【正文】 能。多方陣協(xié)作式也稱作主仆式，此拓?fù)溆扇舾啥鄠€(gè)太陽(yáng)能電池方陣，并要求光伏方陣安裝于同一傾斜面，要求每個(gè)子方陣具有相同的功率和電壓的組件串并聯(lián)，多個(gè)逆變器并聯(lián)運(yùn)行。當(dāng)早晨陽(yáng)光由弱變強(qiáng)時(shí)，群控器隨機(jī)先選中一臺(tái)逆變器投入運(yùn)行，當(dāng)?shù)谝慌_(tái)逆變器接近滿載時(shí)再投入一臺(tái)逆變器，同時(shí)群控器通過指令將逆變器負(fù)載均分。當(dāng)日落時(shí)，群控器發(fā)出命令，逐臺(tái)退出逆變器。逆變器的投入和退出完全由群控器依據(jù)光伏方陣的總功率進(jìn)行分配，就像是“主人”支配著“仆人”。這樣可最大限度地降低逆變器低負(fù)載時(shí)的損耗；同時(shí)由于逆變器輪流投入，不需要時(shí)不投運(yùn)，從而大大延長(zhǎng)了逆變器的使用壽命。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某臺(tái)并網(wǎng)逆變器出現(xiàn)故障時(shí)，群控器使其和交直流母線斷開，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的冗余運(yùn)行。從而大大增加系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。群控器同時(shí)還可提供友好的人機(jī)界面，用戶可以直接通過LCD液晶屏和按鍵實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)察看、發(fā)電量查詢、故障查詢、參數(shù)設(shè)定功能。光伏發(fā)電變換器主要用于長(zhǎng)期發(fā)電，因此效率也是一個(gè)相當(dāng)重要的性能指光伏發(fā)電變換器不可能像一般電源系統(tǒng)那樣把最高效率點(diǎn)設(shè)計(jì)工作在某一個(gè)工作點(diǎn)，于是定義了“歐洲效率”來評(píng)估光伏發(fā)電變換器轉(zhuǎn)換器的效率： =+++++ ()其中為在額定功率的xy％時(shí)變換器的效率。由于最高效率的提升已經(jīng)沒有多大的空間，所以現(xiàn)在更加關(guān)注的是如何提高在低功率時(shí)變換器的效率。多級(jí)式變換器必然帶來多次的能量損耗，變壓器的存在也加大的損耗，在低功率時(shí)對(duì)效率的影響更大，于是電路拓?fù)涑鴨渭?jí)無隔離式發(fā)展。無隔離式的變換器提高了效率、降低了成本，但這使得太陽(yáng)能電池將直接與電網(wǎng)相連，這會(huì)在太陽(yáng)能電池與地之間產(chǎn)生波動(dòng)電壓，不但使得在太陽(yáng)能電池周圍產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)，而且在太陽(yáng)能電池表面形成一個(gè)電容，波動(dòng)電流給此電容充電，如果有人碰到太陽(yáng)能電池時(shí)，就有觸電的隱患。對(duì)于這兩個(gè)影響的嚴(yán)重性，學(xué)術(shù)界爭(zhēng)論一直沒停止過，介于此危害的可能性，歐洲一些國(guó)家（如英國(guó)和意大利）明確禁用無變壓器隔離的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，然而一些研究表明無變壓器隔離而引起的影響是可以忽略不計(jì)的也不會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)，不過還是推薦：電容電流不要超過“危險(xiǎn)電流”(大約10mA)。 光伏發(fā)電并網(wǎng)控制技術(shù)關(guān)于光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的講究，在國(guó)內(nèi)外做了大量的研究。其中主要集中在最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）、并網(wǎng)控制技術(shù)、并網(wǎng)功率因數(shù)矯正、市電并聯(lián)控制、孤島效應(yīng)偵測(cè)與保護(hù)技術(shù)等。難點(diǎn)主要集中在MPPT控制、孤島效應(yīng)偵測(cè)和并網(wǎng)逆變效率上。雖然，目前已經(jīng)有產(chǎn)品應(yīng)用到實(shí)際，但是還有許多問題有待完善。由于光伏發(fā)電與傳統(tǒng)發(fā)電方式不一樣，它的功率是隨著著光照而改變的，在短時(shí)間內(nèi)的變化也是不定的，同時(shí)存在功率的突變的問題（即需要孤島效應(yīng)偵測(cè)的原因）。因此MPPT控制對(duì)并網(wǎng)發(fā)電的效率影響很大。概括來說控制技術(shù)的關(guān)鍵是：（1）MPPT控制：保證輸出功率始終是最大（2）光伏逆變并網(wǎng)控制：保證輸出的交流電流為高質(zhì)量的正弦波，同時(shí)保證與公共電網(wǎng)同壓、同頻、同相位。鑒于以上，本文的研究主要在MPPT控制、逆變并網(wǎng)和保護(hù)技術(shù)上。 本文的主要任務(wù)本文利用AVR單片機(jī)作為主控制器搭建逆變并網(wǎng)控制電路。設(shè)計(jì)過程中最關(guān)鍵的兩個(gè)部分：系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)和控制軟件的編寫。這也是在設(shè)計(jì)過程中需要解決的最關(guān)鍵的問題。（1）硬件問題逆變并網(wǎng)控制電路主要有4大部分，即SPWM發(fā)生器、逆變電路、頻率與相位檢測(cè)電路和保護(hù)反饋模塊。SPWM波形由單片機(jī)的程序發(fā)生，其是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心電路。逆變電路采用全橋逆變電路。頻率和相位的檢測(cè)用單片機(jī)即定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)。保護(hù)反饋模塊用AD采樣反饋來進(jìn)行控制。（2）軟件問題軟件設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。因?yàn)樗械目刂贫际腔跀?shù)字控制。主要涉及到SPWM、定時(shí)器和AD采樣編程。其中SPWM發(fā)生實(shí)時(shí)性要求高，為了避免輸出頻率誤差太大，它的中斷優(yōu)先級(jí)應(yīng)該最高。2 方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)就是根據(jù)題目的要求而對(duì)硬件和軟件進(jìn)行規(guī)劃，并選擇最合適的硬件電路和軟件程序來達(dá)到目的。硬件設(shè)計(jì)是通過對(duì)設(shè)計(jì)要求的分析，對(duì)各種元器件的了解，而得出分立元件與集成塊的某些連接方法，以達(dá)到設(shè)計(jì)的功能要求。并且把這些元器件焊接在一塊電路板上。它包括對(duì)各種元器件的功能和接法的了解，以及對(duì)各種元器件的選擇和設(shè)計(jì)方案的選擇。軟件設(shè)計(jì)是分析設(shè)計(jì)的硬件用程序?qū)崿F(xiàn)其功能，并且調(diào)試優(yōu)化產(chǎn)品功能。 本次設(shè)計(jì)的具體要求隨著能源危機(jī)的進(jìn)一步加劇和光伏系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電成本的持續(xù)降低，光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，設(shè)計(jì)并制作一個(gè)48伏直流電并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置。（1） 具有最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）功能：RS和RL在給定范圍內(nèi)變化時(shí)，使（2） ，相對(duì)偏差的絕對(duì)值不大于1%。（3） 具有頻率跟蹤功能：當(dāng)fREF在給定范圍內(nèi)變化時(shí)，使uF的頻率fF=fREF，相對(duì)偏差絕對(duì)值不大于1%。（4） 當(dāng)RS=RL=30Ω時(shí)，DCAC變換器的效率≥60%。（5） 當(dāng)RS=RL=30Ω時(shí)，輸出電壓uo的失真度THD≤5%。 （6） 具有輸入欠壓保護(hù)功能，動(dòng)作電壓Ud（th）=（25177。）V。（7） 具有輸出過流保護(hù)功能，動(dòng)作電流（th）=（177。）A。 方案的提出由于光伏電池組所產(chǎn)生的電能為直流低壓（12VDC、24VDC、48VDC），而我國(guó)的工頻電壓220V（相電壓）、頻率為50Hz。為此，最基本的電路應(yīng)該包括逆變和升壓兩部分。為了能與公共電網(wǎng)并網(wǎng)，還應(yīng)該加入頻率和相位跟蹤功能。因此，在設(shè)計(jì)方案時(shí)主要考慮逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（）。在此提出兩個(gè)方案：方案一：采用單級(jí)隔離式： 公共母線 單級(jí)隔離式DC AC逆變并網(wǎng)控制器方案二：采用多級(jí)隔離式：公共母線DC ACDC DC逆變并網(wǎng)控制器對(duì)比兩個(gè)方案，方案一必須在逆變的同時(shí)完成升壓。而方案二把升壓和逆變分開來控制，需要額外增加一個(gè)高頻變壓器。它們同樣采用變壓與公共母線隔離，方案一的變壓器為工頻升壓變壓器，而方案二的變壓器可以為升壓變壓器或隔離變壓器，主要視逆變后的電壓而定。在效率上而言，高頻升壓變壓器的效率一般可達(dá)90%以上，而工頻升壓器則看其容量而定，大容量的可達(dá)90%以上，小容量的則只有50%左右。就成本而言，方案一不需要額外增加高頻DC升壓部分，成本較低，控制也相對(duì)比較簡(jiǎn)單，無需考慮直流升壓控制，只要在逆變的過程中調(diào)節(jié)調(diào)制比就可以調(diào)節(jié)電壓的輸出。綜上所述，選取方案一。 方案控制策略光伏發(fā)電并網(wǎng)如同一個(gè)恒壓源（電網(wǎng)）與一個(gè)電流源（并網(wǎng)逆變器）并聯(lián)。其控制目標(biāo)是：控制逆變電路輸出的交流電流為穩(wěn)定的高質(zhì)量的正弦波，光伏發(fā)電并網(wǎng)控制與常規(guī)的逆變器控制不同的是：（1） 逆變器的輸出端連接電網(wǎng)，電網(wǎng)是一個(gè)擾動(dòng)量；（2） 作為被控量的并網(wǎng)電流必須與電網(wǎng)同頻同相。并網(wǎng)發(fā)電必須滿足同期（即同壓、同頻率、同相位）條件。因此，在這里提出了如圖6所示的控制框圖。DC AC 升壓MPPT數(shù)據(jù)處理與控制SPWM鎖相環(huán)公共母線并網(wǎng)開關(guān)圖 逆變并網(wǎng)控制框圖3 硬件設(shè)計(jì) 主控芯片介紹本次設(shè)計(jì)用到的主控芯片為ATMEL公司生產(chǎn)的Atmage16單片機(jī)，其引腳說明（） Atmage16的引腳配置圖主要性能參數(shù)：（1） 高性能、低功耗的8位AVR174。微處理器。（2） 采用先進(jìn)的RISC結(jié)構(gòu)。（3） 兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的8 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。（4） 具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器RTC。（5） 四通道PWM。（6） 8路10位ADC，具有8個(gè)單端通道。（7） 片內(nèi)/片外中斷源（8） 工作電壓:ATmega16L： ；ATmega16： 。本次設(shè)計(jì)應(yīng)用到的單片機(jī)資源有片內(nèi)定時(shí)器、ADC和外部中斷。（1） 中斷介紹 單片機(jī)的中斷源向量號(hào)程序地址中斷源中斷定義1$000RESET外部引腳電平引發(fā)的復(fù)位，上電復(fù)位，掉電檢測(cè)復(fù)位，看門狗復(fù)位，以及JTAG AVR 復(fù)位2$002INT0外部中斷請(qǐng)求03$004INT1外部中斷請(qǐng)求14$006TIMER2 COMP定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2 比較匹配5$008IMER2 OVF定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2 溢出6$00ATIMER1 CAPT定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1事件捕捉7$00CTIMER1 COMPA定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1比較匹配 A8$00ETIMER1 COMPB定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1比較匹配 B9$010TIMER0 OVF定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0 溢出10$012TIMER1 OVF定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1 溢出11$014SPI, STCSPI串行傳輸結(jié)束12$016USART, RXCUSART， Rx 結(jié)束13$018USART, UDREUSART數(shù)據(jù)寄存器空14$01AUSART, TXCUSART， Tx 結(jié)束15$01CADCADC轉(zhuǎn)換結(jié)束16$01EEE_RDYEEPROM 就緒17$020ANA_COMP模擬比較器18$022TWI兩線串行接口19$024INT2外部中斷請(qǐng)求220$026TIMER0 COMP定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0 比較匹配21$028SPM_RDY保存程序存儲(chǔ)器內(nèi)容就緒外部中斷使用說明：外部中斷通過引腳INT0、INT1與 INT2 觸發(fā)。只要使能了中斷，即使引腳 INT0..2 配置為輸出，只要電平發(fā)生了合適的變化，中斷也會(huì)觸發(fā)。這個(gè)特點(diǎn)可以用來產(chǎn)生軟件中斷。通過設(shè)置 MCU 控制寄存器 MCUCR 與 MCU 控制與狀態(tài)寄存器 MCUCSR，中斷可以由下降沿、上升沿，或者是低電平觸發(fā)(INT2 為邊沿觸發(fā)中斷 )。當(dāng)外部中斷使能并且配置為電平觸發(fā)( INT0/INT1)，只要引腳電平為低，中斷就會(huì)產(chǎn)生。若要求 INT0 與 INT1 在信號(hào)下降沿或上升沿觸發(fā)，I/O 時(shí)鐘必須工作。（更多的資料參考Atmage16使用說明）（2）定時(shí)器說明：Atmage16的8位和16為定時(shí)器都具有PWM功能。在本次設(shè)計(jì)中主要用到的是16位定時(shí)器（T/C1）作為SPWM發(fā)生器。下面著重介紹16為定時(shí)器的使用。T/C1的工作模式有普通模式、CTC模式、快速PWM模式、相位修正PWM模式和相位與頻率修正模式。我們需要的是普通模式和相位與頻率修正模式。普通模式：普通模式(WGM13:0=0)為最簡(jiǎn)單的工作模式。在此模式下計(jì)數(shù)器不停地累加。計(jì)到最大值后(TOP=0xFFFF)由于數(shù)值溢出計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)單地返回到最小值0x0000 重新開始。在TCNT1為零的同一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘里T/C溢出標(biāo)志TOV1置位。此時(shí)TOV1有點(diǎn)像第17位，只是只能置位，不會(huì)清零。但由于定時(shí)器中斷服務(wù)程序能夠自動(dòng)清零TOV1，因此可以通過軟件提高定時(shí)器的分辨率。在普通模式下沒有什么需要特殊考慮的，用戶可以隨時(shí)寫入新的計(jì)數(shù)器數(shù)值。在普通模式下輸入捕捉單元很容易使用。要注意的是外部事件的最大時(shí)間間隔不能超過計(jì)數(shù)器的分辨率。如果事件間隔太長(zhǎng)，必須使用定時(shí)器溢出中斷或預(yù)分頻器來擴(kuò)展輸入捕捉單元的分辨率。輸出比較單元可以用來產(chǎn)生中斷。但是不推薦在普通模式下利用輸出比較來產(chǎn)生波形，因?yàn)闀?huì)占用太多的 CPU 時(shí)間。頻率相位修正模式：相位與頻率修正PWM模式(WGM13:0=8或9)以下簡(jiǎn)稱相頻修正PWM模式，可以產(chǎn)生高精度的、相位與頻率都準(zhǔn)確的PWM波形。與相位修正模式類似，相頻修正 PWM 模式基于雙斜坡操作。計(jì)時(shí)器重復(fù)地從 BOTTOM 計(jì)到 TOP，然后又從 TOP 倒退回到BOTTOM。在一般的比較輸出模式下，當(dāng)計(jì)時(shí)器往TOP計(jì)數(shù)時(shí)若TCNT1與OCR1x匹配，OC1x將清零為低電平；而在計(jì)時(shí)器往BOTTOM計(jì)數(shù)時(shí)TCNT1與OCR1x匹配，OC1x將置位為高電平。工作于反向輸出比較時(shí)則正好相反。與單斜坡操作相比，雙斜坡操作可獲得的最大頻率要小。但其對(duì)稱特性十分適合于電機(jī)控制。相頻修正修正 PWM 模式與相位修正 PWM 模式的主要區(qū)別在于 OCR1x 寄存器的更新時(shí)間。相頻修正修正 PWM 模式的 PWM 分辨率可由 ICR1 或 OCR1A 定義。最小分辨率為 2比特(ICR1或OCR1A設(shè)為0x0003)，最大分辨率為16位(ICR1或OCR1A 設(shè)為MAX)。PWM 分辨率位數(shù)可用下式計(jì)算： （31）工作于相頻修正PWM模式時(shí)，計(jì)數(shù)器的數(shù)值一直累加到ICR1(WGM13:0 = 8)或OCR1A(WGM13:0=9)，然后改變計(jì)數(shù)方向。在一個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘里TCNT1值等于TOP值。圖中給出了當(dāng)使用OCR1A或ICR1來定義TOP 值時(shí)的相頻修正PWM模式。圖中柱狀的TCNT1表示這是雙邊斜坡操作。方框圖同時(shí)包含了普通PWM輸出以及反向 PWM 輸出。TCNT1 斜坡上的短水平線表示 OCR1x 和 TCNT1 的匹配比較。比較匹配發(fā)生時(shí)， OC1x 中斷標(biāo)志將被置位。在OCR1x 寄存器通過雙緩沖方式得到更新的同一個(gè)時(shí)鐘周期里 T/C 溢出標(biāo)志 TOV1 置位。若 TOP 由 OCR1A 或 ICR1 定義，則當(dāng) TCNT1 達(dá)到 TOP值時(shí) OC1A 或 CF1 置位。這些中斷標(biāo)志位可用來在每次計(jì)數(shù)器達(dá)到 TOP 或 BOTTOM 時(shí)產(chǎn)生中斷。改變TOP值時(shí)必須保證新的TOP值不小于所有比較寄存器的數(shù)值。否則TCNT1與OCR1x不會(huì)產(chǎn)生比較匹配。，與相位修正模式形成對(duì)照的是，相頻修正 PWM 模式生成的輸出在所有的周期中均為對(duì)稱信號(hào)。這是由于 OCR1x 在 BOTTOM 得到更新，上升與下降斜坡長(zhǎng)度始終相等。因