【正文】 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 15 頁 共 20 頁 圖 4系統(tǒng)框圖 功率主電路結(jié)構(gòu)如圖 5所示，由太陽能電池板輸出的直流電首先經(jīng)過 DC/DC升壓變換。經(jīng)高頻變換器隔離送入工頻變換器，工頻逆變器由 FPGA 直接控制，產(chǎn)生與電網(wǎng)一樣的交流電壓并通過濾波和并網(wǎng)電路并入電網(wǎng)。 圖 5主電路結(jié)構(gòu)圖 檢測電路，將電網(wǎng)電壓經(jīng)過濾波器整形，通過電壓比較器產(chǎn)生與電網(wǎng)電壓同頻率同相的方波信號(hào)，控制 FPGA 產(chǎn)生 SPWM 驅(qū)動(dòng)信號(hào)。孤島檢測電路的設(shè)計(jì)采用被動(dòng)與主動(dòng)檢測相結(jié)合的辦法，使用 多種檢測手段，減少檢測盲區(qū)，提高反應(yīng)速度，以達(dá)到反孤島效應(yīng)的目的。電流的采集通過 ACS712霍爾傳感器將電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，并使用運(yùn)算放大器對(duì)輸出電壓變化進(jìn)行放大，圖 6是傳感器輸出信號(hào)的濾波和變換電路，傳感器檢測電網(wǎng)信號(hào)通過濾波、變換處理，送入 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 16 頁 共 20 頁 圖 6信號(hào)采樣原理圖 通信電路，應(yīng)用電力線載波半雙工通信方式，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可通過電力線對(duì)其遠(yuǎn)程控制，只需要一臺(tái)控制設(shè)備便可對(duì)所有連接在同一輸電線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，組成大容量的分布式發(fā)電系統(tǒng)； 不間斷供電方案，通過分離并網(wǎng)接口與負(fù) 載接口，應(yīng)用繼電器能夠獨(dú)立控制并網(wǎng)和負(fù)載供電，在裝置斷電時(shí)常閉繼電器將負(fù)載與電網(wǎng)連接，不影響家庭網(wǎng)絡(luò)用電。系統(tǒng)在檢測孤島效應(yīng)時(shí)控制并網(wǎng)繼電器動(dòng)作斷開與電網(wǎng)的連接，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)過度到 50hz 逆變工作方式，持續(xù)向負(fù)載供電，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭用電網(wǎng)絡(luò)的不間斷供電。在孤島保護(hù)狀態(tài)，系統(tǒng)檢測到電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí)，應(yīng)用二次并網(wǎng)策略，使系統(tǒng)在不影響負(fù)載供電質(zhì)量條件（微小相位、頻率及幅值調(diào)節(jié)）下快速恢復(fù)與電網(wǎng)并網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)二次過度保護(hù)。 重要算法軟件結(jié)構(gòu) 電網(wǎng)電壓幅值和相位的準(zhǔn)確獲得對(duì)于并網(wǎng)系統(tǒng)來說顯得尤為重要， 因此以電 網(wǎng)線電壓 uab = Uin （ t） = Umsin t 為例， 通過軟件鎖相環(huán)可獲得其有效值和相位，在此基礎(chǔ)上， 通過逆變電流幅值相位的雙閉環(huán)來實(shí)現(xiàn)逆變電流的跟蹤控制， 如圖 7所示 圖中上部分實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)幅值的跟蹤控制；下部實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流的跟蹤控制，圖 8為該閉環(huán)控制信號(hào)圖。該算法通過 VHDL 語言實(shí)現(xiàn)，采樣周期短，運(yùn)算速度快，運(yùn)行穩(wěn)定。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 17 頁 共 20 頁 圖 7：雙閉環(huán)控制算法 圖 8：閉環(huán)控制信號(hào)圖 系統(tǒng)以 FPGA 為處理單元，在 FPGA 內(nèi)嵌入 Nios II 32位單片機(jī)內(nèi)核作為控制器，實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入、 LCD 顯示及無線通信 控制。 FPGA 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 7所示，外圍模塊其包括信號(hào)處理、電網(wǎng)幅值相位檢測及 SVPWM 運(yùn)算部分。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 18 頁 共 20 頁 圖 9： FPGA 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 控制器軟件設(shè)計(jì)流程如下圖所示，編程實(shí)現(xiàn)自尋優(yōu) MPPT 控制，及家庭用電管方方案，結(jié)構(gòu)圖如下。 圖 10：軟件流程圖 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 19 頁 共 20 頁 搭建基本系統(tǒng) 按圖 4 所示搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)， FPGA 控制電路芯片采用 EP2C8Q208， 使用杭州綠楊公司的 100M 示波器及功率信號(hào)分析儀來完成實(shí)驗(yàn)中交流電壓、電流的測量以及 THD 的測量控制的實(shí)驗(yàn)設(shè)置單相 220v 并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，輸出功率設(shè)置 75w。通 過功率信號(hào)分析儀得到電流有效值均穩(wěn)定在 A 左右， THD 也穩(wěn)定在 1 % ～ 2 % 以內(nèi)，相位跟蹤誤差小于 1176。，轉(zhuǎn)換效率可達(dá) %。其輸出波形如圖 9所示：通道 1為并網(wǎng)電壓波形，通道 2為經(jīng)過 2歐姆取樣電阻的并網(wǎng)電流波形： 圖 8：并網(wǎng)波形圖 結(jié)果分析 采用以上技術(shù)設(shè)計(jì)的家用多功能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是一款集光伏并網(wǎng)發(fā)電、遠(yuǎn)程通信控制、家庭用電管理、不間斷電技術(shù)及智能控制為一體的家用并網(wǎng)發(fā)電裝置。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換效率較高，輸出電能諧波少，畸變率低，該系統(tǒng)以并網(wǎng)逆變器為基礎(chǔ)，嵌入微處 理器軟核，能實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電的多方案、全自動(dòng)及智能化控制。系統(tǒng)擁有并網(wǎng)、離網(wǎng)及不間斷供電多種工作方式，改變了以往光伏并網(wǎng)發(fā)電的單一工作模式。同時(shí)系統(tǒng)能夠自動(dòng)管理運(yùn)行和人性化管理界面，無需專業(yè)操作人員，這極大提高了該系統(tǒng)的應(yīng)用人群，促進(jìn)光伏發(fā)電事業(yè)的發(fā)展。 我國自 20世紀(jì) 80年代開始就進(jìn)行太陽能電池的開發(fā)生產(chǎn)，在西部無電、缺電地區(qū)大力推廣太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，使得我國的光伏產(chǎn)業(yè)在 30年間取得了跨越式的發(fā)展，但與歐美等發(fā)達(dá)國家相比，我國光伏產(chǎn)業(yè)還處于初級(jí)階段，光伏發(fā)電技術(shù)方 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 第 20 頁 共 20 頁 面還存在許多的不足之處。隨著全球能源的 急劇減少，以及因能源而引起的社會(huì)矛盾不斷擴(kuò)大，從長遠(yuǎn)發(fā)展來看，目前是太陽能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展的大好時(shí)機(jī)，無論是產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)、研究部門還是用戶，光伏發(fā)電技術(shù)都面臨著良好的發(fā)展機(jī)遇。 本研究目前還處于硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試應(yīng)用階段，因此主要研究方向在于硬件設(shè)計(jì)，后期將主要開展對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與分析研究，主要研究方向?qū)⒓性谌绾翁岣呦到y(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性研究和逆變效率最大化研究等方面。 參考文獻(xiàn) a [1] 李華德，白晶，李志民等 .交流調(diào)速控制系統(tǒng) [M].北京：電子工業(yè)出版社，2021 [2] 王曉明，王玲 .電動(dòng)機(jī)的 DSP 控制 — TI 公司 DSP 應(yīng)用 .北京：北京航空航天大學(xué)出版 [M].2021： 100101 [3] 藍(lán)天，廖承林，王麗芳 .基于虛擬儀器的電動(dòng)汽車數(shù)字化儀表系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].電測與儀表， 2021 [4]馬寧 .太陽能光伏發(fā)電概述及發(fā)展前景 [J].只能建筑電氣技術(shù)， 2021（ 2） . [5]張曉霞，侯竟偉，殷攀攀，張國 .太陽能發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 [J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新， 2021（ 5） .