光伏并网发电毕业设计.docx

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光伏并网发电毕业设计

摘要

随着社会的发展，人类对电能的需求已经不可或缺，人类使用各种能源转化成电能。

太阳能光伏以其清洁，取之不竭而受到各国能源专家的追捧，尤其是光伏发电的并网运行是各国研究的热门技术。

在此，设计一个逆变并网模拟系统的软件部分。

逆变并网模拟系统主要由直流稳压电源、逆变电路、滤波电路、检测及保护电路、控制系统组成。

系统由主控W77E58单片机产生正弦波与三角波比较得到SPWM波来驱动桥式逆变电路,将直流电逆变为符合并网要求的电压，经滤波送入市电电网；另一方面，检测回路的检测信号经MAX197模数转换后输入W77E58单片机控制核心，经数据处理后实现并网运行，过流欠压保护等功能；此外，通过采集逆变交流侧电压的频率与模拟并网侧标准频率信号送入主控单片机，比较后实现频率相位跟踪。

所以软件包括正弦波产生程序、频率相位跟踪程序和过流欠压保护等部分。

关键词：

脉宽调制，逆变电路，频率相位跟踪，W77E58单片机，MAX197

theSoftwareDesignofGrid-connectedInverterPower-producingEmulationSystem

Abstract

Alongwiththesocialdevelopment,themankind'sneedtotheenergyisindispensable.Humansturnvariousenergyresourcesintoelectricpower.Asoneofthegreenrenewableandlimitlessenergy,thesolarhasbeenappreciatedbyexpertfromenergyinallcountries.Andtheresearchforthenetmovementofthegrid-connectedphotovoltaicinvertergeneratingelectricityisapopulartechniqueinallcountries.Inthisarticle,thesoftwarepartofgrid-connectedinverterpower-producingemulationsystemisintroduced.Thesystemhasdirectcurrentofbattery,Invertercircuitsandfiltercircuit,testingandprotectioncircuitandcontrolsystem.W77E58isthecontrolchipofthesystem.W77E58createsthesinewave.ComparingthesinewaveandtrianglewavegetsSPWMwave.SPWMwavedrivesbridgetypeinvertercircuitwhichchangesthedirectcurrentofbatteryintoelectricvoltagethatmeetsnet'srequest.Andgoingthroughfilter,theelectricvoltageissentintoutilitygrid;Ontheotherhand,theexaminationsignaloffeedbackbacktracksthroughMAX197.MAX197putsthesignaltoW77E58.Afterdataprocessing,thesystemcarryoutparalleloperation,over-currentandowevoltageprotection.Inaddition,accordingtotheacquisitionofacvoltageinverterfrequencyandsimulationgridsidestandardfrequencysignals,thesystemcarryoutfrequencyandphasetracking.Thesoftwareincludesthepartofsinewave,frequencyphasetrackingandover-currentvoltageprotectionparts.

Keywords:

SPWM,inverter,frenquncyandphasetracking,parallelgridworking,W77E58singlechip,MAX197

1前言

1.1课题研究的意义

随着人类社会的进步，经济的不断发展，人们对电能的需求越来越大，而且对电能质量提出了越来越高的要求。

由于煤和石油等传统能源日益减少，寻找新能源己经是当前人们面临的迫切课题。

太阳能作为一种巨量的可再生能源，每天到达地球表面的辐射能量相当于数亿万桶石油燃烧的能量[1]。

太阳能以其清洁、无污染等优点越来越得到人们的关注。

并网发电是光伏利用的发展趋势，是太阳能发电规模化发展的必然方向。

太阳能发电及相应的系统将通过大规模并网发电迅速发展并现已成为全球重要的能源产业。

本课题通过对逆变并网模拟装置的研究设计，为进一步研究并网发电课题奠定坚实的基础；此次课题设计也将对我的系统综合设计能力和专业技术水平有一定的提高。

此外，通过本次的设计，要达到提高我们综合能力的目的，如综合应用所学知识能力、资料查询能力、计算机应用能力、语言表达能力、论文撰写能力等，尤其是要提高我们对于电源逆变技术的理解和实践运用和利用控制芯片进行电源逆变技术的科技革新、开发和创新的基本能力，同时使我们初步掌握单片机应用系统设计、研制的方法。

可以缩短我们在未来工作岗位上的适应期，发挥我们的作用。

1.2国内外发展状况

新能源发电技术已经涉及到人类社会的方方面面，其中太阳能利用技术发展快速。

逆变器是可再生能源并网发电系统的核心组成部分。

并网用逆变器除了能将可再生能源产生的电能输送给公用电网外，还应该具有很高的可靠性、完善的保护功能以及较高的效率。

目前，可再生能源并网发电系统的主要研究热点也集中在逆变器这部分。

近30年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界范围内快速、稳定发展的新兴产业之一。

据专家预测，到本世纪中期，可再生能源将占到总一次能源50%以上的份额。

近几年，全球光伏发电逆变器的销售额逐年递增，逆变器进入了一个快速增长的阶段。

但目前全球光伏逆变器市场基本被国际几大巨头瓜分，欧洲式全球光伏市场的先驱，具备完善的光伏产业链，光伏逆变器技术处于世界领先地位。

我国的光伏产业虽然在近年取得了一定的发展，但由于某些因素的制约，总体上我国的太阳能光伏技术仍处于初级发展阶段：

规模小、技术落后、产品单一。

但是不少国内企业已经在逆变器行业已经研究多年，已经具备一定的规模和竞争力。

近年来随着我国相关发展政策的出台和市场的发展，我国的新能源利用技术快步向前。

1.3课题研究的主要内容及方法

本课题主要研究内容是设计一个逆变并网模拟装置的软件部分。

根据技术要求设计DC/AC的逆变器。

设计的逆变并网模拟装置，它主要由逆变电路和滤波电路、检测回路、控制系统组成；其中,检测回路的检测信号经模数转换后输入控制系统，通过以单片机为控制核心的控制系统数据处理后以实现频率相位跟踪、并网运行、过流欠压保护等功能。

（1）本系统中逆变电路（DC-AC）模块采用调制SPWM波电路，通过正弦波与三角波发生器产生的三角波经过比较以后可以得到调制SPWM波。

软件需要编写正弦波程序。

（2）调制SPWM波要能直接驱动MOS管的导通，需要加驱动电路。

本设计采用IR2110栅极驱动器将用来驱动MOS管。

只需加上很少的分立元件和单路电源,IR2110即可基于自举驱动原理构成MOS管的驱动电路。

主电路采用全桥式MOS管电路，系统的无功功率损耗小。

此部分由硬件控制，掌握电路基本原理。

（3）滤波电路采用简单电路设计：

采用LC滤波电路，滤去高频杂波，通过电感L和电容C适当匹配，可以使得输出电压相位和输入电压相位一致，方便电压相位的控制。

（4）在欠压过流保护模块中，采用霍尔传感器检测电流电压，将检测的信号经过AD转换后输入单片机，单片机处理之后发出封锁信号进行欠压保护或进行限流。

需要编写欠压过流保护程序。

（5）频率相位跟踪模块：

检测模拟电网信号和输出信号，以模拟电网信号为标准，根据两路信号检测结果，经单片机分析处理，就可以实现频率跟踪；将模拟电网和反馈信号相位接入单片机以后，单片机可以检测到两路信号的相位差，以模拟电网的相位为标准，经过相应的数据处理，经过反复比较和逐次逼近实现相位跟踪。

需要编写频率跟踪和相位跟踪程序。

（6）电路设计、仿真和编程分别使用Protel、Multisim和Keil等软件。

1.4论文的主要内容

设计一个逆变并网模拟系统的软件部分，逆变并网模拟系统装置硬件主要由以直流电源、逆变电路、滤波电路、检测及保护电路、控制系统等部分组成。

系统由主控W77E58单片机产生正弦波与三角波比较得到SPWM波，经过触发器和光耦，专用的驱动芯片来驱动桥式逆变电路将直流电逆变为符合并网的电压，再经LC滤波送入市电电网；另一方面，检测回路的检测信号经MAX197模数转换后输入单片机控制核心，经数据处理后实现并网运行，过流欠压保护功能；此外，通过采集逆变交流侧电压的信号与模拟并网信号送入主控单片机，比较后实现频率相位跟踪[2]。

所以软件部分主要包括三路正弦波程序；处理检测回路输入的电压电流信号，实现过流欠压保护功能；处理两路频率信号，实现频率相位跟踪。

2系统设计方案

设计整个硬件系统有：

直流逆变模块，滤波电路模块，检测保护模块，控制模块，显示模块，SPWM波合成模块，驱动模块等。

对软件设计而言正弦波产生、对电压电流信号处理、对电网模拟信号频率相位跟踪是整个软件系统设计和研究的关键所在。

整个硬件系统的大体框架如图2-1所示：

图2-1硬件系统的总体框架图

2.1直流逆变模块（DC-AC）

逆变电路根据直流侧电源性质的不同可分为两种:

直流侧是电压源的称为电压型逆变电路；直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。

桥式逆变主电路的开关器件采用快速MOS管6N60A，采用全桥式逆变电路。

采用六个MOS管6N60A组成全桥式主电路。

两个半桥上两个快速MOS管6N60A不能同时导通，以免发生短路故障烧坏电路和MOS管，驱动部分还需要加入延时电路，采用的是先断后导通的方法。

即是先给应关断的器件关断信号，待其关断后留一定的时间裕量，然后再给相应导通的器件发出开通信号，即是在两者之间留一个短暂的死区时间。

死区时间的长短视器件的开关速度而定，器件的开关速度越快，所留的死区时间就可以越短[3]。

图2-2为全桥逆变电路。

此全桥逆变电路的电路结构清晰明了，且输出电压有效值大大增加，为半桥式电路的两倍，输出电流大，整个电路的功耗较小。

同一桥臂的上管导通时，下管一定处于关闭状态，经过延时之后保证上管关断后才让下管导通。

同样下管导通时，上管一定处于关闭状态，延时之后保证下管关断后才让上管导通。

导通顺序:

上桥臂VT1，VT3，VT5，下桥臂VT2，VT4，VT6。

也即是说同一桥臂的导电角度是180°，同一相上下两个桥臂交替导电，各相开始导电的角度依次相差120°。

这样，在任意一瞬间，将有三个桥臂同时导通。

可能是上面一个桥臂和下面两个