【正文】 .......................................................................................... 13 DC/DC 電源模塊 ....................................................................................................... 17 3 原理推導(dǎo)與計算 ................................................................................................................. 18 SPWM 波產(chǎn)生原理 .................................................................................................. 18 頻率相位檢測 ........................................................................................................... 20 過流檢測 ................................................................................................................... 21 欠壓檢測 ................................................................................................................... 21 4 系統(tǒng)電路及程序設(shè)計 ......................................................................................................... 22 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) ........................................................................................................... 22 橋式逆變主電路 ....................................................................................................... 22 主控單片機(jī)電路 ....................................................................................................... 23 檢測及保護(hù)電路 ....................................................................................................... 24 控制系統(tǒng)程序流程圖 ............................................................................................... 25 總體程序流程設(shè)計 ......................................................................................... 25 IV 頻率相位跟蹤設(shè)計 ......................................................................................... 25 正弦波程序設(shè)計 ............................................................................................. 26 5 總結(jié) ..................................................................................................................................... 29 致謝 ......................................................................................................................................... 30 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................. 31 逆變并網(wǎng) 模擬系統(tǒng) 軟 件設(shè)計 1 1 前言 課題研究的意義 隨著人類社會的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對 電能的需求越來越大，而且對電能質(zhì)量 提出了越來越高的要求 。太陽能作為一種巨量的可再生能源，每天到達(dá)地球表面的輻射能量相當(dāng)于數(shù)億萬桶石油燃燒的能量 [1]。并網(wǎng)發(fā)電是光伏利用的發(fā)展趨勢，是太陽能發(fā)電規(guī)?；l(fā)展的必然方向。本課題通過對逆變 并網(wǎng) 模擬裝置的研究設(shè)計，為進(jìn)一步研究并網(wǎng)發(fā)電課題奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)； 此次課題設(shè)計也將對我的系統(tǒng)綜合設(shè)計能力和專業(yè)技術(shù)水 平有一定的提高?？梢钥s短我們在未來工作崗位上的適應(yīng)期，發(fā)揮我們的作用。逆變器是可再生能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心組成部分。目前，可再生能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的主要研究熱點(diǎn)也集中在逆變器這部分。據(jù)專家預(yù)測，到本世紀(jì)中期，可再生能源將占到總一次能源 50%以上的份額。但目前全球光伏逆變器市場基本被國際幾大巨頭瓜分，歐洲式全球光伏 市場的先驅(qū)，具備完善的光伏產(chǎn)業(yè)鏈，光伏逆變器技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位。 但是不少國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)在逆變器行業(yè)已經(jīng)研究多年，已經(jīng)具備一定的規(guī)模和競爭力。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 2 課題 研究 的主要 內(nèi)容 及 方法 本課題主要研究內(nèi)容是設(shè)計一個 逆變并網(wǎng)模擬裝置 的軟件部分 。設(shè)計的 逆變并網(wǎng)模擬裝置 ，它主要由 逆變電路和濾波電路、 檢測回路 、控制系統(tǒng)組成；其中 ,檢測回路 的檢測信號經(jīng)模數(shù) 轉(zhuǎn)換后輸入控制系統(tǒng) ， 通過以單片機(jī)為控制核心的控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理后以實(shí)現(xiàn)頻率相位跟蹤、并網(wǎng)運(yùn)行、過流欠壓保護(hù)等功能。 軟件需要編寫正弦波程序。 本設(shè)計采用 IR2110柵極驅(qū)動器將用來驅(qū)動 MOS 管 。 主電路采用全橋式 MOS 管電路，系統(tǒng)的無功功率損耗小。 （ 3） 濾波電路采用簡單電路設(shè)計 ： 采用 LC 濾波電路，濾去 高頻雜波 ， 通過電感 L 和電容 C 適當(dāng)匹配，可以使得輸出電壓相位和輸入電壓相位一致，方便電壓相位的控制。 需要編寫欠壓過流保護(hù) 程序 。 需要編寫頻率跟蹤和相位跟蹤程序 。 論文的主要內(nèi)容 設(shè)計一個 逆變并網(wǎng) 模擬系統(tǒng)的 軟件 部分， 逆變并網(wǎng)模擬系統(tǒng)裝置硬件 主要由以直流電源、逆變電路、濾波電路、檢測及保護(hù)電路、控制系統(tǒng) 等部分 組成。 所以軟件部分主要包括三路正弦波 程序 ；處理檢測 回路輸入 的電壓電流信號，實(shí)現(xiàn)過流欠壓保護(hù)功能；處理兩路頻率信號，實(shí)現(xiàn)頻率相位跟蹤。對軟件設(shè)計而言 正弦波產(chǎn)生 、 對電壓電流信號處理、對電網(wǎng) 模擬 信號頻率相位跟蹤 是 整個 軟件 系統(tǒng) 設(shè)計 和研究 的 關(guān)鍵 所在 。 橋式逆變主電路的開關(guān)器件采用快速M(fèi)OS 管 6N60A，采用全橋式逆變電路。兩個半橋上兩個快速 MOS管 6N60A不能同時導(dǎo)通，以免發(fā)生短路故障燒壞電路和 MOS管，驅(qū)動部分還需要加入延時電路 ，采用的是先斷后導(dǎo)通的方法 。死區(qū)時間的長短視器件的開關(guān)速度而定，器件的開關(guān)速度越快，所留的死區(qū)時間就可以越短 [3]。 此全 橋逆變電路的電路結(jié)構(gòu)清晰明了，且輸出電壓有效值大大增加，為半橋式電路的兩倍，輸出電流大，整個電路的功耗較小。同樣下管導(dǎo)通時，上管一定處于關(guān)閉狀態(tài)，延時之后保證下管關(guān)斷后才讓上管導(dǎo)通。 也即是說同一橋臂的導(dǎo)電角度是 180176。這樣，在任意一瞬間，將有三個橋臂同時導(dǎo)通。 圖 22 全橋式逆變主電路 SPWM 波合成模塊 SPWM(Sinusoidal PWM),目前使用較廣泛的 PWM 法 。 SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ) ,用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM 波形即 SPWM 波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷 ,使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等 ,通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出 電壓的頻率和幅值 。由單片機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的正弦波，與三角波發(fā)生器產(chǎn)生的三角波經(jīng)過比較器比較以后就可以得 SPWM 波。另單片機(jī)可以通過定時控制正弦波頻率，通過讀取正弦表的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)輸出正弦波的相位 [4]。該設(shè)計電路結(jié)構(gòu)簡潔，精度高，相位易于控制，波形幅值可以調(diào)節(jié)且成本比較低，功耗較小。四個二極管和穩(wěn)壓二 極管使方波在高電平和低電平都能穩(wěn)壓，避免畸變影響三角波穩(wěn)定可靠輸出。這種比較器的特點(diǎn)是當(dāng)輸入信號逐漸增大或逐漸減小時，它有兩個閾值，且不相等，其傳輸特性具有 “ 滯回 ” 曲線的形狀。 AD7528是 雙通道、 8 位數(shù)模轉(zhuǎn)換器 。每個 DAC 均具有單獨(dú)的基準(zhǔn)電壓輸入和反饋電阻控制輸入 DAC A/DAC B 確定數(shù)據(jù)載入哪一個 通道 DAC。 圖 23 為 三角波產(chǎn)生 電路 。 當(dāng) CS 和 WR 都為低電平時， AD7528 的模擬輸出端 OUTA 對 DB0～ DB7 數(shù)據(jù)總線輸入端的活動作出響應(yīng)。當(dāng) CS 或 WR 為高電平時， DB0～ DB7 輸入端上的數(shù)據(jù)被鎖存，直到 CS 和 WR 再次變?yōu)?低電平 為止。 AD7528 工作時序圖如上圖所示，單片機(jī)控制 AD7528 必須嚴(yán)格按照其工作時序，同時滿足各信號的建立和保持時間要求 [5]。 采用先進(jìn)的集成驅(qū)動芯片 IR2110 驅(qū)動橋式電路。采用驅(qū)動芯片 IR2110 驅(qū)動， 只 需 單 電源 供電 ，且 工作電壓范圍 比較寬 +10V～ +20V。 表 21 是其管腳的功能 表 ： 表 21 IR2110 管腳的功能表 Pin1 Pin2 Pin3 Pin4 Pin5 Pin6 Pin7 低端輸出 公共端 低端固定電源電壓，輸出的電壓+10～ +20V 空端 高端浮置電源偏移電壓 高端浮置電源電壓 高端輸出 Pin8 Pin9 Pin10 Pin11 Pin12 Pin13 Pin14 空端 邏輯電源電壓 5~9V 邏輯高端 輸入 使能 端： 當(dāng)SD 為高時，關(guān)斷兩輸出 邏輯低端輸入 邏輯電路地電位端，其值可以為0V 空端 逆變并網(wǎng) 模擬系統(tǒng) 軟 件設(shè)計 7 另外 IR2110 還有較高信號響應(yīng)時間，完全滿足 軟件 系統(tǒng)的技術(shù)要求。圖 27 為開關(guān)時間定義圖。 集成驅(qū)動型芯片 IR2110 有以下優(yōu)點(diǎn)： 體積小，驅(qū)動能力強(qiáng)，控制方便，電能利用 效率高 ，最為突出的是 IR2110 芯片采用 懸浮電源自舉電路 ，三相橋式變換器僅用 一組電源即可 [6]。 濾波電路模塊 經(jīng)由橋式逆變主電路的輸出電流，會含有 大 量的 高頻雜波，如果直接并網(wǎng) 運(yùn)行則 會對電網(wǎng)的電源質(zhì)量造成 嚴(yán)重 干擾，導(dǎo)致電網(wǎng)無功量的增加， 效率下降。 采用 LC 濾波電路。 利用儲能元件電感器 L 的電流不能突變的特點(diǎn)，使輸出電流波形較為平滑。 CUo 1U oL 圖 29 LC 濾波電路模型 檢測及保護(hù)模塊 檢測及保護(hù)模塊包括： A/D 轉(zhuǎn)換 電路 ，頻率相位跟蹤，過流保護(hù)，欠壓保護(hù) ， SPWM波延時驅(qū)動電路 。 此 軟件 系統(tǒng)的設(shè)計中，檢測及保護(hù)模塊 也 是設(shè)計的重點(diǎn)部分 。采用快速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 MAX197。 對于模擬到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，時序要求非常嚴(yán)格，由于 MAX197 的數(shù)字信號輸出引腳是復(fù)用的，要正確讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果，時序要求尤其重要。然后按照一定的時序進(jìn)行采樣和 轉(zhuǎn)換。它可分為內(nèi)部采樣模式和外部采樣模式，采樣模式由控制寄存器的 D5 位決定。在外部采樣模式 (D5=1)中，由兩個寫脈沖分別控制采樣和A/D 轉(zhuǎn)換。在第二個寫脈沖出現(xiàn)時，寫入控制字 ACQMOD 為 0， MAX197 停止采樣，開始Ａ /Ｄ轉(zhuǎn)換。當(dāng)一次轉(zhuǎn)換結(jié)束后， MAX197 相應(yīng)的 INT 引腳置低電平，通知處理器可以讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。在一次采樣開始前，可以通過單片機(jī)的 8 位數(shù)據(jù)線把這些控制字寫入 MAX197 來初始化相應(yīng)的參數(shù)。 MAX197 與其它 A/D 芯片不同之處在于它的很多 軟件 功能都是利用內(nèi)部控制字來實(shí)現(xiàn)的，如通道選擇、模擬信號量程、極性等。當(dāng) CS 和 RD 都有效時，HBEN 為低電平，低 8 位數(shù)據(jù)被讀出， HBEN 為高電平 ,復(fù)用的高 4 位被讀出，另外 4位保持低電平 (在單極性方式下 )，或另外 4 位為符號位 (在雙極性方式下 )。有 8 個模擬信號輸入端口，可通過程序選 擇輸入通道，而且轉(zhuǎn)換速度快，轉(zhuǎn)換時間最短僅需 6us，完全能夠滿