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fxdzw.com 第1页共13 页 福星电子网 http://www.fxdzw.com 光伏并网发电模拟装置(A 题)

2009 年全国大学生 NEC 杯电子设计大赛 全国二等奖作品 作者:杨兴建等 参赛学校:成都信息工程学院 福星电子网 http://www.fxdzw.com 第2页共13 页 摘要 当今,并网逆变器以它节能,高效等突出优点越来越受到人们的欢迎.并网 逆变器主要分为光伏并网逆变器、风力发电并网逆变器、动力设备并网逆变器和 其他发电设备并网逆变器.本文章主要对光伏并网逆变器进行研究.以STC12C5A60S2 单片机为控制核心,实现对模拟装置最大功率点跟踪(MPPT)以 及频率、相位跟踪功能,并且具有有相应的欠压,过流保护电路. 关键词: STC12C5A60S2 光伏逆变 MPPT 频率相位跟踪 DC-AC SPWM 福星电子网 http://www.fxdzw.com 第3页共13 页 目录 1. 前言

1 2. 总体方案设计

1 1.1 系统框图

1 2.1 方案论证与比较

1 2.1.1 主控电路 CPU 选择.1 2.1.2 SPWM 波的产生.1 2.1.3 MPPT 最大功率跟踪电路.2 2.1.4 频率、相位跟踪电路.2 3. 单元模块设计及理论分析.2 3.1 DC-AC 主路.2 3.1.1 全桥

2 3.1.2 滤波电路.2 3.2 控制电路

3 3.2.1 SPWM 波产生.3 3.2.2 驱动电路.3 3.2.3 MPPT 最大功率跟踪电路.3 3.2.4 相位频率跟踪电路.4 4.提高效率

4 5.程序设计

5 6.系统测试

5 6.1 测试方案

5 6.2 测试环境和仪器

6 6.3 测试数据

6 7.总结

6 8.附录

6 9.参考文献

10 福星电子网 http://www.fxdzw.com

1 1. 前言 本设计对光伏并网发电进行了探讨, 光伏并网发电是对直流源进行逆变并产 生与电网同频同相的交流电,最后实现并网.光伏并网发电的转换效率很高,一 般都在 80%以上,所以在我国得以推广. 2. 总体方案设计 1.1 系统框图 针对题目要求,我们把这次题目主要分为 SPWM 波的产生、DC AC 逆变、 MPPT 最大功率跟踪电路,频率相位跟踪控制电路,欠压、过流保护. 移频移相 Uref Uf U 压控放大 Ud DC-AC 系统总框图 2.1 方案论证与比较 2.1.1 主控电路 CPU 选择 方案一:采用传统廉价的 STC89C51 单片机,价格低廉,使用简单,但是运 算速度低,功能单一,RAM、ROM 空间小,需要用仿真器来实现软硬件调试. 方案二:采用升级版

51 单片机 STC12C5A60S2,其具有高速、低功耗、超 强抗干扰,指令代码完全兼容传统 8051,但速度快 8-12 倍.内部集成 MAX810 专用复位电路,2 路PWM,8 路高速

10 位A/D 转换(250K/S),针对电机控制,强干 扰场合. 我们选择了方案二作为我们主控电路的 CPU 2.1.2 SPWM 波的产生 方案一:由SPWM 专用芯片产生 SPWM 波.该方案产生 SPWM 波固然很 好,但是 SPWM 专用芯片比较昂贵. 方案二:由带有 SPWM 产生功能的单片机产生 SPWM 波,该方案电路结构 简单,但是由软件产生的 SPWM 幅度很难精确控制,并且占用大量的资源,致使 单片机运算速度变慢. 方案三: 基于硬件电路产生三角波信号作为载波来调制经过处理后的输入参 福星电子网 http://www.fxdzw.com

2 考正弦波信号,其信号频率的跟踪可靠,幅度很好调节,产生的 SPWM 波质量较 好. 综上所述,我们选用了方案三. 2.1.3 MPPT 最大功率跟踪电路 要使电路的功率达到最大,就是要通过控制标准正弦波 uREF 的幅度对 Ud 实施调节,只要满足 d S

1 2 U U = ,就可以使功率达到最大.简单的说,MPPT 最 大功率跟踪电路本质上讲就是对正弦波幅度进行控制. 方案一:采用集成芯片 AD603 程控放大器来控制正弦波幅度放大,控制电 路简单,速度快,对正弦波幅度控制的精度较高. 方案二: 对正弦波进行同相放大, 反馈电阻采用数字电位器进行放大倍数的 控制,但是其控制精度不高,且波形容易失真. 综上所述,我们选用了 AD603 实施最大功率跟踪. 2.1.4 频率、相位跟踪电路. 方案一:间隔一段时间采集 uREF 的频率,相位.在用单片机产生.方法简 单,但其中有段时间,波形有失真. 方案二:用高速并行 DA,AD,和单周期单片机,边采集,边输出,并进行数 字移相.对于 50hz 的信号可以完美的模拟出来,并实现同频和相位跟踪. 综上所述,选用方案二实现频率、相位跟踪. 3. 单元模块设计及理论分析 3.1 DC-AC 主路 3.1.1 全桥 Q3 RF540 D1