬件结构框图

带有前频的定时／计数器，三个１６位带有前频的定时／计数器，通过两个引脚可进行在线编程、调

试【４Ｊ。

该单片机为简化系统电路、优化控制方案提

２．４逆变单元和保护单元

逆变单元是由可控器件ＩＧＢＴ和二极管组成的全桥逆变电路”’６Ｊ。

线路简单、性能稳定。

保护单元中的过电流检测电路采用ＬＭ３３９构成迟滞比较器，其优点是可大大提高抗干扰能力。

电流互感器将电路检测到的电流值按一定的比例转换为相应的电压输出信号。

若电压值高于迟滞比较器上门限电压则ＬＭ３３９输出低电平，经过反向施密特触发器７４ＨＣｌ４整形后产生一下降沿。

当检测到ＲＢＯ引脚上有边沿跳变信号时，便把ＩＮＴＦ位

即（ＩＮＴＣＯＮ的ｂｉｔｌ位）置ｌ。

进入中断服务子程

供Ｊ，良好的平台。

２．２电流电压反馈单元

对于系统电流电压反馈信号进行检测，通常有三种检测方法：

电阻法、互感器法和霍尔（Ｈａｌｌ）传感器法，本系统采用霍尔传感器法。

霍尔传感器不仅

可实现被测电路与反馈电路的可靠隔离，而且还可

以测量任意波形的电压和电流信号，同时频带宽，该系统采用的霍尔传感器可测量从直流到１００ｋＨｚ

的各种信号，电流电压反馈电路图见图３。

２．３电压采集单元

序，封锁触发脉冲输出，电源主电路停止工作。

检查排除过流故障后，按复位按钮可重新启动主电路工作。

这样的设计可以及时地发出过电流报警信号，使主机能迅速采取措施避免元器件损坏。

电路采用ＣＡ７１Ｋ压敏电阻，防止雷击时电压过高，损坏控制器和蓄电池。

过流保护电路图如图４所示。

电压采集单元由精密可调电阻与单片机中高性能ＡＤ转换模块组成，分辨率可达０．３９％，转换速

度１．６斗８／ｂｉｔ，把Ｏ一５Ｖ模拟电压信号转换为

Ｏ一２５５之间的８位数字信号只需２０“ｓ。

Ｒ１５Ｒ１６

—仁）Ｔ＿［］

．上

ｃ３

Ｔ寺

科学技术与工程８卷

霍耳电流

互感器

图４过电流检测电路图

２．５显示单元

显示单元有工作正常提示，蓄电池过充、蓄电池欠压、系统过流等报警功能。

采用两个双色ＬＥＤ发光二极管，ＬＥＤｌ显示充电状态，ＬＥＤ２显示放电状态。

当电压由低到高变化时，指示灯由红到橙色到绿渐变颜色显示电压高低。

充电状态：

当蓄电池

电压低于１３．０Ｖ时，ＬＥＤｌ显示绿色；

当蓄电池电压在１３．２—１３．６Ｖ之间时，ＬＥＤｌ显示橙色；

当蓄电池电压高１４．４Ｖ时，ＬＥＤｌ显示红色。

放电状态：

当蓄电池电压低于１１．０Ｖ时，ＬＥＤ２显示红色；

电压在１２．２—１２．４Ｖ之间时，ＬＥＤ２显示橙色；

当蓄电池电压高于１２．４Ｖ时，ＬＥＤ２显示绿色。

线路简单、成本低‘７｜。

图５主程序流程图

３软件设计

所设计的太阳能光伏发电系统的软件部分采用模块化结构，使用汇编语言编写，其主要功能模块有ＰＷＭ信号输出、显示报警等，主程序流程图见图５，逆变电路控制程序流程图见图６．

因为目前光伏系统中使用的太阳能电池多为硅太阳电池，它的伏安特性具有强烈的非线性。

为了能更好的充分利用资源，就要尽可能使系统达到最大功率输出。

但是在实际的应用系统中，通过调节负载阻抗大小的方式来达到最大功率输出是很难实现的。

所以在逆变电路的控制中采用了最大

功率跟踪法（ＭＰＰＴ），ＭＰＰＴ将光伏阵列产生的最大

统产生的能量利用率尽可能高。

ＭＰＰＴ的实现实质

上是一个动态自寻优过程，通过对阵列当前输出电压与电流的检测，得到当前阵列输出功率，再与已被存储的前一时刻阵列功率相比较，舍小存大，再检测，再比较，如此周而复始。

具体操作为，设测得阵列当前的输出功率为Ｐ。

，被存储的前一时刻的记忆功率为Ｐｉ，如通过乘法器测得有Ｐｄ＞Ｐ；

，则取Ｕ＝Ｕ＋ｚｌＵ后再测、再比较、再修改脉宽（ＡＵ为给阵列输出电压的脉宽增量），反之，若测得Ｐ。

＜Ｐｉ，则取Ｕ＝Ｕ一，ａＵ后再测、再比较、再修改脉宽。

在进行寻优搜索的程序流程中引入了一个参考电压

％，是为了让玑不断跟踪它，在寻优的过程中不断

的更新Ｕ耐，使它逐渐逼近相应于阵列最大功率点

的电压Ｕ。

。

由于阵列特性的Ｉ＝／（ｕ）关系是一个

直流电能及时的尽可能多的提供给负载，使光伏系

１５期

郭亚男，等：

４３８３

图６逆变电路控制程序流程图

单值函数，因此只要保证阵列的输出电压在任何太

阳辐照度及温度下都能实时的保持为与该太阳辐照度及温度相应的ｕ。

值，就可以保证阵列在任何

瞬间都输出其最大功率ｈ８．９］。

４抗干扰设计

在单片机构成的测控系统中，抗干扰是一个重要的问题。

系统采用了硬件和软件结合的抗干扰

措施。

在硬件抗干扰设计中，系统高、低压回路之间使用光电耦合器进行隔离，从而提高了控制系统抗

干扰能力和安全性；

在输入、输出通道上采用过电

压保护电路，以防引入高电压，损坏单片机系统；

对模拟电源和数字电源采用分开独立的电源供电；

在模拟系统地和数字系统地之问采用磁珠在一点连接，然后再可靠接地，有效地减少了相互干扰，

提高了系统稳定性一Ｊ。

在软件抗干扰设计中，采用指令冗余和“看门狗”技术等软件抗干扰措施。

主要包括人工复位、掉电保护、指令冗余、软件陷阱、数字滤波等方法。

５结论

该太阳能光伏发电系统采用高性能单片机，不仅电路简单，而且可靠性好、效率高，具有针对蓄电池过充、过放、逆变输出过流等异常情况的多种保护作用，能较准确的跟踪太阳能电池的最大功率点，弥补了最大功率点跟踪技术一般只用在较大的光伏发电系统或电站的不足，具有一定的市场推广价值。

参考文献

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（下转第４３８８页）

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４３８８科学技术与工程８卷

ＭｏｄｅｌＧｒｏｕｐｏｆＳｅｍｉＯｐｅｎＤａｔａＭｉｎｉｎｇｆｏｒ

ＭｅｎｏｐａｕｓｅＳｙｎｄｒｏｍｅＲｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｆＴＣＭ

ＣＨＥＮＹａｎ．ｓｈｅｎ，ＳＨＥＮＹａ—ｅｈｅｎ９１，ＷＡＮＧＸｉａｏ．ｙｕｎ２

（ＧｕａｎｇｄｏｎｇＩｎｄｕｓｔｒｙＴｅｃｈｎｏｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｇｎａｎｇｚｈｏｕ５１０３００．Ｐ．ＲＣｈｉｎａ；

ＧｕａｎｇｄｏｎｇＰｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｌ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０２４０，Ｐ－ＲＣｈｉｎａ；

ｏｆＳｅｃｏｎｄＣｌｉｎｉｃａｌＭｅｄｉｃａｌＨｏｓｐｉｔａｌＡｆｆｒｌｉａｔｅｄＧｕａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｒａｄｉｔｉｏｎａｌＣｈｉｎｅｓｅＭｅｄｉｃｉｎｅ２，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０１２０，ＥＩＬＣＩＩｉ∞）

［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｓｏｌｕｔｉｏｎｔｏｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈａｔｔｈｅｍｏｓｔｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｓｉｓｂａｓｅｄ

ｅｒｒｏｒｏｎｓｉｎｇｌｅｄａｔａｍｉｎｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｏｎｃｌｉｎｉｃｉａｎｏｆＴＣＭｇｙｎｅｃｏｌｏｇｙｅｖａｌｕａｔｅｄ

ｄａｔａｏｂｔａｉｎｅｄｆｒｏｍｔｈｅｋｅｙｗｉｔｈｄａｔａｍｉｎｇｒｅｓｕｌｔｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｒＲｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｆＴＣＭ．Ｂａｓｅｄｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔ“ＲｅｓｅａｒｃｈｆｏｒＦｅｍａｌｅ§

ＭｅｎｏｐａｕｓｅＳｙｎｄｒｏｍｅＲｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｆＴＣＭ”ｏｆｔｈｅＮａｔｉｏｎ—

ｏｎａｌＰｒｏｇｒａｍｓｆｏｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｕｒｉｎｇｔｈｅ１０ｔｈＦｉｖｅ—ＹｅａｒＰｌａｎＰｅｒｉｏｄ，ｒｅｓｅａｒｃｈ

ｉｎｇｆｏｒｍｅｎｏｐａｕｓｅｓｙｎｄｒｏｍｅｄａｔａｍｉｎ—ａｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｏｆＴＣＭ．ｔｈｅｍｏｄｅｌｇｒｏｕｐｓｏｆｓｅｍｉｏｐｅｎｄａｔａｍｉｎｉｎｇｉｓｕｓｅｄ，ｗｈｉｃｈｉｓｃｏｍｐｏｎｅｎｔｌｉｂｒａｒｙｓｅａｌｉｎｇｖａｒｉｏｕｓｄａｔａｍｉｎｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，ｗｉｔｈｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｍｉｎｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｄｊｕｓ－ｔｉｎｇａｎｄｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｓｅｔｔｉｎｇ．Ｕｓｉｎｇｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅ