【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 25 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 本人完全了解西安工業(yè)大學(xué)有關(guān)保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，即：本科學(xué)生在校攻讀學(xué)士學(xué)位期間畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于西安工業(yè)大學(xué)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于沒(méi)有實(shí)際的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和對(duì)單片機(jī)了解得不夠 和對(duì)有關(guān)芯片電壓電流的計(jì)算 ，所以遇到了很多的困難和問(wèn)題，但在師 老師精心的指導(dǎo)和親切關(guān)懷下，在同學(xué)的幫助下，都一一的克服和解決了 。 在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我不但學(xué)會(huì)了一定的理論知識(shí)還學(xué)會(huì)了如何去查閱各類(lèi)資料、書(shū)籍、網(wǎng)絡(luò)檢索。 電源部分的干擾抑制 技術(shù) 單片機(jī)系統(tǒng)中的各個(gè)單元都需要直流電源供電，目前廣泛使用兩種電源，一種是串聯(lián)型穩(wěn)壓電源，另一種是開(kāi)關(guān)電源。 的 總線(xiàn)。印制導(dǎo)線(xiàn) 的 電感量與其長(zhǎng)度成正比，與其寬度成反比，因而短而精 的 導(dǎo)線(xiàn)對(duì)抑制干擾是有利 的 。 若接地線(xiàn)很細(xì)，接地電位則隨電流 的 變化而變化，致使電子設(shè)備 的 定時(shí)信號(hào)電平不穩(wěn)，抗噪聲性能變壞。 在電子設(shè)備中，接地是控制干擾的重要方法。 設(shè)計(jì)的常規(guī)做法之一是在印制板的各個(gè)關(guān)鍵部件配置適當(dāng)?shù)耐伺弘娙?。?duì)于集成電路，其間距最小可為 。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 布線(xiàn)是重要的抗干擾措施，本設(shè)計(jì)首先對(duì)電路進(jìn)行自動(dòng)布線(xiàn)，由于是按照一定的規(guī)則進(jìn)行的，其中肯定存在一些不太令人滿(mǎn)意的地方，另外為了安裝、防止干擾等原因，對(duì)元件的位置、布線(xiàn)的寬度等提出的要求，是無(wú)法通過(guò)計(jì)算機(jī)的自動(dòng)布線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，必須對(duì)自動(dòng)布線(xiàn)后的印制電路板進(jìn)行手工調(diào)整。 在確定特殊元件的位置時(shí)要遵守以下原則： 盡可能縮短高頻元器件之間的連線(xiàn)，設(shè)法減少它們的分布參數(shù)和相互之間的電磁干擾。這個(gè)過(guò)程是很靈活的。 ，可通過(guò) place(放置 )/part（元件）命令直接進(jìn)元件的放置，也可以用工具條上的按鈕，打開(kāi)所對(duì)應(yīng)的對(duì)話(huà)框進(jìn)行元件的放置。在點(diǎn)擊 Design/options 后，選擇 change system font 按鈕，則可彈出字體對(duì)話(huà)框，您 可以進(jìn)行字體設(shè)置了。 ，可以在首先執(zhí)行 design(設(shè)計(jì) )/Options(選項(xiàng) )菜單下設(shè)置圖紙的風(fēng)格和大小尺寸等，具體參數(shù)設(shè)置如下： (1)圖紙方向的設(shè)置。 如果輸出負(fù)載過(guò)重，會(huì)降低輸出 電平，使電平處于或低于被驅(qū)動(dòng)器件的輸入門(mén)檻電平 (TTL： 高為 ，低為 ； CMOS；高為 ，低為 )，從而造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。 圖 系統(tǒng)控制部分 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì) 系統(tǒng)干擾原因 從設(shè)計(jì)和制造的角度來(lái)看，造成應(yīng)用系統(tǒng)容易受干擾 的主要原因是： 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 (1)系統(tǒng)電源的抗干擾能力差或功率不足； (2)程序沒(méi)有采取抗干擾措施或措施不力； (3)器件間驅(qū)動(dòng)功率不足，處在較臨界狀態(tài)； (4)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娫?、電壓偏低? (5)沒(méi)有采取屏蔽保護(hù)； (6)元件質(zhì)量低； 。圖中采用兩個(gè)運(yùn)放，其實(shí)起到放大作用的只有一個(gè)， U3B 的加入只是平衡 U3A運(yùn)放產(chǎn)生零點(diǎn)漂移對(duì)系統(tǒng)的影 響， U3B 的連接就是一個(gè)電壓跟隨器。 交流電網(wǎng)電壓的檢測(cè)應(yīng)用于電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)前饋、電網(wǎng)交流正弦波過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻的捕獲確定正弦波電壓的啟始 點(diǎn) ,用于并網(wǎng)電流相位的校正等。然而在電網(wǎng)脫離后，如果有功和無(wú)功的波動(dòng)都很小，此時(shí)被動(dòng)式檢測(cè)方法就存在檢測(cè)盲區(qū)。通常大型光伏電站需要設(shè)置冗余保護(hù)裝置，保證系統(tǒng)故障時(shí)及時(shí)處理。 Z源逆變器可以應(yīng)用 于許多工業(yè)應(yīng)用的場(chǎng)合：從家用電器如微波爐、感應(yīng)炊具到航空航天工業(yè)，從個(gè)人電腦電源到工業(yè)自動(dòng)化如燃料電池和混合電動(dòng)汽車(chē)。阻抗源電路是阻抗逆變器的能量存儲(chǔ)和濾波元件，它有第二級(jí)濾波器，比傳統(tǒng)的逆變器中單獨(dú)使用的電感器和電容器能有效的抑制電壓電流脈動(dòng)。因此對(duì)于需要寬電壓范圍的應(yīng)用場(chǎng)合，需要一個(gè)額外的 DC/DC降壓式變換器。 （ 2） 電壓源逆變器是一種降壓式逆變器，其交流輸出電壓被限制只能低于而不能超過(guò)直流母線(xiàn)電壓，因此對(duì)于直流電壓較低，同時(shí)又需要較高的交流輸出電壓的 DC/AC 功率變換應(yīng)用場(chǎng)合 ， 則必須加一個(gè)額外的 DC /DC變換器，如升壓電路或者升壓變壓器等，這就增加了系統(tǒng)的成 本、 體積和控制復(fù)雜性， 降低了變換效率。 逆變器的輸出電壓可以是三相或多相 ， 也可以是方波， 正弦 波， PWM波， 階梯波等。 C8051F330采用 20腳 DIP 封裝（見(jiàn)圖 ） 圖 C8051F330 封裝圖 太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電 系統(tǒng) 硬件 各部分的介紹 對(duì)于電源的設(shè)計(jì)有一些總的規(guī)則，但是在實(shí)際應(yīng)用中，還需要根據(jù)實(shí)際要求靈活的選擇電源方案。 FLASH存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場(chǎng)更新 8051固件。其次，嵌入 51 內(nèi)核又兼有微芯公司 PIC 系列復(fù)合多種擴(kuò)展應(yīng)用模塊特點(diǎn)的 Cygnal公司 C8051F系列的幾款微處理器也應(yīng)是一種不錯(cuò)的選擇。 系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)思想是在滿(mǎn)足 設(shè)計(jì)目標(biāo) 要求的情況下 ， 盡可能使得電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化 ， 以降低成本并提高其可靠性 。 5） 借助 DXP20xx 軟件，繪出系統(tǒng) SCH、 PCB 圖。 （ 4） 實(shí)現(xiàn) SPWM輸出及正負(fù)半周選通控制 和 PWM的選通。在上海新能源環(huán)保工程有限公司的主持下，會(huì)同上海太陽(yáng)能科技有限公司 、合肥陽(yáng)光電源有限公司、合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，聯(lián)合開(kāi)發(fā)成功 10 K W 屋頂光伏并網(wǎng)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“ 10KW 系統(tǒng)”），并于 20xx 年11月在上海奉賢海灣旅游區(qū)安裝完成并投入試運(yùn)行。 20xx年 9月，我國(guó)首座屋頂太陽(yáng)能發(fā)電站在北京竣工投產(chǎn)。 20xx年世界各國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)的比較，西班牙新增太陽(yáng)能 發(fā)電裝機(jī)容量達(dá) 2511MW，擴(kuò)展規(guī)模為全球最大，同時(shí)也幾乎占了全球市場(chǎng)的一半。 美國(guó)政府最早光伏發(fā)電的發(fā)展計(jì)劃， 1997年又提出“百萬(wàn)屋頂”計(jì)劃，能源部 和有 州政府制定了光伏發(fā)電的財(cái)政補(bǔ)貼政策，總光伏安裝量已達(dá)到 3000MW以上。該系統(tǒng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性，但是其造價(jià)和運(yùn)行成本較上述兩個(gè)方案高。在尋找和開(kāi)發(fā)新能源的過(guò)程中，人們很自然的把目光投向了各種可再生的替代能源。 本題目 采用單片機(jī) 、電力 電子 、計(jì)算機(jī) 等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)典型的 太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋 電系統(tǒng)的 公網(wǎng)光電隔離 、 相位檢測(cè)、放大和電力電子 SPWM 逆變技術(shù)， 構(gòu)成一個(gè)典型的 太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電 系統(tǒng)。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 題目 ： 太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng) —— 硬件部分 院 （系）： 電子信息工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 自動(dòng)化 20xx年 6月 I 太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng) — 硬件部分 摘要 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì) 和現(xiàn)代社會(huì) 的迅速發(fā)展 ,資源 匱乏 問(wèn)題也越來(lái)越受人們關(guān)注， 人們 對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能等綠色潔凈能源的渴求日趨強(qiáng)烈。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī) ； 逆變器 ；相位檢測(cè) ；電流放大 II Solar photovoltaic powergrid feeder system –hardware Abstract With China39。我國(guó)正處在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌和蓬勃發(fā)展期，能源問(wèn)題將更加突出，主要體現(xiàn)在：能源短缺、環(huán)境污染、溫室效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和人與自然和諧相處，只能依靠科技進(jìn)步，大規(guī)模的開(kāi)發(fā)可再生潔 凈能源，而太陽(yáng)能具有儲(chǔ)存量大、普遍存在、經(jīng)濟(jì)、清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因此太陽(yáng)能的利用越來(lái)越受到人們的廣泛重視，如發(fā)電過(guò)程無(wú)污染、無(wú)需生產(chǎn)原材料、不占用空間，光伏發(fā)電作為常規(guī)能源的補(bǔ)充，無(wú)論在解決特殊應(yīng)用領(lǐng)域，如通信、信號(hào)電源和偏遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)民用生活用電需求方面，還是從環(huán)境保護(hù)及能源戰(zhàn)略上都具有重大的意義。而太陽(yáng)能光伏利用的主要形式將是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，所以說(shuō)太陽(yáng)能并網(wǎng) 發(fā)電代表了太陽(yáng)能電源的發(fā)展方向，是 21 實(shí)際最具吸引力的能源利用技術(shù)。 日本于 1974年開(kāi)始執(zhí)行“陽(yáng)光計(jì)劃”，投資 5億美元，一躍成為太陽(yáng)電池的生產(chǎn)大國(guó)，1994年提出朝日七年計(jì)劃，計(jì)劃到 20xx年推廣 萬(wàn)套太陽(yáng)能光伏屋頂，已完成。而德國(guó)、美國(guó)、韓國(guó)分別以 1500MW、342MW、 274MW的擴(kuò)容規(guī)模分列二到四位，德國(guó)的安裝總量仍居世界首位。這套太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，可以單獨(dú)供電也 可以并網(wǎng)供電，總裝容量 140 千瓦，年發(fā)電量約 15 萬(wàn)千瓦時(shí)，能讓 4萬(wàn)盞100 瓦的路燈亮上一年。隨后，在 20xx年 10 月底，又完成了兩套屋頂光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“屋頂系統(tǒng)”），一套為總功率 、三相、 380V的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) (A系統(tǒng) )；另一套為總功率 W單相、 220V的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)（ B系統(tǒng)），這 3套系統(tǒng)目前都已投入無(wú)故障運(yùn)行。 （ 5） 實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的常規(guī)可靠性，還要考慮成本問(wèn)題。 6） 搭出系統(tǒng)硬件電路，在完成系統(tǒng)通電調(diào)試的基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試 。 系統(tǒng)微處理器 選擇 鑒于太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電 系統(tǒng) 的特殊性及對(duì)可靠性更高的要求， 依據(jù) 技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式及 功能 ，微處理器除了通常的通用、高速、低功耗等基本優(yōu)點(diǎn)外，還應(yīng)具備在復(fù)雜環(huán)境下可靠工作的特質(zhì)，優(yōu)先考慮廣泛應(yīng)用于如汽車(chē)等特殊工業(yè)領(lǐng)域的微處理器系 列。另外， Motorola公司的 68HC 系列中如 68HC05BXX微處理器 也可以在考慮的范疇。用戶(hù)軟件對(duì)所有外設(shè)具有完全的控制，可以關(guān)斷任何一個(gè)或所 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 有外設(shè)以節(jié)省功耗。一部分是蓄電池 12V/15V的直流電，另一部分是 C8051F330系統(tǒng)及外部擴(kuò)展3V～ 5V直流供電電壓。 對(duì)于電流源 逆變器來(lái) 說(shuō)， 同一個(gè)電路既可工作在逆變狀態(tài) ， 也可以工作在整流狀態(tài)，它的輸入側(cè)需要一個(gè)恒定的電流，即理想的情況是具有無(wú)窮大的戴維南阻抗， 這與電壓源的情況正好相反 。 （ 3） 每個(gè)橋臂上、下器件不允許直通，否則會(huì)損壞器件，引起系統(tǒng)崩潰。如降壓電路或者降壓變壓器，這個(gè)額外的功率變換級(jí)增加了系統(tǒng)成本 ， 降低了變換效率。 Z 源逆變器與傳統(tǒng)的電壓源或電流源最大的不同和獨(dú)特之處是它允許逆變橋臂瞬時(shí)開(kāi)路和短路 ， 這為逆變器主電路根據(jù)需要升壓或降壓提供了一種機(jī)制。 前面提到， Z 源逆變器的輸入源可以是電壓源形式，也可以是電流源形式，相應(yīng)的逆變主電路既可以和傳統(tǒng)電壓源型逆變器相同，也可以和傳統(tǒng)電流源型逆變器相同。 孤島效應(yīng)是指并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)斷電時(shí)，并網(wǎng)裝置仍然保持對(duì)失壓電網(wǎng)中的某一部分線(xiàn)路繼續(xù)供電的狀態(tài)。 （ B） 主動(dòng)式孤島檢測(cè)： 主動(dòng)式孤島檢測(cè)方法中用的比較多的是主動(dòng)頻移法（ AFD），其基本原理是在并網(wǎng)系統(tǒng)輸出中加入頻率擾動(dòng)，在并網(wǎng)的情況下，其頻率擾動(dòng)可以被大電網(wǎng)校正回來(lái)，然而在孤島發(fā)生時(shí)，該頻率擾動(dòng)可以使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，從而檢測(cè)到孤島的發(fā)生。 電壓 隔離 /狀態(tài)檢測(cè)部分如圖 所示， 強(qiáng)弱電的隔離我們通常采用光電隔離，保證系統(tǒng)安全 性 ，檢測(cè)部分是在 能饋狀態(tài)下為系統(tǒng)提供市電過(guò)零檢測(cè) /掉電 中斷（上升沿模式）信號(hào) 及 市電正負(fù)半周識(shí)別信號(hào) 。通過(guò)分析圖 實(shí)際上就是一個(gè)同相比例運(yùn)算電路， 即 A=(1+CR1/CR0)=（ 1+） ≈ , 其中 A 為電流放大倍數(shù) ， CR1=,CR0=， 通過(guò)放大 最終單片機(jī)檢測(cè)到的電流 就是蓄電池的實(shí)際峰值電流（即電池充電導(dǎo)通時(shí)電流）。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì) (1)晶振 選擇時(shí)鐘頻率低的單片機(jī)外時(shí)鐘是高頻的噪聲源，除能引起對(duì)本應(yīng)用系統(tǒng)的干擾之外，還可能產(chǎn)生對(duì)外界的干擾 ，使電磁兼容檢測(cè)不能達(dá)標(biāo)。 (5)采取屏蔽保護(hù) 屏蔽可用來(lái)隔離空間輻射。在執(zhí)行 design/options后彈出的對(duì)話(huà)框中，選擇 sheet options 選擇進(jìn)行設(shè)置。 (4)電氣節(jié)點(diǎn)的設(shè)置。如果要修改元件的屬性，可 以直接雙擊所要修改的元件，在彈出的對(duì)話(huà)框中對(duì)所要修改的項(xiàng)進(jìn)行修改。 規(guī)劃完電路板，裝入了網(wǎng)絡(luò)表和元件，便可以開(kāi)始對(duì)元件進(jìn)行布局了。易受干擾的元器件不能相互挨的太近，輸入和輸出元 件盡量遠(yuǎn)離。 在整個(gè)布線(xiàn)過(guò)程中，應(yīng)遵守以下原則： 輸入輸出端用的導(dǎo)線(xiàn)應(yīng)盡量避免相鄰平行。 印制導(dǎo)線(xiàn)拐彎處一般取圓弧形，而直角或夾角在高頻電路中會(huì)影響電氣性能。 退藕電容的一般配置原則是： 電源輸入端跨接 10～ 100uf的電解電容。如能將接地和屏蔽正確結(jié)合 起來(lái)使用，可解決大部分干擾問(wèn)題。因此應(yīng)將接地線(xiàn)盡量加粗，使它能通過(guò)三位于印制電路板 的 允許電流。時(shí)鐘引線(xiàn)、行驅(qū)動(dòng)器或總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器 的 信號(hào)線(xiàn)常常載有大 的 瞬變電流，印制導(dǎo)線(xiàn)要盡可能地短。對(duì)于那些離開(kāi)印制電路板 的 引線(xiàn)，驅(qū)動(dòng)器應(yīng)緊緊挨著連接器。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，單片機(jī)系統(tǒng)有 70%左右的干擾是通過(guò)電源耦合進(jìn)來(lái)的，因而，必須采取措施提高電源的干擾抑制能力，常用的方法有以下幾點(diǎn)： ； PCB的電源與地之間并接去耦電容 ； TVS器件來(lái)吸收電路中的浪涌干擾； 、輸出端增加電容濾波； ，則應(yīng)注意采用 RC吸收電路抑制浪涌電壓； 注意 ： 交流電與直流低壓之間的距離，并用地線(xiàn)隔開(kāi)；直流低壓與開(kāi)關(guān)管的調(diào)整電路之間用光耦隔 開(kāi)；采用屏蔽措施進(jìn)一步減少開(kāi)關(guān)電源的干擾 。在現(xiàn)在社會(huì)高速發(fā)展大趨勢(shì)下，掌握盡可能多的信息資料顯得尤為關(guān)鍵。 在這個(gè)過(guò)程中我也學(xué)