【正文】 單片機(jī)通過內(nèi)部軟件產(chǎn)生兩路 PWM 控制信號，然后經(jīng)過邏輯門變換電路變換成逆變?nèi)珮蛩璧乃穆夫?qū)動信號，再經(jīng)專用驅(qū)動芯片 TLP250 隔離放大后，分別加到逆變?nèi)珮蛩膫€ IGBT 的柵極，進(jìn)行驅(qū)動控制。對輸入的直流電進(jìn)行 PWM 調(diào)制，經(jīng)過LC 濾波輸出。 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 29 （ 4） DC/DC 輸出濾波電感與電容的選擇 電感的阻抗與頻率成正比 ， 可以阻扼高頻通過 。輸入電壓為 12V 考慮到變壓器漏感引起的電壓尖蜂的影響， VDm 為取 3倍左右，即選擇的 MOSFET 開關(guān)管承受電壓在 50V 左右較合適。 TL431 和 TLP521 組成的光耦隔離電路的 工作原理 為 當(dāng)輸出電壓升高時， TL431的 1腳 (相當(dāng)于電壓誤差放大器的反向輸入端 )電壓上升， 3腳 (相當(dāng)于電壓誤差放大器的輸出腳 )電壓下降，光耦 TLP521 的原邊電流 If 增大，光耦的另一端輸出電流 Ic 增大，電阻 R23 上的電壓降增大， FN引腳電壓下降， FN接 SG3525 的 PWM 反相輸入端， 占空比減小，輸出電 壓減?。环粗?，當(dāng)輸出電壓降低時，調(diào)節(jié)過程類似。 （ 2）光耦隔 離 這種隔離方法簡單，價格便宜，體積也小。 ? 具有輸入欠電壓鎖定功能。從控制系統(tǒng)的角度來說，電流控制器既有形成誤差的外環(huán)，又有開關(guān)管瞬態(tài)電流內(nèi)環(huán)，是一種雙環(huán) 控制。電壓控制型中電源電路的電感沒有參與控制，是個獨立變量，只有對控制電路進(jìn)行仔細(xì)設(shè)計才能使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定工作。 控制電路的設(shè)計 （ 1）控制方式 在對電路的反饋控制時，根據(jù)反饋方式的不同，控制方式可以分為電壓控制型和電流控制性。 (3)控制電路采用電流型控制芯片，利用其自動平衡伏秒積的特點，通過檢測流過器件的電流，并以此來調(diào)整 PWM 控制器兩路輸出脈沖的寬度，將變壓器勵磁電流控制在一定 范圍內(nèi)，來達(dá)到防止偏磁的目的，這是最有效的措施。（每個二次繞組磁動勢接近于兩個一次繞組磁動勢的平均值）。因此要采取相應(yīng)的偏磁抑制措施來保證變壓器處 于對稱平衡運行狀態(tài)。根據(jù)對庫倫效 率 及衰減因子的理論分析，取庫倫效率為 ，衰減因子為，則根據(jù)公式計算結(jié)果如下： 并聯(lián)組件數(shù)量 （ **） =，取整 42 串聯(lián)組件數(shù)量 12V?12V=1 故取 12V 50W 的光伏組件，并聯(lián)組件數(shù)量為 42，串聯(lián)組件數(shù)量為 1，總計 42塊。我們用蓄電池的庫侖效率來評價這種電流損失，不同的蓄電池庫侖效率不周，通常認(rèn)為有 5%10％的損失，設(shè)計中一般將負(fù)載增加 10％以應(yīng)付庫侖效率。 由公式（ 34）得平均放電率為： dh = 7 1 . 40 . 7?? 5 1 0平 均 放 電 率 小 時 率 由公式（ 36）得蓄電池容量為： 4 9 0 . 1 9 6 = 4 3 7 6 . 7 5 A h 5 00 . 7 0 . 8?? ?5蓄 電 池 容 量 （ 小 時 的 放 電 率 ） 經(jīng)分析計算可知，本系統(tǒng)設(shè)計可選用蓄電池規(guī)格為 12V 100Ah，則串聯(lián)蓄電池數(shù)量為 1，并聯(lián)蓄電池數(shù)量為 ，取整為 44 塊。根據(jù)實際情況可對此進(jìn)行靈活地處理。這樣，設(shè)計時需要的蓄電池容量就要比根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)情況（ 25℃ ）下蓄電池參數(shù)計算出來的容量要大，只有選擇安裝相對于 25℃ 時計算容量多的容量，才能夠保證蓄電池在溫度低于 25℃ 的情況下，還能完全提供所需的能量。但是在光伏系統(tǒng)中，因為蓄電池中存儲 的能量主要是為了自給天數(shù)中的負(fù)載需要，蓄電池放電率通常較慢，光伏供電系統(tǒng)中蓄電池典型的放電率為 100～ 200 小時。最大放電深度的選擇需要參考光伏系統(tǒng)中使用的蓄電池的性能參數(shù)，通常情況下，深循環(huán)型蓄電池推薦使用 80%的放電深度（ DOD）；淺循環(huán)型蓄電池推薦使用 50%的放電深度（ DOD）。 獨立光伏發(fā)電逆變電源的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)換成源源不斷的直流電，經(jīng)過單片機(jī)對其充放電進(jìn)行控制，使輸出為穩(wěn)定的 12V， 12V的直流電經(jīng)過推挽升壓后濾波，進(jìn)行全橋整流得到 360V的高壓直流電，再經(jīng)過逆變電路輸出工頻交流電。 為改善系統(tǒng)的控制性能，通過模擬、數(shù)字 (A\D)轉(zhuǎn)換器， 將微處理器與系統(tǒng)相連，在微處理器中實現(xiàn)數(shù)字控制算法，然后通過輸入、輸出口或脈寬調(diào)制口 (PWM)發(fā)出開關(guān)控制信號。系統(tǒng)逆變效率可以達(dá)到 90％以上，由于這種電路形式采用了高頻變壓器，體積、重量、噪音等均明顯減小。 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 11 VDZT1T2T3T4 圖 27 電壓型單相全橋逆變電路 結(jié)構(gòu) 全控型開關(guān)器件 T T4同時導(dǎo)通與關(guān)斷； T T2同時導(dǎo)通與關(guān)斷； T1（ T4）與 T2（ T3）的驅(qū)動信號互補(bǔ)，即 T T4和 T T3周期性地改變通斷狀態(tài)，周期 T對應(yīng) 2π弧度，輸出電壓基波頻率 f=1/T。 D5Fuse 2S2D1 D2D3 D4BATC1GNDS1GND 圖 23 推挽式變壓器電路結(jié)構(gòu) (3)半橋式 如圖 24所示，變壓器鐵芯不存在直流偏磁現(xiàn)象，變壓器兩象限工作，利用率高 ，功率管只承受電源電壓，適合高壓中功率場合。首先變壓器鐵芯單向磁化，利用率低，主功率管承受兩倍的輸入電壓，只能適合低壓輸入電路。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)主要用于邊遠(yuǎn)地區(qū)，許多電站無人值守和維護(hù)，這就要求逆變電源具有合理的電路結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格的元器件篩選，并要求逆變電源具備各種保護(hù)功能，如輸入直流極性接反保護(hù)，交流輸出短路保護(hù)，過熱，過載保護(hù)等。一般由升壓電路和逆變橋式 電路構(gòu)成。 圖 21 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 太陽能電池 太陽能電池是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分。 (3)混合型光伏發(fā)電系統(tǒng) 混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖 l3所示。獨立型光 伏系統(tǒng)一般由屋頂?shù)奶柲茈姵仃嚵?、蓄電池?逆變器及控制系統(tǒng)組成，太陽能電池陣列將太陽光能量收集之后由充電系統(tǒng)儲存到蓄電池中。 太陽能光伏發(fā)電的優(yōu)點 太陽光輻射能經(jīng)太陽能電池轉(zhuǎn)換為電能，再經(jīng)過能量存儲、能量變換控制等環(huán)節(jié)，向負(fù)載提供合適的直流或者交流電能。太陽能 資源開發(fā)利用 的潛力非常廣闊 ，具 有巨大的開發(fā)潛能。 瑞士 、法國、 意大利 、西班牙、 芬蘭 等國，也紛紛制定光伏發(fā)展計劃，并投巨資進(jìn)行技術(shù)開發(fā)和加速工業(yè)化進(jìn)程 。面對全球范 圍內(nèi)的能源危機(jī)和環(huán)境壓力， 人類要解決能源問題，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進(jìn)步，大規(guī)模開發(fā)利用可再生能源和新能源 。 打印部分： 8 30 31 參考文獻(xiàn) 本文系統(tǒng)地介紹了獨立光伏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理、控制方法等方面的內(nèi)容，為降低系統(tǒng)體積及提高系統(tǒng)效率，提出“推挽升壓 +全橋逆變”的設(shè)計方案。 關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電 推挽升壓 單相全橋逆變 PIC16F73 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 II Abstract Solar photovoltaic power generation is a kind of technology which can convert solar radiation energy into electricity directly,solar energy is renewable energy and an important part of new energy, which is considered to be the world39。1997年又提出 “百萬屋頂 ”計劃。 20xx年的光伏行業(yè)調(diào)查表明，到 20xx年，光伏產(chǎn)業(yè)的年發(fā)展速度將保持在 30%以上。 根據(jù)《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》，到 2020年，我國力爭使太陽能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到 （百萬千瓦），到 2050年將達(dá)到 600GW（百萬千瓦）。若在電池兩端接上負(fù)載，負(fù)載上就有電流通過，當(dāng)光線一直照射時，負(fù)載上將源源不斷地有電流流過。并網(wǎng)光伏系統(tǒng)是指太陽能發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)化為和電網(wǎng)同頻同相的交流電，既向負(fù)載供電，也可以向電網(wǎng)發(fā)電， 可以分為帶蓄電池的和不帶蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。 (2)對獨立型光伏 系統(tǒng)的不同主電路結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，工作原理，控制策略進(jìn)行詳細(xì)的分析， 并根據(jù)設(shè)計要求選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 綜合考慮以上各因素，本系統(tǒng)采用市場上普遍使用的 VRLA蓄電池。光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變電源 有 較高 的 要求： （ 1）具有較高的效率。 主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計 升壓環(huán)節(jié)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較 升壓環(huán) 節(jié)實際上是 DCDC開關(guān)電源， DCDC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多，但本設(shè)計的是作為逆變電源的直流升壓環(huán)節(jié)，需要有電氣隔離。但電路必須有良好的對稱，否則鐵芯容易引起電流偏磁飽和。 BTTCDQ 圖 26 反激式變壓器電路結(jié)構(gòu) 此外，目前市場流行的升壓方式為 BUCKBOOST，但本系統(tǒng)輸入端電壓 12V，屬于低壓，若想得到工頻 220V輸出電壓，必須含有變壓器升壓環(huán)節(jié)，綜合考慮上述各拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)劣，選擇推挽變換方式。由于采用工頻變壓器，體積大 ，質(zhì)量大，價格也較貴。但存在很多固有缺點： 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 12 ①控制電路的元器件比較多，體積龐大 ,結(jié)構(gòu)復(fù)雜； ②靈活性不夠，硬件電路一旦設(shè)計完成，控制策略就不能改變； ③由于元器件特性的差異，致使電源一致性差，且模擬器件的工作點漂移。數(shù)字信號處理器是在模擬信號變換為數(shù)字信號后對數(shù)字信號進(jìn)行高速實時處理的專用處理器，它具有計算速度快、體積小、功耗低等優(yōu)點，是實現(xiàn)數(shù)字信號處理的強(qiáng)大工具。一般來說，自給天數(shù)由兩個因素決定：負(fù)載對電源的要求程度和光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝處的最大連續(xù)陰雨天數(shù)。 蓄電池的容量隨放電率的降低（即蓄電池放電時間變長）而相應(yīng)增加， 這樣就會對我們的容量設(shè)計產(chǎn)生影響。 一方面，蓄電池的容量隨溫度的下降而下降 通常，鉛酸蓄電池容量是在 25℃時標(biāo)定的，隨著溫度的降低， 0℃時的容量大約下降到額定容量的 90%,而在 20℃的時候大約下降到額定容量的 80%，所以必須考慮蓄電池的環(huán)境溫度對其容量的影響。如果在嚴(yán)寒地區(qū)，就要考慮到低溫防凍問題對此進(jìn)行必要的修正。 本文設(shè)計的光伏發(fā)電系統(tǒng)為中小功率的小型系統(tǒng)，假設(shè)負(fù)載每天耗電為5kWh／天，負(fù)載平均工作時間 lOh，系統(tǒng)所處地平均最低溫度為典型溫度 10℃，選擇自給天數(shù)為 5 天，蓄電池選用深度循環(huán)電池，放電深度為 80％。 太陽能電池組件配置計算 (1)基本公式 計算太陽能電池組件數(shù)量的基本方法是用負(fù)載平均每天所需要的能量（安時數(shù)）除以一塊太陽能電池組件在一天中可以產(chǎn)生的能量即組件日輸出（安時數(shù)），這樣就可以算出系統(tǒng)需要并聯(lián)的太陽能電池組件數(shù)，其中組件日輸出的計算為太陽能光伏組件最大工作點電流（安）乘以每日太陽輻照最小時數(shù)（小時），使用這些組件并聯(lián)可以產(chǎn)生系統(tǒng)負(fù)載所需要的電流。該方法是將傾斜面上的太陽輻射轉(zhuǎn)換成等同的利用標(biāo)準(zhǔn)太陽輻射 1000W／ 1112 照射的小時數(shù)。 推挽式電路變壓器的偏磁現(xiàn)象 推挽變換器電路拓?fù)涞奶攸c就是結(jié)構(gòu)有很好的對稱性，應(yīng)用方便。 (2)兩路驅(qū)動信號傳輸過程中的延遲不同，功率器件自身開關(guān)速度上存在差異。其缺點是使開關(guān)電源的效率降低。 因此抑制變壓器運行過程中的偏磁現(xiàn)象，除了在主電路的設(shè)計上有效抑制偏磁現(xiàn)象之外，對于控制芯片 SG3525 的軟啟動時間可以適當(dāng)延長，使電壓緩慢建立。 電壓型控制方式的優(yōu)點是控制簡單，易于設(shè)計和 分析，抗干擾性能強(qiáng)，其最大缺點是動態(tài)響應(yīng)速度慢。 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 24 電流控制型具有快速的瞬態(tài)響應(yīng)和高度的穩(wěn)定性。 ? 振蕩器工作頻率范圍寬： 100Hz— 400KHz. ? 具有振蕩器外部同步功能。因此在反饋環(huán)中也需要某種形式的隔離。如圖45 所示： TLP521TL4311KR241KR25140KR271KR281KR26100pFCr2100pFCr31KR23BATFN電壓檢測 圖 45 光耦隔離電路 TLP521 的原邊相當(dāng)于一個發(fā)光二極管，原邊電流 If越大，光強(qiáng)越強(qiáng)，副邊三極管的電流 Ic 越大。此時可以用 EE55 的。肖特基二極管的上正向通態(tài)壓降很小，為 0． 30． 8 V，而快恢復(fù)二極管的導(dǎo)通壓降都在 1V以上。 逆變主電路的設(shè)計 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變電路的設(shè)計主要包括逆變主電路的設(shè)計、控制電路、保護(hù)電路、驅(qū)動電路等的設(shè)計。 PIC 單片機(jī)是采用 RISC結(jié)構(gòu)的高性價比嵌入式控制器，采取數(shù)據(jù)總線和地址總線分離的 Harvard 雙總線結(jié)構(gòu)，具有很高的流水處理速度。另外，PIC16F73 只有兩路 PWM 輸出，因此需要采用時序電路，得到四路 PWM 輸出，如圖 49所示： R1022kC1147456U4BMM74HC001 2U3AMM74HC04 圖 49 時序死區(qū)電路 ③光耦隔離電路 后 級輸出 驅(qū)動開關(guān)管時同樣需要進(jìn)行光耦隔離，為了簡化電路，采用 4 個TLP250 光藕， 如圖 410 所示。 畢業(yè)設(shè)計（論文）專用紙 30 PWM(