【正文】 393的輸出需要用上拉電阻，否則輸出電平不穩(wěn)定。 方波為輸出波形，正弦波為輸入波形 AD采樣電路本次設(shè)計(jì)需要測(cè)量的電量有電流和電壓。由于片內(nèi)AD只能轉(zhuǎn)換電壓量，因此電流量要相應(yīng)地轉(zhuǎn)換成電壓量。當(dāng)AD的參考電壓為+5V，則被測(cè)電量的最大允許值要相應(yīng)地轉(zhuǎn)換成小于+5V的AD輸入信號(hào)，這樣才能實(shí)現(xiàn)過(guò)流，過(guò)壓保護(hù)。當(dāng)采集直流側(cè)電量時(shí)，只需把被測(cè)電量分壓即可。當(dāng)測(cè)量交流電量時(shí)，需要使用峰值保持器，整流橋的壓降通過(guò)軟件來(lái)補(bǔ)償。電壓、 電壓、電流的AD轉(zhuǎn)換接線4 軟件設(shè)計(jì)本次應(yīng)用程序設(shè)計(jì)所應(yīng)用到的相關(guān)編譯軟件為WinAVR、AVR Studio 4和Proteus仿真軟件。主程序采用T/C0定時(shí)器實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)控制AD采樣程序，并實(shí)現(xiàn)欠壓、過(guò)流保護(hù)采用T/C1定時(shí)器實(shí)現(xiàn)SPWM控制MPPT控制 應(yīng)用軟件的整體設(shè)計(jì) 主程序主程序的任務(wù)是初始化各個(gè)功能模塊和分配寄存器空間、生成基準(zhǔn)SPWM表格。具體過(guò)程：（1）分配寄存器地址、生成SPWM正弦表格；（2）初始化初始化I/O口、T/C0定時(shí)器T/C1定時(shí)器和外部中斷；（3）判斷是否出現(xiàn)故障；（4）關(guān)機(jī)。開(kāi)始分配寄存器和生成基準(zhǔn)SPWM表格初始化I/O口、T/C0定時(shí)器T/C1定時(shí)器和外部中斷判斷保護(hù)位，是否置位N關(guān)機(jī)Y 主程序流程圖 鎖相環(huán)控制算法的實(shí)現(xiàn)因?yàn)槟孀兤鞑⒕W(wǎng)工作，對(duì)逆變器不僅要求控制輸出電流值跟隨基準(zhǔn)給定而且要求輸出的電流與電網(wǎng)電壓同頻同相，所以市電相位跟蹤是不得不解決的問(wèn)題。相位跟蹤一般采用鎖相環(huán)技術(shù)(PhaseLocked Loop,PLL)來(lái)實(shí)現(xiàn)。鎖相環(huán)就是一個(gè)閉環(huán)的相位控制系統(tǒng)，能夠自動(dòng)跟蹤輸入信號(hào)的頻率和相位。 鎖相環(huán)控制原理(APLLAnalog PLL)，它由鑒相器(PD)、低通濾波器(LF)、壓控振蕩器(VCO)組成。鑒相器的輸入是市電電壓的采樣信號(hào)和VCO的輸出，鑒相器的輸出為誤差信號(hào)，該信號(hào)為和相位差的線性函數(shù)。低通濾波器濾除中的高頻信號(hào)后得到，再由來(lái)控制壓控振蕩器來(lái)改變輸出信號(hào)的頻率和相位來(lái)逼進(jìn)的頻率和相位。隨著大規(guī)模集成電路發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了數(shù)字式鎖相環(huán)(DPLLDigital PLL)和將PD、VCO、可編程計(jì)數(shù)器等集成于一個(gè)IC的混合鎖相環(huán)(HPLLHybrid PLL)。APLL、DPLL、HPLL都是以硬件方式實(shí)現(xiàn)鎖相功能的，有著較為復(fù)雜的硬件電路，還遇到一些硬件不可避免的問(wèn)題，諸如直流零點(diǎn)漂移、器件飽和、器件老化。而隨著DSP等微處理器發(fā)展起來(lái)的軟件鎖相環(huán)(SPLL,SoftPLL)不但解決APLL方法的不足，而且還降低了成本，因此得到廣泛的應(yīng)用。PDLFVCO本論文基于AVR Atmage16單片機(jī)來(lái)進(jìn)行光伏并網(wǎng)控制，所以可以比較方便的采用目前較為先進(jìn)的軟件鎖相環(huán)，與傳統(tǒng)的模擬鎖相相比，模擬鎖相環(huán)電路中的鑒相器的輸出量代表了相位與頻率兩種誤差，與模擬鎖相環(huán)相似的SPLL也必須對(duì)頻率和相位分別進(jìn)行調(diào)整才能達(dá)到鎖相的目的。，在電網(wǎng)電壓正常時(shí)，則選用電網(wǎng)電壓過(guò)零信號(hào)作為同步信號(hào)來(lái)做頻率修正和檢測(cè)相位差再來(lái)做過(guò)零檢測(cè)過(guò)零檢測(cè)頻率修正檢測(cè)相位差相位修正基準(zhǔn)正弦波發(fā)生鎖相過(guò)程的超調(diào)量與鎖相速度之間存在矛盾，為了既保證并網(wǎng)逆變器的穩(wěn)定性又保證鎖相的快速性，必須選擇合適的算法，下面先介紹兩種較常見(jiàn)的基本的算法。（1）最優(yōu)時(shí)間法最優(yōu)時(shí)間法的基本控制思想是：在每次進(jìn)入捕獲中斷就將正弦表的偏移量置零，也就是說(shuō)一旦檢測(cè)到市電電壓過(guò)零，那么內(nèi)部的正弦表就從初值開(kāi)始讀起，跟蹤市電相位，在頻率一致的情況下，這就保證了逆變器的輸出量相位和電網(wǎng)電壓同相，但是在頻率不等的情況下，如果相位差大，輸出量會(huì)有一個(gè)很大的跳變，這方法可能會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重畸變，甚至影響穩(wěn)定性。 最優(yōu)時(shí)間法可能引起的畸變電流波形（2）逐次逼近法此算法的基本控制思想是：首先頻率跟蹤，比較電網(wǎng)電壓頻率和并網(wǎng)電流頻率大小，如果電網(wǎng)頻率大，則逐漸提高開(kāi)關(guān)頻率來(lái)跟蹤電網(wǎng)頻率，反之則降低開(kāi)關(guān)頻率，如此反復(fù)調(diào)整，使得頻率差在一個(gè)極小的范圍內(nèi)擺動(dòng)；然后相位跟蹤，比較電網(wǎng)電壓過(guò)零點(diǎn)和正弦表的偏移量，通過(guò)多次的對(duì)正弦表偏移量進(jìn)行調(diào)整達(dá)到相位跟蹤。這種方法的缺點(diǎn)在于鎖相速度慢?？紤]到實(shí)際并網(wǎng)發(fā)電的實(shí)際應(yīng)用要求，公共電網(wǎng)的實(shí)際頻率波動(dòng)范圍比較?。ㄒ话阏Ｇ闆r下為）。綜合前兩種跟蹤方法的優(yōu)點(diǎn)，在頻率跟蹤方面以時(shí)間優(yōu)先，在相位跟蹤方面以穩(wěn)定優(yōu)先?；镜目刂扑枷霝椋合雀欘l率，如果頻率在允許誤差（）內(nèi)，則進(jìn)行相位調(diào)整。調(diào)整相位應(yīng)兼顧速度和平緩性，保證相位差在允許范圍內(nèi)。 鎖相環(huán)的實(shí)現(xiàn)：其基本流程為：(1)采樣電網(wǎng)周期值T，對(duì)應(yīng)頻率為f；(2)對(duì)頻率的調(diào)整，當(dāng)電網(wǎng)電壓當(dāng)前周期較前次的差值小于δ時(shí)，則認(rèn)為周期無(wú)變化，依然以前一次的周期為準(zhǔn)，不調(diào)整，而如果此差值大于δ則調(diào)整，也就是當(dāng)當(dāng)前次的周期為準(zhǔn)；(3)將當(dāng)前的周期值賦給前次的周期值；(4)正弦表有n個(gè)數(shù)據(jù)構(gòu)成，定義Tnext為下一個(gè)SPWM周期值；(5)對(duì)相位調(diào)整，設(shè)定CS為正弦表的指針，可以表示并網(wǎng)電壓的相位，當(dāng)捕獲到電網(wǎng)電壓上升沿時(shí)刻CS值大于0且小于等于n/2，則說(shuō)明并網(wǎng)電流超前電網(wǎng)電壓，那么只需要把CS值減小一定值，就相當(dāng)于把基準(zhǔn)相位往后移，反之當(dāng)CS大于n/2且小于n時(shí)，說(shuō)明并網(wǎng)電流滯后于電網(wǎng)電壓，那么只需要把CS的值增大到某個(gè)值。而頻率和相位的跟蹤速度對(duì)于逆變器工作狀態(tài)有很大的影響，跟蹤過(guò)快必然會(huì)引起逆變器輸出電壓大范圍的突變，甚至造成變壓器飽和，但是太慢顯然也是不合理。d為每次改變正弦基準(zhǔn)表格的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，則跟蹤速度為：(設(shè)每個(gè)周期調(diào)整相位幅度為d/n(n是單片機(jī)內(nèi)部正弦基準(zhǔn)表格的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)) (41) 開(kāi)始測(cè)量電網(wǎng)的周期T,設(shè)置正弦發(fā)生表格數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為n）YNTnew=Tnew=TnewSPWM的下一周期Tnext為:Tnext=Tnew/n相位跟蹤：1. CS=0，CS不變2. 0CSn/2,CS=CSd3. n/2CS(n1),CS=CS+d中斷返回 PLL程序流程圖 MPPT控制實(shí)現(xiàn)由于本次設(shè)計(jì)是針對(duì)光伏發(fā)電的。太陽(yáng)能電池的輸出電壓與輸出電流成非線性關(guān)系，并且輸出功率會(huì)隨著日照與溫度的變化而改變，輸出功率受環(huán)境因素的影響不可忽略，因此必須根據(jù)太陽(yáng)能電池所能產(chǎn)生最大功率調(diào)節(jié)輸出，才能達(dá)到最大的功率轉(zhuǎn)換效率。 MPPT跟蹤方法目前比較常見(jiàn)的MPPT方法有：固定電壓法、實(shí)際測(cè)量法、直線近似法、增量電導(dǎo)法、擾動(dòng)觀察法、三點(diǎn)比較法。(1)固定電壓法固定電壓法是最簡(jiǎn)單的一種最大功率跟蹤法，經(jīng)測(cè)試后得到在某個(gè)日照強(qiáng)度以及溫度下的最佳工作電壓值，然后控制使得太陽(yáng)能電池的工作點(diǎn)一直維持在這個(gè)電壓上。雖然這是最容易實(shí)現(xiàn)的方法，但是不能根據(jù)環(huán)境的變化來(lái)自動(dòng)跟蹤最大功率點(diǎn)，因此能量利用率較低，倒是在外太空環(huán)境下，環(huán)境變化小，不失為一種好方法，目前依然廣泛應(yīng)用在人造衛(wèi)星上。(2)實(shí)際測(cè)量法固定電壓法的弱點(diǎn)在于不能適時(shí)跟隨環(huán)境變化來(lái)改變給定的電壓基準(zhǔn)，如果利用一片額外的小太陽(yáng)能電池通過(guò)對(duì)其掃描在不同輸出電壓(~)下的輸出功率，經(jīng)比較得出最大功率點(diǎn)電壓來(lái)得到當(dāng)前環(huán)境下的最大功率點(diǎn)處的工作電壓，再讓主太陽(yáng)能電池參照這個(gè)電壓值來(lái)控制，那么就可以到達(dá)MPPT效果，于是有了實(shí)際測(cè)量法。此方法最大的優(yōu)點(diǎn)在于不存在擾動(dòng)誤差，但是需要額外的太陽(yáng)能電池和采樣電路，對(duì)于小功率系統(tǒng)，不能符合成本控制，所以比較適合用在大功率的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中(3)直線近似法直線近似法是一種比較新的跟蹤法，基本原理利用dP/dI=0這一邏輯判斷式。一條直線來(lái)近似在某一溫度下各種不同日照強(qiáng)度下的最大功率點(diǎn)，只要控制輸出電流在此直線上即可實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。根據(jù)太陽(yáng)能電池等價(jià)模型可以得到最大功率點(diǎn)處的功率與電流近似的比例關(guān)系。只要將工作曲線一直保持在這條曲線上，就可以達(dá)到最大功率跟蹤的目的。 時(shí)，不同日照強(qiáng)度下太陽(yáng)能電池輸出功率與輸出電流的關(guān)系曲線(4)增量電導(dǎo)法增量電導(dǎo)法又稱(chēng)導(dǎo)納微分法，出發(fā)點(diǎn)在于：由高等數(shù)學(xué)知識(shí)可知，在dP/dV=0時(shí)可得到太陽(yáng)能電池的最大功率。 (42)可以推出若太陽(yáng)能電池工作點(diǎn)左半曲線時(shí)，其輸出電壓電流關(guān)系為；在右半曲線的話就有d的關(guān)系。通過(guò)對(duì)和的大小比較來(lái)判斷工作點(diǎn)的位置，并由此控制工作點(diǎn)的變化方向。此跟蹤法最大的優(yōu)點(diǎn)在于日照變化是，太陽(yáng)能電池的輸出電壓可以平穩(wěn)的跟蹤日照變化，電壓的波動(dòng)比擾動(dòng)法小，但是此方法的算法復(fù)雜，并且對(duì)采用的精度要求較高。(5)擾動(dòng)觀察法擾動(dòng)觀察法是借以周期性的改變負(fù)載大小來(lái)改變太陽(yáng)能電池的輸出電壓及功率，也就是改變太陽(yáng)能電池的工作點(diǎn)，并且觀察比較變動(dòng)前后兩次的輸出功率和輸出電壓的大小，來(lái)決定下個(gè)周期負(fù)載的變動(dòng)是增載還是減載。(6)三點(diǎn)比較法此方法是擾動(dòng)觀察法的改進(jìn)發(fā)展，針對(duì)擾動(dòng)觀察法的不足，三點(diǎn)觀察法在日照驟變時(shí)并不會(huì)跟蹤，而是在日照較穩(wěn)定的時(shí)候才去跟蹤，以減少擾動(dòng)損失。其跟蹤原理為假定已經(jīng)工作在最大功率點(diǎn)附近，在最大功率點(diǎn)附近取三個(gè)不同工作點(diǎn)，取點(diǎn)法則為：以工作點(diǎn)為B立足點(diǎn)，增加一個(gè)擾動(dòng)電壓V則到C點(diǎn)，減去則到A點(diǎn)。設(shè)定一個(gè)變量Value，規(guī)定比較法則：(1)CB，則Value=1，否則Value=1；(2)BA，則Value=1，否則Value=1。三點(diǎn)比較后，將兩次得到的Value做和，如果Value=2，則表明工作點(diǎn)B在左半坡，電壓就向C擾動(dòng)；反之Value=2，則表明工作點(diǎn)B在右半坡，電壓向A擾動(dòng)；而Value=0則表示工作點(diǎn)B已經(jīng)在坡頂，不再擾動(dòng)電壓。但是在日照突變的情況下，但可以發(fā)現(xiàn)這三種情況下的Value都等于零，則工作點(diǎn)不會(huì)移動(dòng)，避免這樣的擾動(dòng)損失。將以上方法的優(yōu)缺點(diǎn)匯成表格（）。 MPPT方法的基本原理及其優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用比較方法基本原理優(yōu)缺點(diǎn)應(yīng)用比較電壓反饋太陽(yáng)能板 PV 特性可見(jiàn)最大功率點(diǎn)分布近視在一固定電壓值，測(cè)得此電壓，再以此值反饋控制太陽(yáng)能板的輸出電壓恒定。簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)；未考慮溫度的影響，存在原理性的能量損耗適用于環(huán)境變化不大的場(chǎng)合如人造衛(wèi)星實(shí)際測(cè)量利用額外太陽(yáng)能板建立太陽(yáng)能板參考模型，求得當(dāng)下最大功率點(diǎn)之電壓或電流值，控制太陽(yáng)能板工作在此電壓或電流下最優(yōu)異的性能；成本高，需要額外太陽(yáng)能板及一些偵測(cè)電路成本限制，只用在大功率的太陽(yáng)能供電系統(tǒng)直線近似太陽(yáng)能板 PI 特性可見(jiàn)最大功率點(diǎn)的分布近視在同一直線上，只要將工作點(diǎn)控制在此直線上即可實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤容易實(shí)現(xiàn)，架構(gòu)簡(jiǎn)單；未考慮溫度，組件的老化會(huì)失去準(zhǔn)確度溫度變化小時(shí)可快速的實(shí)現(xiàn)最大功率跟隨的效果增量電導(dǎo)基本思想與功率反饋法相同，利用電流電壓比值、瞬間電導(dǎo)值這兩個(gè)參數(shù)來(lái)判斷輸出電壓的增加或減少，來(lái)達(dá)到跟蹤目的跟蹤性能優(yōu)良，振蕩損耗小；運(yùn)算復(fù)雜，感測(cè)器精密要求很高氣候變化大的情況下，一種值得考慮的跟隨方式功率反饋與固定電壓法類(lèi)似，加入了輸出功率對(duì)電壓變化率的邏輯判斷。較簡(jiǎn)單，但精度不高用于精度要求不是很高的場(chǎng)合下擾動(dòng)觀察改變太陽(yáng)能板的端電壓，觀察、比較變動(dòng)前后輸出功率的大小來(lái)決定下一步電壓增、減動(dòng)作來(lái)達(dá)到跟蹤目的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，需要觀測(cè)參數(shù)較少；在最大功率附近存在振蕩損耗環(huán)境不斷變化的環(huán)境下，是目前應(yīng)用較多的方法三點(diǎn)比較基本思想與擾動(dòng)觀察法類(lèi)似，不同的是該方法以考察三點(diǎn)的電壓功率特性來(lái)決定下步的電壓、功率的增減。較好避免最大功率點(diǎn)附近震蕩損耗；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，跟蹤實(shí)時(shí)性差環(huán)境變化緩慢的場(chǎng)合是非常值得推薦的方案鑒于上面的介紹和實(shí)際情況，擾動(dòng)觀察法的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、需要測(cè)量的參數(shù)較少、容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，這樣便于用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，也能應(yīng)付一般的應(yīng)用。其基本原理為：，可知在某一個(gè)日照及溫度環(huán)境下，唯一的工作電壓對(duì)應(yīng)唯一的輸出功率，那么就可以通過(guò)控制太陽(yáng)能電池工作的工作電壓來(lái)控制太陽(yáng)能電池的輸出功率，給定不同的工作電壓，則可得到不同的輸出功率，所以擾動(dòng)觀察法實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤的中心任務(wù)就是找到最大功率點(diǎn)處的工作電壓值。，將采樣計(jì)算得到當(dāng)前次的輸出功率Pn+1與前一次的輸出功率Pn+1作比較，假設(shè)Pn+1Pn，那么將工作電電壓基準(zhǔn)向著這一次變化的方向改變，反之，若輸出功率變小的話，則在下個(gè)周期改變變化的方向，如此反復(fù)的擾動(dòng)、觀察和比較，使太陽(yáng)能達(dá)到其最大功率點(diǎn)。，采樣PV的輸出電壓、電流計(jì)算出輸出功率，通過(guò)對(duì)前后兩次輸出功率、電壓的比較關(guān)系給出參考基準(zhǔn)量送入控制器來(lái)調(diào)節(jié)變換器以達(dá)到最大功率點(diǎn)跟蹤。 太陽(yáng)能電池在固定溫度25oC，A=，日照變化時(shí)，輸出電壓和功率之間的關(guān)系變換器負(fù)載控制器MPPTIV 擾動(dòng)觀察算法法的實(shí)現(xiàn)根據(jù)擾動(dòng)法的原理。假設(shè)：(1)采樣當(dāng)前太陽(yáng)能電池的輸出電壓、電流，分別記作；(2)將、相乘得到當(dāng)前的輸出功率，并讀取上次的輸出功率；(3)將與做比較，得到兩次功率變化情況，(4)再將當(dāng)前的電壓值與前次做比較，得到兩次電壓的變化情況，結(jié)合(3)就知道工作點(diǎn)是在左半坡，還是在右半坡，應(yīng)該如何去調(diào)節(jié)；(5)將根據(jù)(3)、(4)的判斷，對(duì)Vpv做運(yùn)算，將此運(yùn)算結(jié)果作為太陽(yáng)能電池最大功率點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的輸出電壓值，再將此結(jié)果記作前次輸出電壓值，另外把當(dāng)前的功率賦給前次功率。則太陽(yáng)能電池的輸出電壓跟隨變化就可以保證太陽(yáng)能工作在最大功率點(diǎn)附近。開(kāi)始采樣和，并計(jì)算與比較=,==,===,==END SPWM的算法實(shí)現(xiàn) SPWM算法根據(jù)SPWM變換器的基本原理和控制方法，可以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和