【正文】 .................................................................... 22 參考文獻(xiàn) .................................................................................................. 23 致謝 ......................................................................................................... 24 畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 ............................................................... 25 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )獨創(chuàng)聲明 .......................................................................... 26 附錄 ......................................................................................................... 27 附錄 A：系統(tǒng)硬件原理圖 ............................................................................................ 27 附錄 B： PCB圖（總圖） ............................................................................................. 28 外文原文及翻譯 .......................................................................................................... 29 1 緒論 1 1 緒 論 課題背景 隨著世界 性能源緊張和環(huán)境污染加劇，已經(jīng)迫使人們更加努力的尋找和開發(fā)新能源。在國內(nèi)外應(yīng)用已有若干年，系統(tǒng)比較簡單，而且適應(yīng)性廣。第三種是兩者的混合系統(tǒng)，這是介于上述兩個方案之間的系統(tǒng)。太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電技術(shù)是太陽能利用技術(shù)的一個重要方面， 其理論指導(dǎo)意義在于利用該系統(tǒng)采集的太陽能系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，可 更為深入的 進(jìn)行 太陽能 的 研究開發(fā)，推動太陽能利用和研究事 業(yè)的發(fā)展，進(jìn)而使得光伏并網(wǎng)逆變技術(shù)越來越趨于成熟。國際光伏市場開始由邊遠(yuǎn)農(nóng)村和特殊應(yīng)用，向并網(wǎng)發(fā)電和與建筑結(jié)合的方向發(fā)展，光伏發(fā)電已由補(bǔ)充能源向替代能源過渡。 1993年，德國首先開始實施由政府投資支持，被電力公司認(rèn)可的 1000 屋頂計劃，繼而擴(kuò)展為 20xx 屋頂計劃，現(xiàn)在實際建成的屋頂光伏并網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)超過 5000。印度、馬來西亞等東南亞國家，也制定了國家的光伏發(fā)展計劃。在應(yīng)用方面，我國目前太陽能電池主要用于通信系統(tǒng)和邊遠(yuǎn)無電地區(qū)，在 1995 年銷售才約 兆瓦。 20xx 年 9月，廣東首座總?cè)萘繛?1兆瓦的太陽能發(fā)電系統(tǒng)在深圳通過驗收。 據(jù)悉，敦煌 8兆瓦系統(tǒng)目前即使在全世界也是最大的，光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng) 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 先的德國也只有 5兆瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)。在上海市電力公司在發(fā)展常規(guī)能源的同時 ,極其關(guān)注和支持再生能源的發(fā)展 ,為了進(jìn)一步推動我國太陽能光伏并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，上海市電力公司在 1999年委托上海新能源環(huán)保工程有限公司，開展“太陽能利用技術(shù)在電力生產(chǎn)中的應(yīng)用可行性研究”項目的研究與開發(fā)工作。其中主要用于解決西部無電區(qū)通電問題， 其次為工業(yè)應(yīng)用，包括通訊、鐵路設(shè)備等，最后是提供照明部分。 （ 2） 給出了并網(wǎng)逆變器控制方案，并分析了每個環(huán)節(jié)具體控制思路和控制方法， 設(shè)計好 公網(wǎng)電壓光電隔離、相位檢測、放大整形等環(huán)節(jié) （ 3） 完成 10— 12 位蓄電池電壓、電流取樣、放大（非隔離、內(nèi)部）等設(shè)計方法。本文著重介紹系統(tǒng)的硬件設(shè)計。 4） 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 。 本系統(tǒng)采用 單片機(jī)實現(xiàn)檢測及控制功能，把由光能轉(zhuǎn)換成的直流電通過逆 變器轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣骱蠡仞伒诫娋W(wǎng)。 本系統(tǒng)采用 單片機(jī)實現(xiàn)檢測及控制功能，把由光能轉(zhuǎn)換成的直流電通過逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)?交流后回饋到電網(wǎng)。總之， 太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電 系統(tǒng) 微處理器 應(yīng)具有以下光伏 發(fā)電 DC12V 蓄電池 逆 變 切 換AC7V 公 網(wǎng) AC220V 電源隔離 狀態(tài)檢測 80C51 單片機(jī) 電壓 /電流 檢測 控制 充電 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 6 特點及硬件資源： 系統(tǒng) 應(yīng)涉及電壓、電流、溫度等模擬信號的多路連續(xù)采，因而微處理器內(nèi)應(yīng)嵌有 3路以上的 A/D轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換精度 10位以上。 綜合以上對微處理器的要求可以看出，滿足設(shè)計要求的微處理器首推 Microchip微芯公司的 PIC16F87X系列。 C8051F330 單片機(jī) 概述 模擬外設(shè) ? 10位 ADC ? 轉(zhuǎn)換速率可達(dá) 200ksps ? 可多達(dá) 16個 外部單端或差分輸入 ? VREF可在內(nèi)部 VREF、外部引腳或 VDD中選擇 ? 內(nèi)部或外部轉(zhuǎn)換啟動源 ? 內(nèi)置溫度傳感器 ? 10位電流輸出 DAC ? 比較器 ? 可編程回差電壓和響應(yīng)時間 ? 可配置為中斷或復(fù)位源 ? 小電流（ ） 在片調(diào)試 ? 片內(nèi)調(diào)試電路提供全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試 ? 支持?jǐn)帱c、單步、觀察 /修改存儲器和寄存器 ? 比使用仿真芯片、目標(biāo)仿真頭和仿真插座的仿真系統(tǒng)有更優(yōu)越的性能 ? 廉價而完整的開發(fā)套件 供電電壓 ?????????? ? 典型工作電流： 25MHz 9μ A 32KHz ? 典型停機(jī)電流： A 溫度范圍： 40176。 下 面列出了一些主要特性 . ? 高速、流水線結(jié)構(gòu)的 8051兼容的 CIP51內(nèi)核（可達(dá) 25MIPS） ? 全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)） ? 真正 10位 200 ksps的 16通道單端 /差分 ADC，帶模擬多路器 ? 10位電流輸出 DAC ? 高精度可編程的 25MHz內(nèi)部振蕩器 ? 8KB可在系統(tǒng)編程的 FLASH存儲器 ? 768字節(jié)片內(nèi) RAM ? 硬件實現(xiàn)的 SMBus/ I2C、增強(qiáng)型 UART和增強(qiáng)型 SPI串行接口 ? 4個通用的 16位定時器 ? 具有 3個捕捉 /比較模塊和看門狗定時器功能的可編程計數(shù)器 /定時器陣列（ PCA） ? 片內(nèi)上電復(fù)位、 VDD監(jiān)視器和溫度傳感器 ? 片內(nèi)電壓比較器 ? 17個端口 I/O（容許 5V輸入） 具有片內(nèi)上電復(fù)位、 VDD監(jiān)視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器的 C8051F330是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)。調(diào) 試邏輯支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持?jǐn)帱c、單步、運行和停機(jī)命令。端口 I/O 和 /RST引腳都容許 5V的輸入信號電壓。 逆變部分 逆變器主要負(fù)責(zé)將控制器輸出的直流電能變換成穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電能饋送電網(wǎng) 。直流電壓可 以 恒定或可變 ， 可以有電網(wǎng)或旋轉(zhuǎn)交流電機(jī)經(jīng)過整流器和濾波器而得到 ， 也可以由蓄電池 ， 燃料電池或光伏電池組得到 。可以看出，電流源逆變器其實是電壓源逆變器的對偶電路。電壓源逆變器應(yīng)用十分廣泛， 但是存在下列概念上和理論上的不足和局限性： （ 1） 電壓源逆變器交流負(fù)載只能是電感性或串聯(lián)電抗器， 以保證電壓源逆變器 能夠正常工作。 圖 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 10 圖 傳統(tǒng)的三相電流源變流器原理的電路結(jié)構(gòu) 。 （ 2） 其交流輸出電壓只能高于為直流電感供電的直流電壓，因此電流源逆變器是一個升壓型逆變器。由此它 的抗電磁干擾的能力較差，影響了它們的可靠性。 圖 出了 Z源功率 逆 變器的一般拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它是一個包含電感 L L2和電容器 C C2的二端口網(wǎng)絡(luò)接成 X形，以提供一個 Z源，這個 Z源網(wǎng)絡(luò) ， 將逆變器主電路與電源或負(fù)載耦合。同理如果這兩個電容器很小接近于零，Z 網(wǎng)絡(luò)中相當(dāng)于兩個電感串聯(lián) ，構(gòu) 成傳統(tǒng)電流源逆變 器，因 此阻抗源電路要求 電感和尺寸都不大。 以電流型逆變器模式工作時， Z 源逆變器主電路可以承受瞬時開路，并通過特殊的控制方式引入開路零矢量而為逆變器的降壓提供了可能性。 我 最終 沒有選擇 Z型逆變器，雖然它與傳統(tǒng)的逆變器相比存在很多的優(yōu)越性，可是考慮到我 知識的有限和 采用這種逆變器將給軟件方面增加一些難度，再加之在技術(shù)上的不成熟，也將會帶來一些新的問題，因此 ,我選擇 在 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上屬于電壓型控制逆變電路 ，而在 控制方式上 用 電流控制型電路 ， 以盡量彌補(bǔ)只用一種逆變器所造成的缺陷。 并網(wǎng)保護(hù) 裝置主要實現(xiàn)以下保護(hù)功能：低電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)、低頻率保護(hù)、高 頻率保護(hù)、過電流保護(hù)以及孤島保護(hù)策略等內(nèi)容。孤島效應(yīng)會對光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的重連接制造困難，同時可能引起電氣元件以及人身安全危害，因此孤島效應(yīng)必須避免。電網(wǎng)脫離后，如果有功或者無功的波動比較明顯，通過監(jiān)測并網(wǎng)系統(tǒng)的端 口電壓或者輸出頻率就可以檢測到孤島的發(fā)生，這就是被動式孤島檢測方法的原理。另 外，頻率擾動會引起輸出電流波形的畸變，同時分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)需要進(jìn)行電能質(zhì)量治理時，頻率的擾動會對諧波補(bǔ)償效果造成較嚴(yán)重的影響。 我本次設(shè)計是一個簡單的系統(tǒng)，所以有些方面不用太詳細(xì)的考慮，如 果考慮太多反倒使一個簡單簡單的系統(tǒng)復(fù)雜化 ，因此在設(shè)計電路時，盡量做到用最簡單的電路來實現(xiàn)要達(dá)到的要求 ， 但是電網(wǎng)掉電后停止逆變能饋輸出必須考慮，所以必須要有 交流電壓和交流電流的檢測。 電源狀態(tài)檢測部分主要信號波形如圖 。 圖 電流檢測部分 如圖 ，一個帶有失調(diào)電壓補(bǔ)償?shù)耐喾糯箅娐罚?輸入 為 Ω 的取樣電阻 ,所以 系統(tǒng)中輸入信號小于 （ U=I*R， R= ） ,加之取樣回路時間常數(shù)小，不宜采用一般的濾波平均采樣方式， 因為如果采用濾波平均采樣方式，電容不夠大，將會導(dǎo)致不能采集到信號，只有較大電容，才能保證信號完整，但這樣 又會帶來新問題，如 PCB 板的增大，電源的消耗，散熱等， 故此處 采用 直接對 電流脈沖信號的 幅值進(jìn)行放大及采樣。 系統(tǒng)控制部分如圖 所示，包括充電 (太陽能給電池充電 ) 狀態(tài)下的 PWM恒流控制及能饋狀態(tài)下的 SPWM逆變控制。 SPWM工作原理是當(dāng)與門輸出為高電平時， SPWM得到 15V/12V 電壓導(dǎo)通。以 8051單片機(jī) 為例，最短指令周期 1μ s時，外時鐘是 12MHz。 (4)注意器件的驅(qū)動能力 一般 1個 TTL可推動 8個 TTL或 10多個 CMOS，而一個 CMOS可推動 12個 TTL或 20多個 CMOS。對容易受干擾的部分，可加設(shè)屏蔽金屬罩并接地，使干擾磁信號 被短路接地。 ， 點擊圖標(biāo)即可進(jìn)入原理圖設(shè)計平臺，進(jìn)行原理圖的設(shè)計與編輯。 (2)設(shè)置圖紙顏色（圖紙邊框底色）。 (3)系統(tǒng)字體的設(shè)置。 (5)在 document options 對話框中，選擇 anization 則是進(jìn)行文檔屬性，名稱，設(shè)計單位等進(jìn)行設(shè)置。加入元件庫后即可在編輯區(qū)內(nèi)進(jìn)行元件放置與元件屬性的修改了。 ，即可以對元件進(jìn)行連線，放線可以直接點擊所想連接元件的管腳，然后按住不放，拖動到另下個元件的所需連接的管腳上，線自然就連接上了。 印制電路板的制作可分為手動和自動兩種，制作的全過程是：準(zhǔn)備原理圖；生成網(wǎng)絡(luò)表；設(shè)計版面；裝入網(wǎng)絡(luò)表并調(diào)整布局；自動布線；手動調(diào)整。我們采用自動布局和手動布局相結(jié)合的方法。最后，根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進(jìn)行布局。 根據(jù)電路功能單元，對電路的全部元器件進(jìn)行布局時，要符合以下原則： 按電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致方向。 位于電路板邊緣的元器件，與電路板邊緣一般不小于 。 印刷板導(dǎo)線的最小 寬度主要由導(dǎo)線與絕緣基板間的粘附強(qiáng)度和流過它們的電流值決定 .對于集成電路，尤其數(shù)字電路，通常選用 ～ 。導(dǎo)線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。必須用大面積銅箔時，最好用柵格狀 .這樣有利于排除銅箔與基板粘合劑受熱產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體。高頻電路宜采用多點串聯(lián)接地，地線應(yīng)短而粗。 原則上每個集成 電路芯片都應(yīng)布置一個 的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每 4～ 8個芯片布置一個 1～ 10uf的瓷片電容。因此，在設(shè)計印制電路板的時候，應(yīng)注意采用正確的方法。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 在地線設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點： 在低頻電路中，信號 的 工作頻率小于 1MHz，它 的 布線和器件間 的 電感影響較小，而接地電路形成 的 環(huán)流對干擾影響較大，因而應(yīng)采用一點接地。要盡量加大線性電路 的 接地面積。 設(shè)計只由數(shù)字電路組成 的 印制電路板 的 地線系統(tǒng)時，將接地線做成閉環(huán)路可以明顯 的提高抗噪聲能力。 的 導(dǎo)線寬度 由于瞬變電流在印制線條上所產(chǎn)生 的 沖擊干擾主要是由 印制導(dǎo)線 的 電感成分造成 的 ，因此應(yīng)盡量減小印制導(dǎo)線 的 電感