【正文】 此外，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成也離不開同學(xué)們和朋友們的大力幫助，正是在他們的熱心幫助下我解決了許多在調(diào)試時(shí)遇到的困難，真心感謝他們的熱心幫助。從各個(gè)環(huán)節(jié)入手，對(duì)產(chǎn)品多方面了解比較，最終決定運(yùn)用哪一種產(chǎn)品，立足于基礎(chǔ)理論，面對(duì)應(yīng)用技術(shù)，以正確的態(tài)度去摸索整個(gè)設(shè)計(jì)。要注意的問題包括： 1) 在制作 PCB圖時(shí)，焊盤的大小要根據(jù)元件管教的大小設(shè)置好，該設(shè)置大的要設(shè)大，該小的要小； 2) 繼電器切換的電路應(yīng)設(shè)置寬一點(diǎn)，因?yàn)槭谴箅娏髁鬟^，太小的話會(huì)影響電路的正常工作； 3) 在轉(zhuǎn)印電路圖時(shí)，轉(zhuǎn)印時(shí)間不宜過長，在轉(zhuǎn)印過程中，電路圖與敷銅板之間決不能有相對(duì)移動(dòng)，否則轉(zhuǎn)印失??； 4) 在轉(zhuǎn)印完成后，一定要仔細(xì)檢查電路線路是否有有不清晰或斷線的部分，如果有，一定要用油性筆補(bǔ)回 ； 5) 銅板的腐蝕一定要干凈，否則可能在焊接好后，通電便會(huì)引起短路； 6) 鉆孔 時(shí)不能鉆太快，否則會(huì)引起銅板斷裂，同時(shí)要根據(jù)鉆孔的不同選用不同的鉆針，這樣方便以后的焊接； 7) 焊接元件時(shí)，焊接時(shí)間不能過長，但也不能存在虛焊，焊完時(shí)要仔細(xì)觀察是否存在了短路或虛焊； 8) 焊接時(shí)，單片機(jī)先不用插上芯片座以免在焊接時(shí)因過熱而被損壞 軟件 調(diào)試 本設(shè)計(jì)的程序是用 C 語言來寫的，用 Keil uVision2 作為軟件開發(fā)環(huán)境，用單片機(jī)學(xué)習(xí)板作為調(diào)試的操作平臺(tái)。按鍵程序的流程圖如圖 56所示。 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的太陽能充電器要實(shí)現(xiàn)的功能， 因此， 在軟件的設(shè)計(jì)中 它主要包括五大部分： 1. 主函數(shù)程序設(shè)計(jì)； 2. 模數(shù)轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)； 3. TLC5615電壓調(diào)節(jié)的程序設(shè)計(jì)； 4. 數(shù)碼管顯示程序設(shè)計(jì)； 5. 按鍵調(diào)節(jié)程序設(shè)計(jì)。 切換的主要元件是繼電器，它能起到小電流控制大電流的作用，不僅安全，而且穩(wěn)定。 當(dāng) DIN 讀入數(shù)據(jù)后，經(jīng) DA 轉(zhuǎn)換，在 OUT 輸出電壓 VOUT， VOUT 與充電電路中 LM2576的反饋端相連接， 與內(nèi)部參考電壓比較，進(jìn)而調(diào)整充電電壓。 為實(shí)時(shí)顯示蓄電池的充電電壓和電流，需要對(duì)電路采樣， 如圖。 VOUT ― 開關(guān)輸出端，輸出高電壓為（ VIN－ VSAT） 。因此，復(fù)位對(duì)單片機(jī)來說是不可或缺的一部分。但由于這兩類能源供電的間隙性（主要是受受天氣），因此這兩類分布式電源都不是直接接入電路使用，而是先將它們產(chǎn)生的電能用蓄電池儲(chǔ)存起來，再通過逆變器變成標(biāo)準(zhǔn)的 220V工頻交流電，供給負(fù)載使用。當(dāng)燃料（氫氣）和空氣被送入電池時(shí)，氫在陽極會(huì)被氧化，反應(yīng)方程式如公式 31 所示； 而氧在陰極會(huì)減少， 反應(yīng)方程式如公式 32所示。 分布式電源的類型有很多，主要有可再生清潔能源為主的太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電和以不可再生資源的燃料電池發(fā)電、微型汽輪機(jī)發(fā)電。當(dāng)然，從技術(shù)方面看， 微電網(wǎng)在一些方面還需有 待突破 ,譬如 在快速隔離、孤島保護(hù)、無縫切換、穩(wěn)定控制、能量管理技術(shù)等方面。 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 圖 24 日本微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu) 其他國家的微電網(wǎng)研究 加拿大對(duì)微電網(wǎng)的相關(guān)研究主要集中在中壓配電網(wǎng) ，主要包括三大方面：一是邊遠(yuǎn)地區(qū)的供電問題；二是計(jì)劃孤島運(yùn)行；三是城市電網(wǎng)如何作為“好市民”。目前，該項(xiàng)目已取得一些很具有啟發(fā)意義的研究成果，譬如，可用于逆變器控制的低壓非對(duì)稱微電網(wǎng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)仿真工具、孤島和互連的運(yùn)行理念、基于代理的控制策略、本地黑啟動(dòng)策略、接地和保護(hù)的方案、可靠性的定量分析、實(shí)驗(yàn)室微電網(wǎng)平臺(tái)的理論驗(yàn)證等。圖中包括 3條饋線 A,B 和 C及 1條負(fù)荷母線，網(wǎng)絡(luò)整體呈輻射狀結(jié)構(gòu)。 5) 獨(dú)立性：微電網(wǎng)在一定條件下可以獨(dú)立運(yùn)行，在一定基礎(chǔ)上保障了本地的用電需求。 圖中微電網(wǎng)工作情況為 當(dāng)微電網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí) ,微電網(wǎng)通過開關(guān) K 與電網(wǎng)相連 ,連接點(diǎn)為公共藕合點(diǎn) ,DGI和 DG2 只向重要負(fù)載提供部分能量 (電網(wǎng)也提供一部分能量 )。在 21世紀(jì)初 ， CERTS 從結(jié)構(gòu)、控制等方面 詳盡地 闡述了微電網(wǎng)的概念：微電網(wǎng) 是一種負(fù)責(zé)和微型電源共同組成的 系統(tǒng)，它可以同時(shí)提熱量和電能：微電網(wǎng)內(nèi)部的電源主要由電力電子器件負(fù)責(zé)能量之間的轉(zhuǎn)換，并提供必要的控制；微電網(wǎng)相對(duì)于外部大電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元，并同時(shí)滿足用戶對(duì)電能質(zhì)量和供電安全等要求。這一標(biāo)準(zhǔn)在很大程度上限制了分布式電源的有效發(fā)揮，也從中間接地限制了新能源的開發(fā)利用，也很難達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目的。最后，詳細(xì)介紹了太陽能和風(fēng)能發(fā)電的充電控制電路、繼電器切換電路的設(shè)計(jì)過程。 五 邑 大 學(xué) WUYI UNIVERSITY 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 論文題目 : 微電網(wǎng)控制系統(tǒng)的研究 院 系 : 信息工程學(xué)院 專 業(yè) : 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) : AP0904606 學(xué)生姓名 : 丁梓健 指導(dǎo)教師 : 黃輝 二零一三年五月 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 院系 信息學(xué)院 專業(yè) 電氣工程 及其自動(dòng)化 學(xué)號(hào) AP0904606 姓名 丁梓健 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： 微電網(wǎng)控制系統(tǒng)的研究 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)及技術(shù)要求 ： 1 設(shè)計(jì)任務(wù) : 1) 研究國內(nèi)外微電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用； 2) 研究主要微電網(wǎng)支撐的能源部分； 3) 完成微電網(wǎng)太陽能發(fā)電部分和風(fēng)力接入部分 2 技術(shù)要求： 1) 研究的資料要全面、充分，并能從中得出自己的觀點(diǎn)； 2) 太陽能和風(fēng)能發(fā)電接入能正常工作； 3) 太陽能充電電路能為 12V 蓄電池充電； 4) 能分析出微電網(wǎng)支撐能源部分的工作原理，并重點(diǎn)分析太陽能部分 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)完成的項(xiàng)目內(nèi)容和指導(dǎo)性進(jìn)度安排： 1) 設(shè)計(jì)的思路的可行性構(gòu)想； 2) 設(shè)計(jì)元件的確定與申報(bào)； 3) 電路原理圖的設(shè)計(jì)和制作、調(diào)試； 4) 論文資料的收集整理； 5) 完成論文的初 稿； 6) 論文的修改； 7) 論文評(píng)審； 8) 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。 包括 控制器的硬件、軟件設(shè)計(jì)思路。為解決此矛盾 ，為了能充分地利用分布式電源為電網(wǎng)和用戶帶來的效益和價(jià)值，一個(gè)自然的想法就是將地理上靠近、又都以分布式供電為主的電源及其負(fù)荷在一個(gè)比配電網(wǎng)還小的局部上形成自治系統(tǒng)，因此，在 21 世紀(jì)初，一些專家學(xué)者提出了一 個(gè)更為嶄新的概念 —— 微型電網(wǎng)（ MicroGrid）被提出來了，也就是當(dāng)今被廣泛熟知的微電網(wǎng)，相應(yīng)地把微電網(wǎng)中的分布式電源改稱為微型電源（ Micro Source， MS），也簡稱微源。歐盟微電網(wǎng)項(xiàng)目所提出的定義為： 微網(wǎng)是利用分布式能源、儲(chǔ)能裝置和可控負(fù)荷共同組成的低壓網(wǎng)絡(luò)；容量范圍從幾百千瓦到幾個(gè)兆瓦；能夠與配電網(wǎng)并列運(yùn)行，在上一級(jí)電網(wǎng)故障時(shí)可脫網(wǎng)自治運(yùn)行，故障恢復(fù)后可重新并網(wǎng)。 這種運(yùn)行模式減輕了電網(wǎng)的負(fù)擔(dān) ,并且提高了重要負(fù)載的抗干擾性 ，當(dāng) 電網(wǎng)故障 或檢修的情況時(shí) ,開關(guān) K 將跳開 ,電網(wǎng)被切離 ,系統(tǒng)中的 DGI 和 DG2 將負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)負(fù)載電壓 ,并按預(yù)先設(shè)定的功率分配的原則向微電網(wǎng)中所有重要負(fù)載供電 ,此時(shí)微電網(wǎng)工作于獨(dú)立運(yùn)行模式 （ 即孤島運(yùn)行模式 ）， 在電網(wǎng)故障清除后 ,微電網(wǎng)要在開關(guān) K 閉合之前重新取得與電網(wǎng)的同步 ,以 平穩(wěn)恢復(fù)到并網(wǎng)運(yùn)行模式 ，繼續(xù)為電網(wǎng)供電 。 6) 可持續(xù)性：微電網(wǎng)采用的分布式電源大部分都是可再生 能源或清潔能源能大大減少對(duì)環(huán)境的污染，保護(hù)自然環(huán)境，真正地實(shí)現(xiàn)了能源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。饋線通過主分隔器（ 通常是一個(gè)靜態(tài)開關(guān) )與 大電網(wǎng)系統(tǒng)相連，可實(shí)現(xiàn)孤網(wǎng) 和 并網(wǎng) 兩種 運(yùn)行模式 之間的平滑切換。 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 圖 23 歐盟微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖 歐盟采用的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖 23 所示，該結(jié)構(gòu)也是通過一些電力電子期間接入分布式電源，同時(shí)，考慮到“即插即用 ”的需要。韓國在 207 年成立了以高校為主的智能微電網(wǎng)研究中心，研究目標(biāo)為配電網(wǎng)技術(shù)、電力變換器技術(shù)、開發(fā)控制和通信技術(shù)、微電網(wǎng)的仿真及模型開發(fā)。此外，我國目前 新能源 的 發(fā)展政策 是 以電價(jià)補(bǔ)貼為主的， 他更多地是扶持產(chǎn)業(yè)的中下游，雖刺激了 產(chǎn)能， 但卻 沒能有效提升 微電網(wǎng)的 自主創(chuàng)新能力。 太陽能光伏發(fā) 簡單地說 ,太陽能發(fā)電就是利用“光伏效應(yīng)” 產(chǎn)生電能 ,由于 光伏電池的基本特性和二極管 相似 ， 因此我們 可以簡單的 用 PN 結(jié)來 進(jìn)行 說明， 如 圖 31 為光伏 電池的單元 的基本模型 ,當(dāng)具有 一定強(qiáng)度的太陽光射到 半導(dǎo)體時(shí)， 一部分的太陽 光 會(huì) 與構(gòu)成半導(dǎo)體的材料相互作用 ,會(huì)產(chǎn)生電子 空穴 對(duì) (因失去電子而帶正的電荷 )，如半導(dǎo)體中存在 PN 結(jié)， 則在 PN結(jié)的作用下 ,電子 會(huì) 向 N 型半導(dǎo)體 運(yùn)動(dòng) ，空穴向 P 型半導(dǎo)體 運(yùn)動(dòng)，并會(huì)聚集到兩個(gè)電極 ，即負(fù)電荷和正電荷聚集于兩端， 如果兩個(gè)電極能夠成回路 ,回路中 就有電荷 定向移動(dòng)產(chǎn)生電流 。 這時(shí)，質(zhì)子在電溶液中從陽極運(yùn)動(dòng)到陰極，而電子 e經(jīng)外部電路運(yùn)動(dòng)至陰極。 太陽能充電 控制 器的 硬件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)概述 本設(shè)計(jì)從大體上由 六 大部分組成 ,包括 主芯片電路 、 單片機(jī)電源電路 、 蓄電池充電電路 、輸出電壓調(diào)整電路 、 顯示電路和放電電路的設(shè)計(jì) 。本設(shè)計(jì)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)部分如圖 42所示， 復(fù)位電容和電阻取一般工程值，分別是 10uf 和 。 GND ― 電路地端 。利用 R21作為采樣電阻， P15測的是采樣電壓，由于 ： 5/1)20220/(50/21 ???總RR ， 所以 5*21RVV ?電池 。從圖中可以看出參考電壓 VREF的值被設(shè)定為 ，也就是 ,而輸出電壓的計(jì)算可根據(jù)公式 42 進(jìn)行計(jì)算， )1 0 2 4/(**2 XVV REFOU T ? ，公式 42， 其中， X為 DIN端讀入 的二進(jìn)制數(shù)，恒小于 1024 圖 47 輸出電壓調(diào)整電路 五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 顯示電路的設(shè)計(jì) 顯示電路的設(shè)計(jì) 的驅(qū)動(dòng)芯片應(yīng)用 是 74HC595,它的特點(diǎn)是 :時(shí)鐘移位頻率高 ,最大頻率大于 25MHz。 圖 412 繼電器切換電路原理圖 圖 412 是繼電器切換的原理圖， P1 是連接太陽能 充電 控制器或風(fēng)能 充電 控制器的連接端， P2 的接線端與蓄電池連接， P3 則是與逆變電源連接 ， P4 接線端與 PLC（可編程控制器）連接， 當(dāng)蓄電池為逆變電源供電時(shí)， K K3 閉合， K1 斷開，當(dāng)蓄電池的供電電壓低于 12V時(shí)， K K2 閉合， K3斷開，充電器 開始為蓄電池充電 ，如果 P1 送過來的電壓為12V，此時(shí)充電器同時(shí)會(huì)為逆變電源供電。 主函數(shù)程序的設(shè)計(jì) 如圖 51,主函數(shù)是用來 連接各 功能 函數(shù)的樞紐 ,起到連接和控制各部分分程序的作用 ,而各部分 功能函數(shù) 也會(huì)影響主函數(shù)的運(yùn)行 ,他的程序代碼如附錄主函數(shù)部分所示 ,流程圖如圖 52 所示 ,設(shè)計(jì)的大體思路是 ,程序先進(jìn)行初始化 ,然后主程序檢測是否有調(diào)節(jié)按鍵按下 ,如果有就判斷其加減 ,如果沒有 ,就輸入和顯示反饋電壓 ,接著開始進(jìn)行充電 ,實(shí)時(shí)顯示電流電壓值 ,當(dāng)電池快充滿的時(shí)候判斷電池兩端電壓值 是否為 12V，如果是就固定輸出，如果不是就要降低反饋電壓，提高輸出電壓。它的程序編寫如附錄。如圖 62 所示所示，當(dāng)程序編寫完畢，用 Keil uVision2 進(jìn)行編譯后下載到學(xué)習(xí)板上，模擬能否實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能，如果實(shí)現(xiàn)不了則返回程序修改，當(dāng) 程序的設(shè)計(jì)好 PCB圖 將 PCB 圖轉(zhuǎn)印至敷銅板打印 PCB 圖 腐蝕銅板 焊接元件五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 一切問題都解決了以后，就可以把程序下載到單片機(jī)里，進(jìn)行軟硬件調(diào)試。一整套設(shè)計(jì)流程下來，培養(yǎng)了我的調(diào)查研究、查閱文獻(xiàn)、收集資料以及理論分析的能力，同時(shí)通過分析問題和解決問題去提高自己的總體學(xué)習(xí)水平 ，理論與實(shí)踐結(jié)合起來，讓我受益匪淺。另外，我要感謝我親愛的父母親，感謝他們對(duì)我的養(yǎng)育之恩，感謝他們?yōu)榱宋沂芰四敲炊嗫?，付出了那么多的汗水，?的很感謝他們。在此，我真誠地 向?qū)煴硎菊\摯的謝意 。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)， 它 使我對(duì)于電子類方面知識(shí)有了更深入的了解，開闊了我的視野， 鍛煉了我自己的動(dòng)手能力 和分析問題的思維能力 ，認(rèn)識(shí)到從書本理論到實(shí)踐的 過程 ，從各個(gè)方面思考入手，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)、書本、指導(dǎo)老師還有同學(xué)認(rèn)識(shí)到如何得到相關(guān)的信息。 圖 61 硬件的制作過程 在制作電路板的過程中要注意一些細(xì) 致問題，盡管這些問題看似繁瑣，但會(huì)對(duì)最后設(shè)計(jì)是否成功有重要影響。 圖 55 AD測量 程序設(shè)計(jì)流程退