【正文】 測 比 較 器V T 1V T 2電 源驅(qū) 動5 V 基 準(zhǔn) 電源V C C欠 壓 限 制振 蕩 器P W M鎖 存 器 圖 53 UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及基本外圍電路 第 7 腳為輸入電壓，開關(guān)電源啟動的時候需要在該引腳加 一個不低于 16V的電壓，芯片工作后，輸入電壓可以在 10～ 30V之間波動，低于 10V時停止工作。芯片啟動后通過脈寬調(diào)制控制功率管的開關(guān)從而實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。高頻變壓器出來的脈動直流電壓，先通過二極管整理，再通過 3 個 50V/3300μ F的電解電容，和由一個 33μ H 電感和 2 個 104 的電容構(gòu)成 ∏ 型濾波器進行濾波后輸出。在本系統(tǒng)中 RT 和 CT 分別選用了 10kΩ 和 F， 可以計算得其工作頻率約為 40kHz，符合開關(guān)電源的要。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 28 U C 3 8 4 2V C CG N DV f bC O M PV r e fR t C t IO U T P U T1 6 . 5 V1 0 KI R F 5 4 0 U接 到 高 頻 變 壓 器 的 主 繞 組 上0 . 2 5 K2 0 K1 K1 0 K0 . 0 0 2 2 u f0 . 0 2 u f4 7 0 u f2 0 0 k 圖 54 UC3842的核心電路圖 如圖 54 所示， UC3842 的工作頻率由 4 腳和 8 腳間的 RT 和 CT 決定的。這里可以選用 IRF540，其耐 壓值高達 100V，額定電流可以達到 33A。 根據(jù) UC3842 的特點， 該設(shè)計的輔助電源是由 UC3842 設(shè)計的開 關(guān)電源 。 第 5 腳為地。 第 2 腳是反饋腳，將采樣電壓加到誤差放大器的反相輸入端，再與同相輸入端的基準(zhǔn)電壓進行比較，產(chǎn)生誤差電壓，控制脈沖的寬度。該芯片集成了振蕩器、具有溫度補償?shù)母咴鲆嬲`差放大器、電流檢測比較器、圖騰柱輸出電路、輸入和基準(zhǔn)欠電壓鎖定電路以及 PWM鎖 存器電路。其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖 52 所示。 U gP I P W MU c開 關(guān) 電 路U o電 流 反 饋 電 路電 壓 反 饋 電 路 圖 51 PI閉環(huán)調(diào)節(jié)控制狂框圖 電流型 PWM 是在脈寬比較器的輸入端，直接用流過輸入電感線圈電流的信號與誤差放大器輸出信號進行比較，從而調(diào)節(jié)占空比，使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。內(nèi)部采用的是雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)是電流控制環(huán)，外環(huán)是電壓控制環(huán)。逆變器滿載工作時，可得 ： 22 ??? PUR L (413) 所以 ?? R ，初步選定 R=6，將 R 代入式（ 410）與式（ 411）中，可得L=995μ H,C= F，實驗實際選擇 L=1mH， C=10μ F，則此時 LC 低通濾波器的截止頻率為： kH zLCf c 1 ?? ? (414)安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 25 5 控制回路的設(shè)計 輔助電源設(shè)計 本設(shè)計是基于 UC3842 的單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計來設(shè)計該系統(tǒng)的輔助電源 ， 輔助電源作用是給整個光伏逆變器系統(tǒng)的控制電路、驅(qū)動電路、檢測報警電路等提供穩(wěn)定的低壓電源，是系統(tǒng)穩(wěn)定 可靠 工作的重要保障 。本設(shè)計中選擇系統(tǒng)開關(guān)頻率為 18kHz,逆變器輸出交流電源頻率為50Hz，初步確定截止頻率為 1kHz，濾波器中有兩個待定的參數(shù)，即濾波電感和濾波電容。所以， LCL 濾波器通常用于較低開關(guān)頻率的中大功率場合。所安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 23 以需要濾波，常見的濾波裝置有單電感濾波， LC 濾波，還有 LCL 濾波。 50Hz 的交流電給負載使用。 ?? ?? cT (46) 式 （ 45）和式（ 46） 中， tD為三角載波的中心的時間值； TC為 SPWM 載波信號周期； M 為三角載波的調(diào)制度。這樣，三角載波與階梯波水平線段的交點 A、 B 兩點就分別落在正弦調(diào)制波的上下兩邊，從而減少了以階梯波調(diào)制的誤差。 本設(shè)計采 用數(shù)字方法控制，即用軟件實現(xiàn) 。 逆變電路的設(shè)計 本 設(shè)計采用的是電壓型單相 全橋逆變電路。 PU TUUUL 0022 )( ?? (41) 當(dāng)輸出功率等于 5kW 時，計算得 L=20μ H，當(dāng)工作在 電感電流連續(xù)模式下時，輸出電壓紋波較小，電容充放電電流的變化率也較小，具有很好的電能輸出質(zhì)量，本設(shè)計中選取 P=100W 時所對應(yīng)的臨界電感值 L=1mH。如圖所示： K ME M I 濾波 器D C / D C 輔 助電 源U C 3 8 4 2L E M 1L E M 2D C / A CT L P 5 2 0光 耦數(shù) 字 信 號 處 理T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7升 壓 變 壓 器+ 5 V+ 1 5 V 1 5 V+ 1 5 V+ 1 5 V+ 1 5 V+ 1 5 VC2 2 0 V過 流欠 壓 或過 壓超 溫頻 率 采 樣I P M 逆 變C 1C 2C 3 圖 41 離網(wǎng)型光伏逆變器的結(jié)構(gòu)方框圖 主回路是通過輸入濾波電路對輸入的 220V 直流電進行濾波處理，采用全橋逆變進行逆變處理，輸出 SPWM 波，經(jīng)過 工頻變壓器升壓，輸出 260V 的交流電再 經(jīng)過輸出濾波器的濾波，輸出 50Hz220V的 交流電。由于太陽能的直接輸出一般都是 DC12V、 DC24V、 DC48V。 電導(dǎo)增量法是借著修改邏輯判斷式來減少在最大功率點附近的振蕩現(xiàn)象，使其更能適應(yīng)變化的日照強度和溫度。因此，通過測量增量值（ dI/dU）與瞬間太陽能光伏電池的電導(dǎo)值（ UI/ ），可以決定下一次的擾動，當(dāng)增量值與電導(dǎo)值符合式（ 314）要求時，表示已達到最大功率 點，即不進行下一次擾動，此即為電導(dǎo)增量法的基本工作原理。尤其是在大氣環(huán)境變化緩慢時，能量損耗的情況更為嚴(yán)重，此為擾動與觀察法的最大缺失。通過周期性的增加或減少負安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 17 載的大小，以改變太陽能光伏電池的端電壓及輸出功率，并觀察、比較負載變動前后的輸出電壓及功率的大小，以決定下一步的增、減負載動作。不過，這種方法的最大缺點就是當(dāng)大氣條件大幅度改變時，系統(tǒng)不能自動地跟蹤到太陽能光伏電池的新的最大功率點，因此造成能量的損耗。U ( k )Δ ( I ) = Δ ( U )Δ ( U ) Δ ( I )U r e f = U r e f U r e f = U r e f + CU r e f = U r e f C輸 出 U r e f 控 制 有 功輸 出是是否否 圖 36 最大功率點控制算法框圖 幾種常見的最大功率點算法 下面介紹幾種常用的最大功率點的算法 。根據(jù)以上工作在最大功率點；當(dāng)電壓功率差分值相等時，可以認為外部狀態(tài)沒有改變，洗頭膏仍然工作在最大功率點；當(dāng)電壓功率差分值大于電流功率差分值時，說明當(dāng)前的光照強度有所減弱或由于溫度升高導(dǎo)致陣列的輸出功率下降，應(yīng)該相應(yīng)地降低系統(tǒng)輸出有功以滿足陣列最大功率輸出的要求。如果)()( kIkU ??? ，則認為陣列輸出 功率已經(jīng)滿足最大功率點的必要條件，可以近似 認為系統(tǒng)已經(jīng)工作在最大功率點上，只要保持系統(tǒng)有功功率即可；如果 )()( kIkU ??? ,則說明陣列輸出功率增大的方向為電壓增大而電流減小的方向，即系統(tǒng)工作在恒定電流區(qū)域以內(nèi)，必須降低系統(tǒng)有功輸出才能使得系統(tǒng)重新工作在最大功率點上；而如果)()( kIkU ??? ，則說明光伏陣列輸出功率增加的方向為電流增加而電壓減小的方向，即系統(tǒng)工作在恒定電壓區(qū)域以內(nèi)，此時只有增加系統(tǒng)有功輸出才能使得系統(tǒng)工作在當(dāng)前的最大功率點上。 在實際的應(yīng)用系統(tǒng)中，需要對光 伏陣列的輸出電壓和電流進行連續(xù)采樣。在實際應(yīng)用系統(tǒng)中采用的“上山法”正是 利用了最大功率點 dP/dU為零的特性。 在一定的光照強度和環(huán)境溫度下 ，光伏電池可以工作在不同的輸出電壓，但是只有在某一輸出電壓值時，光伏電池的輸出功率才能達到最大值，這是光伏電池工作點就達到了輸出功率電壓曲線的最高點，稱之為最大功率點（ MPP）?？梢钥闯?，隨著電池溫度的升高，光伏電池的短路電流 ISC 略微增加，而光伏電池開路電壓降低。 （ 2）日照強度和溫度對光伏電池的輸出特性的影響 光伏電池的 IU特性曲線與日照強度和電池溫度有關(guān)。 開路電壓（ UOC）：標(biāo)準(zhǔn)條件下所能輸出的最大電壓； 最大功率點電壓（ Um）：標(biāo)準(zhǔn)條件下最大功率點的電壓； 短路電流（ ISC） :標(biāo)準(zhǔn)條件下所能輸出的最大電流； 最大功率點電流 （ Im） ：標(biāo)準(zhǔn)條件下最大功率點的電流； 最大功率點功率 （ Pm） ：標(biāo)準(zhǔn)條件下輸出最大功率 Pm=Um*Im。圖 35（ a）為光伏電池在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，光伏電池的輸出特性是指在一定的溫度和日照強度條件下，光伏電池所呈現(xiàn)的伏安特性，即輸出電壓和輸出電流之間的對應(yīng)關(guān)系，通常簡稱為 IU特性曲線。 U太陽能電池輸出電壓，單位 V。 光伏電池的數(shù)學(xué)模型 （ 1）光伏電池的理論分析模型 根據(jù)半導(dǎo)體電子學(xué)理論， 單個 光伏電池的等效電路如圖 33 所示。將光伏點多吃安裝在特有的定向裝置上，使得光伏電池表面總是面向太陽旋轉(zhuǎn)，以獲得最大的功率輸出。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 11 ④ 固定安裝式光伏陣列。 ③ 聚光式光伏陣列。 ② 曲面式光伏陣列。 ① 平板式光伏陣列。 h 光伏陣列在一天內(nèi)所產(chǎn)生的能量，即為功率對時間的積分 輸出安培小時 E A光伏陣列串聯(lián)后的伏安特性曲線參考見圖 31。 確定光伏電池板串聯(lián)數(shù)，及光伏陣列總的輸出電壓時，主要考慮負載電壓的要求，同時考慮蓄電池的浮充電壓、溫度以及控制電路等的影響。 在構(gòu)成光伏陣列時，根據(jù)負荷用電量、電壓、功率、光照情況等，確定光伏電池的總?cè)萘亢凸夥姵氐拇?、并?lián)數(shù)量。因此要將單體的太陽能電池根據(jù)負載需要進行串、并聯(lián)構(gòu)成組合體，在京啊組合體通過一定的工藝流程封裝在透明的薄板盒子內(nèi)，引出正負極引線，方可獨立發(fā)電使用。其特點是轉(zhuǎn)換效率低、價格便宜、輕便，易于 大規(guī)模生產(chǎn)。硫化鎘分單晶或多晶兩種，它常與其他半導(dǎo)體材料合成使用，如硫化亞銅 /硫化鎘光伏電池、碲化鎘 /硫化鎘光伏電池、銅銦硒 /硫化鎘光伏電池等。非晶硅材料基本被制成薄膜電池形式。但多晶硅光伏電池成本較低。 按電池 材料分類： （ 1）硅光伏電池： 包括單晶硅光伏電池、多晶硅光伏電池和非晶硅光伏電池。鑒于波長短的光子能量大，在硅中的穿透深度小的特點，充分利用太陽光中不同波長 的光，通常是讓波長最短的光線被最上邊的寬禁帶材料電池吸收，波長較長的安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 8 光線能夠透射進去讓下邊禁帶較窄 的材料電池吸收，這就有可能最大限度地將光能變成電能。這種光伏電池大大地減少半導(dǎo)體材料的消耗（薄膜厚度以 μ m計）從而大大地降低了光伏電池的成本。其原理是基于在一定條件下金屬 — 半導(dǎo)體接觸時產(chǎn)生類似于PN 結(jié)可整流接觸的肖特基效應(yīng)。 在同一個半導(dǎo)體材料構(gòu)成一個或多個 PN 結(jié)。下面以電池結(jié)構(gòu)和材料形式加以闡述 ： （ 1）異質(zhì)結(jié)光伏電池。當(dāng)太陽光照射到 PN 結(jié)時，就會產(chǎn)生一定量的電子和空穴對， N 區(qū)就有過剩的電子，這樣 就形成了光生電動勢，其方向與勢壘電場方向相反。顯然風(fēng)能發(fā)電與太陽能發(fā)電具有很好的互補性，其優(yōu)點顯見：利用太陽能、風(fēng)能的互補特性可以產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出，提高系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和可靠性；在保證供電情況下，可以大大減少儲能蓄電池的容量；對混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)進行合理的設(shè)計和匹配，可以基本上由風(fēng) — 光系統(tǒng)供電，不需要啟動備用電源 和備用發(fā)電機，一次獲得較好的經(jīng)濟效益。獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常廣泛，如光纖通訊系統(tǒng)、微波中繼站、衛(wèi)星通訊和衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)、農(nóng)村程控電話系統(tǒng)、部隊通訊系統(tǒng)、鐵路安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 6 和公路信號系統(tǒng)、燈塔和航標(biāo)燈電源、海洋浮標(biāo)電源、石油和天然氣輸送管道陰極保護、氣象和地震臺站、水文觀察、污染檢測等災(zāi)害測報儀器電源等，甚至還可以用在航空設(shè)備以及飛機、車輛、船舶等交通 。 光伏電池組件控制器D C / A C 變換 器D C / D C 變換 器直 流 負 載交 流 負 載蓄 電 池 圖 22 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng) 控制器中含有阻塞二極管， 阻塞二極管的主要作用是利用二極管的單向?qū)щ娦宰柚篃o日照時蓄電池通過太陽能電池方陣放電。 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)是不與公共電網(wǎng)相連接的，主要在一些離公共電網(wǎng)太遠的五點地區(qū)和一些特殊場合所使用，如一些偏僻農(nóng)村、牧場和偏遠的島嶼，即公共電網(wǎng)難以覆蓋到的地區(qū)，為其提供照明、廣播電視等基本生活用電。 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)有帶蓄電池組和不帶蓄電池組之分。提高了系統(tǒng)供電可靠性。 控制器的主要作用是控制光伏電池的工作狀態(tài)的，使其工作在最大功率點上，同時控制蓄電池的充放電，對蓄電池和負載起到保護作用。負載可以是直流負載，也可以是交流負載。 （ 4）設(shè) 計通過 TMS320LF2812A 實現(xiàn)對全橋逆變電路的控制