【文章內(nèi)容簡介】 源為電壓源，主電路為傳統(tǒng)的電壓源逆變器結(jié)構(gòu)，Z源網(wǎng)路輸入阻抗較小，所采用的開關(guān)是開關(guān)器件和二極管反并聯(lián)的組合，負(fù)載為感性，輸入阻抗較小。以電流型逆變器模式工作時，Z源逆變器的輸入電源為電流源，主電路為傳統(tǒng)的電流源逆變器結(jié)構(gòu)，Z 源網(wǎng)絡(luò)輸入阻抗較大，所采用的開關(guān)器件和二極管串聯(lián)的組合，負(fù)載為容性，輸出阻抗較小。 （2）從控制方法上，以電壓型逆變器模式工作時，Z源逆變器主電路可以承受瞬時短路，并通過特殊的控制方式引入短路零矢量而為逆變器的升壓提供可能。以電流型逆變器模式工作時，Z源逆變器主電路可以承受瞬時開路，并通過特殊的控制方式引入開路零矢量而為逆變器的降壓提供了可能性。 Z源逆變器可以應(yīng)用于許多工業(yè)應(yīng)用的場合：從家用電器如微波爐、感應(yīng)炊具到航空航天工業(yè)，從個人電腦電源到工業(yè)自動化如燃料電池和混合電動汽車。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。因電壓源型逆變電路和電流源型逆變電路本身就具有對偶的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所以電壓型Z源逆變器工作原理分析以及調(diào)制策略等相關(guān)的方法都可以應(yīng)用對偶原理延伸到電流型Z源逆變器中。我最終沒有選擇Z型逆變器，雖然它與傳統(tǒng)的逆變器相比存在很多的優(yōu)越性，可是考慮到我知識的有限和采用這種逆變器將給軟件方面增加一些難度，再加之在技術(shù)上的不成熟，也將會帶來一些新的問題，因此,我選擇在電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上屬于電壓型控制逆變電路，而在控制方式上用電流控制型電路，以盡量彌補(bǔ)只用一種逆變器所造成的缺陷。，逆變器原打算采用兩個IGBT,通過對IGBT的通斷控制DC12V轉(zhuǎn)換AC7V,可是查閱相關(guān)資料后發(fā)現(xiàn)如果采用IGBT后設(shè)計的成本將增會增加因?yàn)檫@里面既包括IGBT本身市場價格較高（相對于MOSFET）而且還要加驅(qū)動，鑒于系統(tǒng)的主要設(shè)計思路是在滿足要求的情況下，盡可能使得電路結(jié)構(gòu)簡單化，在保證可靠性的前提下盡量的降低成本，最后決定逆變電路采用兩個NMOSFET內(nèi)部復(fù)合的二極管與原邊構(gòu)成一個典型的共陽極推挽逆變電路。圖中T0、T1直接由C8051F330的SPWM控制交替工作，最終實(shí)現(xiàn)交流電正負(fù)半周的輸出。、保護(hù)部分：，需要設(shè)定合理的保護(hù)措施保護(hù)發(fā)電設(shè)備的安全以及電網(wǎng)的安全；，光伏系統(tǒng)作為分布式發(fā)電系統(tǒng)的典型代表，如何準(zhǔn)確測定孤島效應(yīng)也是監(jiān)控保護(hù)單元的重要作用；，智能電量管理和系統(tǒng)狀況檢測上報也是光伏發(fā)電系統(tǒng)需要重點(diǎn)考慮的因素。并網(wǎng)保護(hù)裝置主要實(shí)現(xiàn)以下保護(hù)功能：低電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)、低頻率保護(hù)、高頻率保護(hù)、過電流保護(hù)以及孤島保護(hù)策略等內(nèi)容。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)故障時及時處理。孤島效應(yīng)是指并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)斷電時，并網(wǎng)裝置仍然保持對失壓電網(wǎng)中的某一部分線路繼續(xù)供電的狀態(tài)。當(dāng)電網(wǎng)的某一區(qū)域處于光伏發(fā)電的孤島狀態(tài)時，電網(wǎng)將不再控制這個電力孤島的電壓和頻率。孤島效應(yīng)會對光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的重連接制造困難，同時可能引起電氣元件以及人身安全危害，因此孤島效應(yīng)必須避免。目前常用的孤島效應(yīng)檢測方法主要有兩種，分別是被動檢測方法和主動式檢測方法。(A)被動式孤島檢測：孤島的發(fā)生和電網(wǎng)脫離時的負(fù)載特性及與電網(wǎng)之間的有功和無功交換有很大的關(guān)系。電網(wǎng)脫離后有功的波動會引起光伏系統(tǒng)端口電壓的變化，無功的波動會引起光伏系統(tǒng)輸出頻率的變化。電網(wǎng)脫離后，如果有功或者無功的波動比較明顯，通過監(jiān)測并網(wǎng)系統(tǒng)的端口電壓或者輸出頻率就可以檢測到孤島的發(fā)生，這就是被動式孤島檢測方法的原理。然而在電網(wǎng)脫離后，如果有功和無功的波動都很小，此時被動式檢測方法就存在檢測盲區(qū)。（B）主動式孤島檢測：主動式孤島檢測方法中用的比較多的是主動頻移法（AFD），其基本原理是在并網(wǎng)系統(tǒng)輸出中加入頻率擾動，在并網(wǎng)的情況下，其頻率擾動可以被大電網(wǎng)校正回來，然而在孤島發(fā)生時，該頻率擾動可以使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，從而檢測到孤島的發(fā)生。這類方法也存在“檢測盲區(qū)”，在負(fù)載品質(zhì)因數(shù)比較高時，若電壓幅值或頻率變化范圍小于某一值，系統(tǒng)無法檢測到孤島狀態(tài)。另外，頻率擾動會引起輸出電流波形的畸變，同時分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)需要進(jìn)行電能質(zhì)量治理時，頻率的擾動會對諧波補(bǔ)償效果造成較嚴(yán)重的影響。大型光伏電站由于地處偏遠(yuǎn)地區(qū)，常常為無人值守電站。為了準(zhǔn)確計量電站的電能輸出及系統(tǒng)運(yùn)行狀況需要設(shè)立智能電量管理及系統(tǒng)狀況監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)往往基于計算機(jī)數(shù)據(jù)處理平臺以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將分散的發(fā)電系統(tǒng)信息收集到集中控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理工作，這部分的工作原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在本文中不在詳述。 我本次設(shè)計是一個簡單的系統(tǒng)，所以有些方面不用太詳細(xì)的考慮，如果考慮太多反倒使一個簡單簡單的系統(tǒng)復(fù)雜化，因此在設(shè)計電路時，盡量做到用最簡單的電路來實(shí)現(xiàn)要達(dá)到的要求，但是電網(wǎng)掉電后停止逆變能饋輸出必須考慮，所以必須要有交流電壓和交流電流的檢測。交流電網(wǎng)電壓的檢測應(yīng)用于電網(wǎng)電動勢前饋、電網(wǎng)交流正弦波過零點(diǎn)時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。電壓隔離/，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，檢測部分是在能饋狀態(tài)下為系統(tǒng)提供市電過零檢測/掉電中斷（上升沿模式）。在設(shè)計中本來是將市電過零和掉電分開用兩個I/O端口檢測，但當(dāng)從新看了C8051F330手冊之后，發(fā)現(xiàn)兩個可以用一個I/O端口來實(shí)現(xiàn)市電過零/掉電的檢測，只要采用C8051F330內(nèi)部看門狗就可以實(shí)現(xiàn)掉電的中斷和復(fù)電的檢測。、狀態(tài)檢測 電源隔離/狀態(tài)檢測部分信號波形由于C8051F330和A/～，所以檢測電壓先要進(jìn)行分壓，然后在進(jìn)行檢測，有圖可得U1=(AR2/(AR1+AR2))U2=((15+)≈*U2，其中AR1=15K，AR2=，U1表示分壓A/D采樣電壓最大輸出電壓，U2表示電池的實(shí)際電壓。通過單片機(jī)編程還原實(shí)測電壓進(jìn)行控制。對電池電流的檢測，如果AR3選取不得當(dāng)，就會產(chǎn)生大功率，這不僅是一種浪費(fèi)還可能造成原件的損毀，這樣就會減小了大功率的消耗，在電流檢測時進(jìn)行放大。，一個帶有失調(diào)電壓補(bǔ)償?shù)耐喾糯箅娐罚?（U=I*R，R=）,加之取樣回路時間常數(shù)小，不宜采用一般的濾波平均采樣方式，因?yàn)槿绻捎脼V波平均采樣方式，電容不夠大，將會導(dǎo)致不能采集到信號，只有較大電容，才能保證信號完整，但這樣又會帶來新問題，如PCB板的增大，電源的消耗，散熱等，故此處采用直接對電流脈沖信號的幅值進(jìn)行放大及采樣。圖中采用兩個運(yùn)放，其實(shí)起到放大作用的只有一個，U3B的加入只是平衡U3A運(yùn)放產(chǎn)生零點(diǎn)漂移對系統(tǒng)的影響，U3B的連接就是一個電壓跟隨器。，即A=(1+CR1/CR0)=（1+）≈,其中A為電流放大倍數(shù)，CR1=,CR0=，通過放大最終單片機(jī)檢測到的電流就是蓄電池的實(shí)際峰值電流（即電池充電導(dǎo)通時電流）。光伏逆變器對于功率因數(shù)有較高要求，為了準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)逆變，需要對輸出電流進(jìn)行控制，通常的電流控制方式有兩種：其一是間接電流控制，也稱為相位幅值控制，控制原理簡單，但精度較差，一般不采用；其二是直接電流控制，給出電流指令，直接采集輸出電流反饋，這種控制方法控制精度高，準(zhǔn)確率好，系統(tǒng)魯棒性好，得到廣泛應(yīng)用。，包括充電 (太陽能給電池充電) 狀態(tài)下的PWM恒流控制及能饋狀態(tài)下的SPWM逆變控制。 PCA下的PWM模式，、。其中，NMOSFET我選用IRF530芯片，它的絕對額定最大漏源極電壓為100V，絕對額定最大漏極電流為14A（溫度為25℃），PMOSFET我選用IRF9530芯片，它的絕對額定最大漏源極電壓為100V，絕對額定最大漏極電流為14A（溫度為25℃）。，VCC加到三極管上，使三極管導(dǎo)通，PWMG2得到6V電壓導(dǎo)通。SPWM工作原理是當(dāng)與門輸出為高電平時，SPWM得到15V/12V電壓導(dǎo)通。從設(shè)計和制造的角度來看，造成應(yīng)用系統(tǒng)容易受干擾的主要原因是：(1)系統(tǒng)電源的抗干擾能力差或功率不足；(2)程序沒有采取抗干擾措施或措施不力；(3)器件間驅(qū)動功率不足，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)沒有采取屏蔽保護(hù)；(6)元件質(zhì)量低；。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(1)晶振選擇時鐘頻率低的單片機(jī)外時鐘是高頻的噪聲源，除能引起對本應(yīng)用系統(tǒng)的干擾之外，還可能產(chǎn)生對外界的干擾 ，使電磁兼容檢測不能達(dá)標(biāo)。在對系統(tǒng)可靠性要求很高的應(yīng)用系統(tǒng)中，選用頻率低的單片機(jī) 是降低系統(tǒng)噪聲的原則之一。以8051單片機(jī)為例，最短指令周期1μs時，外時鐘是12MHz。 而同樣速度的Motorola單片機(jī)系統(tǒng)時鐘只需4MHz，更適合用于工控系統(tǒng)。(2)電源 主機(jī)部分采用單獨(dú)的穩(wěn)壓電路，一片穩(wěn)壓塊HT7130A，加上較好的濾波電路；外圍電路采用另外的電源供電。(3)輸入、輸出隔離，輸入、輸出信號可加光電耦合器隔離，防止外圍器件動作時產(chǎn)生的回流沖擊系統(tǒng)電路。 (4)注意器件的驅(qū)動能力一般1個TTL可推動8個TTL或10多個CMOS，而一個CMOS可推動12個TTL或20多個CMOS。 如果輸出負(fù)載過重，會降低輸出電平，使電平處于或低于被驅(qū)動器件的輸入門檻電平(TTL： ，；CMOS；，)，從而造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。(5)采取屏蔽保護(hù) 屏蔽可用來隔離空間輻射。對噪聲特別大的部件(如開關(guān)電源)，用金屬盒罩起來，可減 少噪聲源對單片機(jī)的干擾。對容易受干擾的部分，可加設(shè)屏蔽金屬罩并接地，使干擾磁信號 被短路接地。(6)注意印制電路板的布線與工藝 3 原理圖的設(shè)計 3 原理圖的設(shè)計原理圖編輯器實(shí)際上就是原理圖的設(shè)計系統(tǒng)，用戶可以在該平臺下對電路圖進(jìn)行編輯與設(shè)計各修改。進(jìn)入原理圖設(shè)計窗口的步驟如下：，執(zhí)行File(文件)/New(新建)命令建立一個新工程。(文件)/New(新建)命令分別建立原理圖和電路版圖。，點(diǎn)擊圖標(biāo)即可進(jìn)入原理圖設(shè)計平臺，進(jìn)行原理圖的設(shè)計與編輯。，可以在首先執(zhí)行design(設(shè)計)/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。在執(zhí)行design/options后彈出的對話框中，選擇sheet options 選擇進(jìn)行設(shè)置。其中l(wèi)andscape是橫向，而portait則是縱向圖紙設(shè)置。 (2)設(shè)置圖紙顏色（圖紙邊框底色）。Border選擇項(xiàng)用來設(shè)置邊框顏色，在選擇了此項(xiàng)時，系統(tǒng)會彈出顏色對話框，你只需選擇所需顏色后點(diǎn)擊OK鍵后即可。Scheet是設(shè)置圖紙底紋顏色。在選擇該選擇頁后同樣會彈出顏色對話框，設(shè)置方法同上。(3)系統(tǒng)字體的設(shè)置。在點(diǎn)擊Design/options后，選擇change system font 按鈕，則可彈出字體對話框，您可以進(jìn)行字體設(shè)置了。(4)電氣節(jié)點(diǎn)的設(shè)置。在document options 對話框中，Electrical grid 單選項(xiàng)是對電氣節(jié)點(diǎn)的設(shè)置，如果選擇此項(xiàng)，則系統(tǒng)就會將光標(biāo)自動移動到它的搜索半徑內(nèi)，并且在該點(diǎn)上顯示一個圓點(diǎn)。(5)在document options 對話框中，選擇organization 則是進(jìn)行文檔屬性，名稱，設(shè)計單位等進(jìn)行設(shè)置。，則對原理圖編輯平臺半截元件庫。（有些不同的元件可能在不同的元件庫，要根據(jù)自己所設(shè)計的原理圖選擇所要加載的元件庫，具體參照本網(wǎng)站上有關(guān)具體說明。這里以基本元件庫加以說明）執(zhí)行Design/Add/remove library菜單，來打開對話框，在彈出的對話框中，選擇DXP2004\Library\sch文件夾下的文件類型為*.ddb的庫元件文件，這里選擇 Miscellaneous Devices。加入元件庫后即可在編輯區(qū)內(nèi)進(jìn)行元件放置與元件屬性的修改了。，可通過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，打開所對應(yīng)的對話框進(jìn)行元件的放置。如果要修改元件的屬性，可以直接雙擊所要修改的元件，在彈出的對話框中對所要修改的項(xiàng)進(jìn)行修改。，下一步工作即是對元件的位置進(jìn)行調(diào)整，元件的調(diào)整非常簡單， 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 只需要點(diǎn)擊所需移動的元件，按住不放，然后拖到所想要放置的位置放開即可。，即可以對元件進(jìn)行連線，放線可以直接點(diǎn)擊所想連接元件的管腳，然后按住不放，拖動到另下個元件的所需連接的管腳上，線自然就連接上了。，下一步則要對所設(shè)計的電路圖進(jìn)行檢查。若要進(jìn)行電路