【正文】 本科生畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）題 目：基于DSP的光伏并網(wǎng)逆變器硬件電路的設計學生姓名： 學 號：專 業(yè)：電氣工程及其自動化班 級： 指導教師： 41畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）基于DSP的光伏并網(wǎng)逆變器硬件電路的設計摘 要由于近年來不可再生能源的不斷消耗，能源危機日益凸顯，各國都在加緊開發(fā)新能源。太陽能發(fā)電作為一種全新的電能生產(chǎn)方式，具有清潔無污染、來源永不衰竭且維護措施簡單等特點，因而受到越來越廣泛的關注。本文針對太陽能應用的一個重要研究領域——光伏發(fā)電系統(tǒng)，尤其是小功率光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，設計實現(xiàn)了基于DSP控制的單相光伏并網(wǎng)逆變器的硬件電路。論文首先介紹了太陽能光伏并網(wǎng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了利用DSP控制光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的基本原理。然后提出了以逆變器DC/AC變換技術為核心的單相光伏并網(wǎng)逆變器的硬件電路設計方案，并在Matlab軟件上進行了仿真測試。最后對后續(xù)研究工作進行了展望，為進一步制作電路板及其調(diào)試提供了參考。關鍵詞：光伏并網(wǎng)；逆變器；數(shù)字信號處理器；Matlab仿真畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）PV GridConnected Inverter Hardware Circuit Design Based on DSP AbstractIn recent years, with the continuous consumption of nonrenewable energy, the energy crisis has bee increasingly prominent, countries are stepping up the pace to develop new energy. Solar power, as a new energy production methods, owns many features, such as, clean, nonpolluting, never failure of source and simple maintenance measures, and thus draws more and more attention. In this paper, as for an important research field of solar energy applicationsphotovoltaic systems, especially lowpower photovoltaic power generation system, the hardware circuit of the DSPbased control of single phase photovoltaic gridconnected inverter is designed and implemented. The paper firstly described the development of solar photovoltaic grid in the world, and explained the basic principles of DSP controlled photovoltaic grid system. Then objective of the singlephase PV grid inverter with the core of DC / AC conversion technology inverter hardware circuit is designed and its simulation tests on the Matlab software is proceeded. Finally, the prospect of followup study provides a reference for the further production of circuit boards and their debugging.Key words: gridconnected photovoltaic。 inverter。 DSP。 Matlab simulation畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）目 錄摘 要 IAbstract II第一章 緒 論 1 課題研究的背景、目的和意義 1 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 1 國內(nèi)研究的現(xiàn)狀 2 國外研究的現(xiàn)狀 2 本課題研究的主要內(nèi)容 3第二章 太陽能光伏并網(wǎng)的研究 4 光伏并網(wǎng)逆變器的拓撲結構設計 4 按變壓器拓撲結構分類 4 按功率變換級數(shù)分類 6 按控制方式分類 7 光伏并網(wǎng)控制策略基本原理 10 光伏并網(wǎng)逆變器的控制方式 10 光伏并網(wǎng)逆變器的控制目標 10 輸出電流控制方式 11 最大功率點跟蹤 12 孤島效應 14 孤島效應的影響和危害 14 孤島效應的檢測方法 15第三章 基于DSP的并網(wǎng)逆變器硬件電路的設計 16 并網(wǎng)逆變器總體結構 16 基于DSP的控制系統(tǒng)硬件設計 16 DSP概述 17 DSP系統(tǒng)硬件電路設計 18 采樣和調(diào)理保護電路設計 24 主電路設計與關鍵參數(shù)選擇 28 Boost電路設計與參數(shù)選擇 28 逆變器電路設計與參數(shù)選擇 31第四章 光伏并網(wǎng)逆變器仿真測試 35 Boost升壓電路仿真測試 35 Matlab搭建電路圖 35 仿真波形和分析 35 逆變器電路仿真測試 36 Matlab搭建電路圖 37 仿真波形和分析 37第五章 總結和展望 39 工作總結 39 展望 39參考文獻 41附錄 42附錄A DSP控制電路PCB板 42附錄B 3D模式的控制電路PCB板 42附錄C 主電路PCB板 43附錄D 3D模式的主電路PCB板 43附錄E 總體原理電路圖 43附錄F DSP控制電路原理圖 43致謝 44華北水利水電大學畢業(yè)設計（）第一章 緒 論 課題研究的背景、目的和意義當今世界，人類對于能源的依賴性越來越強，能源已經(jīng)成為我們生活中必需的部分，它為人類的各項活動提供著動力。隨著一次能源煤、石油、天然氣等不可再生能源的過度開發(fā)，以及地球環(huán)境的日益惡化——全球變暖、酸雨、厄爾尼諾現(xiàn)象等，一系列環(huán)境問題危及人類的可持續(xù)發(fā)展。環(huán)境、能源和可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為人類迫切要解決的問題。能源短缺和環(huán)境惡化加快了人類去尋找替代能源的進程，各國都在大力發(fā)展新能源。在新能源家族中，有風能、太陽能、地熱能、潮汐能等。由于太陽能資源分布相對廣泛、蘊藏豐富，光伏發(fā)電以清潔可再生的太陽能為能源，直接將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，是一種不需要燃料、沒有污染獲取電能的高新技術，因此光伏發(fā)電被認為將是21世紀、最具活力的新能源[1]。過去太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中因為太陽能電池的制造成本比較高，所以太陽能光伏發(fā)電只能應用于一些偏遠地區(qū)的供電。例如，一些分散的農(nóng)牧戶、基站的通信設備供電、氣象、國防等。而且應用于村莊的大都是小型的光伏發(fā)電系統(tǒng)，大多未能并入電網(wǎng)，屬于獨立的離網(wǎng)式發(fā)電。當今太陽能電池硅板成本有所降低，電力電子技術、自動控制技術、計算機處理技術等也有了飛速發(fā)展。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)有了質(zhì)的飛躍，發(fā)電成本在逐年下降，發(fā)電的效率和市場效益也在進一步提高，這為大規(guī)模發(fā)展太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)技術提供了基礎。從2004年歐盟聯(lián)合研究中心預測的世界能源結構大致變化發(fā)展趨勢[2]中可以看出，在接下來的近一百年里，石油、煤炭、天然氣等不可再生能源在一次能源消費中所占的比例將呈下降趨勢，而太陽能光伏發(fā)電則會大比例的增加。所以大力發(fā)展太陽能有利于緩解能源危機和解決環(huán)境問題，促進人類社會的可持續(xù)發(fā)展。我國擁有豐富的太陽能資源，所以發(fā)展太陽能占有一定的先天優(yōu)勢。從我國所處的地理位置、地形以及緯度來分析，我國中西部地區(qū)太陽能資源比較豐富，西藏、青海、甘肅、內(nèi)蒙古、新疆、寧夏均屬于世界太陽能資源豐富的地區(qū)。這些地方又有十分廣闊的面積，有利于大規(guī)模安置太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電設備，也有利于部分地區(qū)環(huán)境的改善。 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀與獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有一些自己的優(yōu)點。它省掉了體積龐大、價格高昂、不易維護的蓄電池，具有造價低，輸出電能穩(wěn)定的特點，因而具有更為廣闊的市場前景。典型的光伏并網(wǎng)逆變器發(fā)電系統(tǒng)包括：光伏陣列，直流到直流斬波電路（DCDC），Dclink，直流到交流逆變器（DCAC）控制電路，采樣電路，保護電路，故障處理電路等。 國內(nèi)研究的現(xiàn)狀由于我國在光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電技術的研究起步相對較晚，光伏發(fā)電只在一些尖端領域應用比較多，核心技術方面和國外還有一定的差距。就光伏并網(wǎng)型逆變器而言，合肥工業(yè)大學能源研究所、燕山大學、上海交通大學、中國科學院電工研究所等科研單位在這一方面進行了相關的研究，并且在“九五”、“十五”期間，國家科技部投入相當數(shù)額的經(jīng)費進行開發(fā)工作[3]。目前我國光伏并網(wǎng)逆變器市場發(fā)展規(guī)模還比較小，國內(nèi)生產(chǎn)逆變器的商家雖然很多，但專門用于生產(chǎn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器制造廠商卻并不多，而且有不少國內(nèi)制造廠商已經(jīng)在逆變器方面研究開發(fā)多年，已經(jīng)發(fā)展到擁有一定的規(guī)模和市場競爭力，但在逆變器技術質(zhì)量、驗證技術上、規(guī)模上與國外企業(yè)仍有很大差距。目前我國具有較大規(guī)模的廠商有北京索英、南京冠亞、北京科諾偉業(yè)、志誠冠軍上海英偉力新能源科技有限公司等企業(yè)。國內(nèi)市場規(guī)模雖然比較小，核心技術還處在不算成熟的階段，但未來光伏發(fā)電市場的巨大發(fā)展?jié)摿桶l(fā)展空間將給國內(nèi)光伏企業(yè)帶來前所未有的發(fā)展機遇。目前國內(nèi)光伏并網(wǎng)逆變器主要被陽光電源、艾思瑪、KACO等品牌所占領，而國外的企業(yè)多數(shù)通過代理渠道進入國內(nèi)的市場，由于售后服務提供難度大的問題導致其整體市場占有率不高。國內(nèi)重點光伏發(fā)電項目大功率產(chǎn)品幾乎全部選用國內(nèi)產(chǎn)品。從技術層次來說，國內(nèi)企業(yè)在智能化程度、穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)換效率、結構工藝等方面與國外先進水平仍有一定差距。目前我國在小功率逆變器技術上與國外處于同一水平，在大功率并網(wǎng)逆變器上，還有一定的差距，大功率并網(wǎng)逆變器仍需進一步發(fā)展和研究。 國外研究的現(xiàn)狀近幾年，隨著德國、美國、西班牙、日本對本國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)在政策上大力扶持，全球光伏并網(wǎng)逆變器的銷售額在逐年上升，光伏并網(wǎng)逆變器進入了一個飛速發(fā)展的階段。但目前全球光伏并網(wǎng)逆變器市場被國際幾大巨頭瓜分，歐洲作為全球光伏并網(wǎng)逆變器市場發(fā)展的先驅(qū)，具備了完善的光伏產(chǎn)業(yè)鏈，光伏并網(wǎng)逆變器技術處于世界領先地位。SMA是全球最早、最大的光伏逆變器生產(chǎn)企業(yè)（其中德國市場占有率達50%以上），2009年 SMA以占據(jù)全球市場份額44%獨占鰲頭。SMA、KACO、Fronius、Ingeteam、Siemens、Studer、Xantrex、Danfoss、Conergy、Satcon、Powerone、Outback power等基本占領全球光伏逆變器市場份額。其中排名前五位的企業(yè)占的市場份額已經(jīng)超過了全球的70%。 本課題研究的主要內(nèi)容本論文主要設計了一種基于DSP控制的單相光伏并網(wǎng)逆變器的硬件電路，并用Protel DXP軟件完成了整個系統(tǒng)的硬件電路，生成了PCB板。最后通過Matlab對電路進行了仿真。其中硬件電路包括：直流斬波電路拓撲結