【正文】 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)是基于RM CortexM3處理器內(nèi)核進(jìn)行設(shè)計(jì)的。無按鍵時(shí)兩個(gè)引腳是斷開的狀態(tài)。4腳信號(hào)同1腳信號(hào)相位相差180176。此款I(lǐng)GBT基本參數(shù)為：正向耐壓VCES=600V；正向?qū)妷篤CE=。四個(gè)開關(guān)導(dǎo)通（或關(guān)斷）占空比值均相等。按照計(jì)算結(jié)果控制電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所 需要的PWM波形。仿真電路中除了增益之外的大多數(shù)z域元件都需要一個(gè)z域采樣脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，本例中采樣頻率設(shè)為50kHz。對于數(shù)字控制開關(guān)電源系統(tǒng), 數(shù)字處理器的輸出環(huán)節(jié)一般為內(nèi)部或外部擴(kuò)展的功能模塊, 它具有零階保持的功能, 即在下一次輸出更新之前始終保持本次輸出值。Vx節(jié)點(diǎn)通過開關(guān)管周期性的接地，而電容兩端的電壓則保持穩(wěn)定。線路如圖22所示，由開關(guān)S、電感L、電容C組成。為保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行，防止主電路對控制電路的干擾，采用主、控電路完全隔離的方法，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)用光耦隔離，反饋信號(hào)用變壓器隔離，輔助電源用穩(wěn)壓集成快組成。擾動(dòng)觀察法的優(yōu)點(diǎn)是:跟蹤方法簡單，容易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)母線電壓繼升高，第一級(jí)分流電路分流繼續(xù)分流直到飽和。在此過程中，可根據(jù)響應(yīng)曲線的好壞反復(fù)改變比例系數(shù)與積分時(shí)間，以得到較好的控制效果。PI調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為： (27)其中，Kp為比例系數(shù)，Ki為積分系數(shù)，KI=KPTI。隨著功率器件的發(fā)展，正弦波脈寬調(diào)制(SPWM)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。其中低頻部分，有可能使供電電路的漏電保護(hù)開關(guān)誤動(dòng)作。圖2－3 降壓式DC－DC變換器原理圖當(dāng)控制信號(hào)為正半波時(shí)，晶體管T導(dǎo)通，續(xù)流二極管D因此反偏截止。太陽能電池陣的總體布局是要在布貼太陽電池的基板上盡可能多排列太陽電池組件以獲得大的輸出功率，并安排好太陽電池組件匯流條、導(dǎo)線的安裝位置。太陽電池的關(guān)鍵參數(shù)是光電轉(zhuǎn)搗效率、抗輻照能力以及開路電壓和短路電流、填充因子等。圖2－1 太陽能電池的輸入輸出特性當(dāng)太陽能電池(組件)的電壓上升時(shí)，電池的輸出功率亦開始增加。能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料有許多種，如:單晶硅，多晶硅，非晶硅，砷化稼，硒錮銅等?？烧{(diào)度式并網(wǎng)系要求逆變器同時(shí)具有獨(dú)立工作和并網(wǎng)工作兩種模式，具有更大的靈活性，更容易電力部門作為電力調(diào)峰所接受。綱要明確提出了我國在1996年~2010年間新能源和可再生能源的發(fā)展目標(biāo)任務(wù)以及相應(yīng)的對策和措施。這種并網(wǎng)逆變器較好地適應(yīng)了光伏電池類似電源的特性，取得了較好的性能。并網(wǎng)型戶用太陽能發(fā)電設(shè)備，從1994年后迅速發(fā)展，到2003年己占當(dāng)年太陽能發(fā)電設(shè)備市場的55%。我國光伏技術(shù)雖然經(jīng)過40年的努力，已具有一定的水平和基礎(chǔ)。我國是個(gè)發(fā)展中國家，地域遼闊，有許多邊遠(yuǎn)省份和經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)。對這些電路的工作過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析，對電路中的參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，完成了硬件電路的制作與實(shí)驗(yàn)調(diào)試。本論文在分析了光伏并網(wǎng)發(fā)電國內(nèi)外進(jìn)展的基礎(chǔ)上，本文分析了單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理。光伏發(fā)電己經(jīng)在許多應(yīng)用領(lǐng)域都被證明在技術(shù)上是成熟的，在經(jīng)濟(jì)上是合算的。但是其造價(jià)和運(yùn)行成本較上述兩種方案高。到目前為止，世界太陽電池年銷售量己超過60兆瓦，電池轉(zhuǎn)換效率提高到12%以上，系統(tǒng)造價(jià)和發(fā)電成本己分別降至4美元/峰瓦和25美分/度電。但另一個(gè)不能忽略的重要問題是，如何設(shè)計(jì)將電池產(chǎn)生的直流電高效率地轉(zhuǎn)換成交流電的電路。在國內(nèi)，光伏發(fā)電的應(yīng)用主要集中于農(nóng)村電氣化和離網(wǎng)型光伏產(chǎn)品。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)分為可調(diào)度式并網(wǎng)系統(tǒng)(帶少量蓄電池)和不可調(diào)度式并系統(tǒng)(不帶蓄電池)，后者由于沒有蓄電池，造價(jià)相對較低，但由于不能夠控制網(wǎng)時(shí)間，作為調(diào)峰使用效果較差，這類并網(wǎng)系統(tǒng)要求逆變器只有單一的并網(wǎng)工作式，當(dāng)電網(wǎng)失電時(shí)停止工作。（5）當(dāng)RS=RL=30Ω時(shí)，DCAC變換器的效率≥60%。在實(shí)際太陽電池中，存在串聯(lián)電阻Rs和并聯(lián)電阻Rsh，其實(shí)際的等效電路如下：圖2－1中顯示的是常用的光照太陽能電池的電流一電壓特性曲線，如果太陽能電池(組件)電路短路，即U=0，此時(shí)的電流為短路電流Isc。 太陽電池陣的電性能設(shè)計(jì)主要包括單體太陽電池的選擇、太陽電池組件的研制和太陽電池陣的設(shè)計(jì)和組裝。安裝旁路二極管就可以限制這種有害高反向偏壓，避免出現(xiàn)熱斑，保護(hù)太陽電池陣，它安裝在太陽電池并聯(lián)條的兩端和太陽電池反向連接。這樣利用二極管指數(shù)特性使電流減少量作為輸出電壓的函數(shù)，就可精確地模擬太陽電池陣的IV特性曲線。(3)無變壓器非絕緣方式本來希望進(jìn)一步降低成本，從兩級(jí)變換變?yōu)閱渭?jí)變換，提高效率，使它成為并網(wǎng)型太陽能發(fā)電設(shè)備中更理想的逆變器，但是使用中出現(xiàn)一系列問題。同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電壓Uo＝－Udc。這種方式與其他用三角波作為載波的PWM控制方式不同，它不直接將指令信號(hào)i*與三角波比較，而是將廠與反饋電流i的偏差△i經(jīng)過放大器A之后再與三角波比較。如果系統(tǒng)沒有靜差或靜差已小到許可范圍內(nèi)，并且響應(yīng)曲線已屬滿意，那么只需用比例調(diào)節(jié)器即可，比例系數(shù)可由此確定。控制電路控測母線電壓，將其與參考電壓進(jìn)行比較，放大母線電壓誤差，并用其輸出控制分流調(diào)整電路工作分流調(diào)整電路跨接在太陽電池陣輸出端，它根據(jù)誤差電壓的高低旁路掉一定的太陽電池陣的輸出，從而將母線電壓維持在希望的數(shù)值上，因些分流調(diào)整電路可以看作是負(fù)載的一部分，不過這個(gè)負(fù)載不是固定不變的，而是時(shí)刻根據(jù)母線上負(fù)載的變化而變化，以維持太陽電池陣的總負(fù)載不變。這樣，光伏陣列的實(shí)際工作點(diǎn)就能逐漸接近當(dāng)前最大功率點(diǎn)，最終在其附近的一個(gè)較小范圍往復(fù)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖圖2－5示出了系統(tǒng)主電路和控制電路框圖。對稱PWM波形的特點(diǎn)在于調(diào)制脈沖是關(guān)于PWM脈沖中心對稱的。則閉合時(shí)間為：T1=D1Ts，斷開時(shí)間為：T2=D2Ts。隨著電源功能的逐步完善, 數(shù)字處理器除了完成控制功能以外,還要能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)、顯示以及遠(yuǎn)程監(jiān)控等各種功能。電壓基準(zhǔn)為一個(gè)z域給定信號(hào)，以上兩者的差值做為誤差項(xiàng)。像這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的ＰＷＭ波形，也稱為SPWM（Sinusoidal PWM）波形。另外，從公式的第二項(xiàng)還可以看出，載波Ｎ越大，諧波頻率就越高，濾波越容易（從它的頻譜圖中能更形象的看出），所需的L2 C5的值就越小。104pF的獨(dú)石電容用于濾掉電源的高頻諧波。與IGBT相同MOSFET也是壓控型器件，其驅(qū)動(dòng)電路如圖321所示。這樣的接法就構(gòu)成了一個(gè)坐標(biāo)，每一個(gè)鍵都對應(yīng)這一個(gè)行的位置和一個(gè)列的位置。選亮數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。當(dāng)Timer1定時(shí)時(shí)間到， C P U 響應(yīng)該中斷請求， 向相應(yīng)接口送出低電平( 偶次采樣) 或高電平( 奇次采樣) ， 并計(jì)算出 ( 偶次采樣) 或 ( 奇次采樣) 作為定時(shí)時(shí)間常數(shù)送人T 2 并啟動(dòng) Timer2 ， 同時(shí)啟動(dòng)Timer1 繼續(xù)定時(shí)。 這里我們用的一種方法是先將4個(gè)行線的I/O 口置為“0”（低電平），將列線的I/O口置為“1”（高電平）。輸入到P1的波形可以用圖形直觀描述，其波形圖如圖322所示。常用的有三菱公司的M579系列（如M5795962和M57959L）和富士公司的EXB系列（如EXB8EXB84EXB850和EXB851）。另外，這四個(gè)二極管還有限制過電壓的作用。通常采用等腰三角形作為載波，因?yàn)榈妊切紊舷聦挾扰c高度成線性關(guān)系且左右對稱，當(dāng)它與任何一個(gè)平緩變化的調(diào)制信號(hào)波形相交時(shí)，如在交點(diǎn)時(shí)刻控制電路中開關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于信號(hào)波幅值的脈沖，這正好符合ＰＷＭ控制的要求。此電路的結(jié)果是把輸出電壓鉗制在參考電壓上這里取參考電壓為30V，圖中三條曲線分別為放大器負(fù)輸入端電阻R1為1k，10k，100k下的仿真結(jié)果從中可以看到R1為10k和100k時(shí)都能實(shí)現(xiàn)輸出電壓的快速鎖定，而R1為1K時(shí)則不能實(shí)現(xiàn)輸出電壓的鎖定。圖3－10 PI控制器的Saber z域模型由于數(shù)字控制系統(tǒng)由數(shù)字處理器和控制對象組成，而它們分別屬于數(shù)字部分和模擬部分，因此要對這兩部分分別建立仿真模型，然后再結(jié)合在一起進(jìn)行仿真。電容取2uF。當(dāng)開關(guān)S在位置A時(shí),如圖33a）電流iL流過電感線圈L，在電感線圈未飽和前，電流線性增加，電能以磁能形式儲(chǔ)在電感線圈L中。PWM是具有一定占空比脈沖序列，主要涉及下面的兩個(gè)基本的Saber模塊：1 rmposc 模型：這是一個(gè)使用外部放電電阻的三角波生成模型(a) ramposc模塊原理圖 (b)輸出特性上圖為osc端口下圖為ct端口輸出圖3－1 ramposc模塊的特性表3－1則顯示了rampose模塊的輸入和輸出端口的含義表3－1 ramposc的輸入輸出端口模型參數(shù)功能描述信號(hào)類型enable使能控制數(shù)字rt提供輸入電流的外部電阻模擬ct外部電容模擬gnd參考地模擬rampose是用于生成周期性三角波的模型，電阻電壓保持Vrt，產(chǎn)生電流Vrt/R對電容進(jìn)行充電，當(dāng)達(dá)到Vhigh充電結(jié)束，然后電容放電到Vlow，osc輸出一個(gè)數(shù)字脈沖指示這段死區(qū)的時(shí)間。跟蹤步長對跟蹤精度和相應(yīng)速度無法兼顧。當(dāng)母線電壓升高時(shí)，線性分流級(jí)開始分流，T1射極電位隨之提高，T1輸出同兩個(gè)比較器Ch和Cl相連，當(dāng)T1射極電位升高到一定程度，比較器Ch的輸出變?yōu)檎娢唬c門打開，時(shí)鐘脈沖使可逆計(jì)數(shù)器增加一個(gè)計(jì)數(shù)。峰值功率跟蹤實(shí)際上是一種功率調(diào)節(jié)，而不是電壓調(diào)節(jié)，采用峰值功率跟蹤的目的是為了最大限度的利用太陽電池陣的能量，峰值功率跟蹤單元的輸出電壓是變化的。對上式進(jìn)行離散化處理，得到遞推PI算式： (29)其中： (210)整定過程即調(diào)節(jié)PI控制器參數(shù)，選擇采樣周期T，使得控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)達(dá)到要求。實(shí)際上就是一個(gè)交流電流源和電壓源的并聯(lián)。(4)正激變壓器絕緣方式是在無變壓器非絕緣方式使用效果不佳之后開發(fā)出來的，既保留了無變壓器非絕緣方式單級(jí)變換的主要優(yōu)點(diǎn)，又消除無絕緣隔離的主要缺點(diǎn)，是到目前為止并網(wǎng)型太陽能發(fā)電設(shè)備比較理想的逆變器中、小容量逆變器主電路一般有推挽逆變電路、全橋逆變電路和高頻升壓逆變電路三種，推挽電路，將升壓變壓器的中性插頭接于正電源，兩只功率管交替工作，輸出得到交流電力，由于功率晶體管共地邊接，驅(qū)動(dòng)及控制電路簡單，另外由于變壓器具有一定的漏感，可限制短路電流，因而提高了電路的可靠性。由于通過儲(chǔ)能電感L的電流不能突變，所以在它兩端感應(yīng)出一個(gè)左負(fù)右正的自感電勢，使續(xù)流二極管導(dǎo)通。一個(gè)是模擬產(chǎn)生太陽電池陣的I－V輸出特性，另一個(gè)是動(dòng)態(tài)改變IV輸出特性。背表面反射電池(BSR)轉(zhuǎn)換效率較高(12%以上)抗輻照性能好，在1MeV能量，累計(jì)通量電子數(shù)/cm2情況下，BSR硅太陽電池歸一化后最大衰減小于18%，對抗輻照性能有較高要求場合應(yīng)選BSR電池。該點(diǎn)的功率，則稱為最大功率Pmax。這個(gè)過程的的實(shí)質(zhì)是:光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過程。目前，逆變電源控制方式大多采用正弦波脈寬調(diào)制，即所謂的SPWM技術(shù)。該政策的出臺(tái)，促進(jìn)了太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使太陽能光伏發(fā)電量上升到一個(gè)新的水平。由于其優(yōu)越的雙向功率變流及其電流控制性能，使這類技術(shù)直接應(yīng)用于光伏陣列的并網(wǎng)發(fā)電，并獲得了網(wǎng)側(cè)正弦波電流特性，真正實(shí)現(xiàn)了“綠色”電能變換[8]。日本從1994年開始發(fā)展并網(wǎng)型戶用太陽能發(fā)電設(shè)備，到2004年已安裝58000套，到2008年要達(dá)到247600套。隨著常規(guī)能源資源的有限性和環(huán)境壓力的增加，使世界上許多國家重新加強(qiáng)了對新能源和可再生能源技術(shù)發(fā)展的支持。目前太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)大致可分為三類:(1)離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)。目前的環(huán)境問題，很大程度上是由于能源特別是化石能源的開發(fā)利用造成的，人類要解決這些能源問題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進(jìn)步，大規(guī)模地開發(fā)利用可再生潔凈能源[1]。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。相對而言，目前這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展還處在初期階段，到2030年之后將會(huì)有很穩(wěn)定和很高的增長率，會(huì)成為可行的電力供應(yīng)者。在背靠電網(wǎng)的前提下，該系統(tǒng)省掉了蓄電池，從而擴(kuò)張了使用的范圍和靈活性，并降低了造價(jià)。光伏組件的生產(chǎn)成本降到3美元/W以下[6]。2020年將分別下降為60日元/W，200日元/W和巧日元//kw。但是，我國太陽能光伏技術(shù)開始于20世紀(jì)70年代，開始時(shí)主要運(yùn)用于空間技術(shù)，而后逐漸擴(kuò)大到地面并形成了中國的光伏產(chǎn)業(yè)。另外，光伏發(fā)電最終將實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行，這就必須采用成熟的市場模今后交流光伏發(fā)電系統(tǒng)必將成為光伏發(fā)電的主流[9]。研究了最大功率點(diǎn)跟蹤控制(MPPT)的原理和方法，并采用電導(dǎo)增量法來實(shí)現(xiàn)光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤。通常使用梳狀或王字形電極（4） 減反射膜，因?yàn)槿肷涞焦饬恋墓璞砻婀饽苡薪?/3被反射掉，為了減少對光反射損失，在光照面上要鍍一層多層減反射膜，來提高電池對光能的利用率。定向式太陽電池陣又分成單軸定向太陽能電池陣和雙軸定向太陽能電池陣。太陽電池的另一個(gè)重要元件是互連條，它把單片太陽電池并聯(lián)或串聯(lián)起來。當(dāng)Vo接近于Vf1時(shí)，A1輸出為正，二極管由于正偏而開始導(dǎo)通。根據(jù)太陽能發(fā)電用逆變器分為以下幾種形式[15]:(l)工頻變壓器絕緣方式用于獨(dú)立型太陽能發(fā)電設(shè)備，可靠性高，維護(hù)量少，開關(guān)頻率低，電磁干擾小。與Q。由(23)，(24)兩式子可得輸出有功功率改變(通過I的改變)時(shí)，輸出電壓的相角σ和Ui的變化規(guī)律為： （2－3） （2－4）這樣得控制σ和Ui，兩個(gè)參數(shù)，可見間接控制實(shí)現(xiàn)比較困難，因此本設(shè)計(jì)采用電流直接控制的方式。增大界將減慢消除靜差的過程，但有利于減小超調(diào)，減小振蕩。為克服環(huán)境溫度變化對系統(tǒng)影響：事先將特定光伏陣列在不同溫度下測得的最大功率點(diǎn)電壓存在控制器中，實(shí)際運(yùn)行是，控制器根據(jù)檢測光伏陣列的溫度，通過查表選取合適的Umax 電壓跟蹤法的具體的實(shí)現(xiàn)方式有線性分流和開關(guān)分流兩種。雖然這種方法不能迅速跟蹤最大功率點(diǎn)，但是如果增加采樣時(shí)間，可以減少系統(tǒng)損失，而且使用該方法只需要兩個(gè)傳感器，減少了硬件個(gè)數(shù)和成本費(fèi)用。電流不變表示系統(tǒng)輸出特性不變，維持占空比不變；電流增加表示系統(tǒng)工作點(diǎn)朝最大功率點(diǎn)方向移動(dòng)。