太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng) -硬件部分畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng)硬件部分院 （系）： 電子信息工程學(xué)院專 業(yè)： 自動(dòng)化 2011年 6月太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng)硬件部分摘要隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代社會(huì)的迅速發(fā)展,資源匱乏問(wèn)題也越來(lái)越受人們關(guān)注，人們對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能等綠色潔凈能源的渴求日趨強(qiáng)烈。在計(jì)算機(jī)、光電子、電力電子等制造及應(yīng)用技術(shù)日趨成熟的今天，此亦成為廣大科學(xué)工作者關(guān)注及研究的熱點(diǎn)。光伏發(fā)電就是其中之一。雖然光伏發(fā)電的實(shí)際應(yīng)用存在著種種的局限，但是隨著光伏發(fā)電成本的降低和礦物能源的減少，在不久的將來(lái)光伏發(fā)電的成本將會(huì)與傳統(tǒng)發(fā)電成本相當(dāng)。到時(shí)候太陽(yáng)能并網(wǎng)饋電系統(tǒng)在高壓輸電網(wǎng)絡(luò)中，可以參與電力的輸送和調(diào)配

2、，是世界各國(guó)未來(lái)可再生能源發(fā)電的重要發(fā)展方向。在今后的十幾年，我國(guó)太陽(yáng)能光伏市場(chǎng)將會(huì)向并網(wǎng)光伏發(fā)電方向發(fā)展。如何使用安全、高效和實(shí)用的太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng)，以滿足太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)公網(wǎng)的實(shí)際需要,提高我國(guó)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng)，成為一個(gè)重要的課題。本題目采用單片機(jī)、電力電子、計(jì)算機(jī)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)典型的太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng)的公網(wǎng)光電隔離、相位檢測(cè)、放大和電力電子SPWM逆變技術(shù)，構(gòu)成一個(gè)典型的太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) ；逆變器 ；相位檢測(cè) ；電流放大Solar photovoltaic powergrid feeder system hardwareAbstr

3、actWith Chinas national economy and the rapid development of modern society, resource scarcity problems are becoming more and more people to pay attention to, people like solar and wind power green longing become increasingly intense clean energy. In computer, optical-electronic, power electronics a

4、nd other manufacturing and application technology matures today, this also to become broad scientific workers attention and research hotspot. Photovoltaic power generation is one of them. Although photovoltaic power of practical application of various limitations exist, but as photovoltaic energy co

5、st reduction and mineral energy reduction, someday photovoltaic energy costs will and traditional power costs quite. When high-voltage transmission network, can participate in power transmission and allocate, the future of the countries around the world of the important renewable power generation de

6、velopment direction. In the next ten years, our solar photovoltaic market will to grid (pv) power direction. How to use the safe, efficient and practical solar photovoltaic power grid feeder system, to satisfy the solar photovoltaic power generation system of the public networks actual need, enhance

7、 Chinas solar photovoltaic power grid feeder system, becoming a very important issue.Key Words: HYPERLINK :/dict.iciba /singlechip/ single-chip computer ; Inverter ; Phase detection ; Current amplification目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc296723448 摘要 PAGEREF _Toc296723448 h I HYPERLINK l _Toc29672

8、3449 Abstract PAGEREF _Toc296723449 h II HYPERLINK l _Toc296723450 1 緒論 PAGEREF _Toc296723450 h 1 HYPERLINK l _Toc296723451 課題背景 PAGEREF _Toc296723451 h 1 HYPERLINK l _Toc296723452 課題研究的實(shí)際意義 PAGEREF _Toc296723452 h 1 HYPERLINK l _Toc296723453 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展歷史與趨勢(shì) PAGEREF _Toc296723453 h 1 HYPERLINK l _Toc

9、296723454 國(guó)外光伏發(fā)電歷史及現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc296723454 h 2 HYPERLINK l _Toc296723455 1.3.2 國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電歷史及現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc296723455 h 2 HYPERLINK l _Toc296723456 課題主要研究的內(nèi)容 PAGEREF _Toc296723456 h 3 HYPERLINK l _Toc296723457 課題主要研究的任務(wù) PAGEREF _Toc296723457 h 3 HYPERLINK l _Toc296723458 2 系統(tǒng)方案 PAGEREF _Toc296723458 h 5

10、 HYPERLINK l _Toc296723459 太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc296723459 h 5 HYPERLINK l _Toc296723460 太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案 PAGEREF _Toc296723460 h 5 HYPERLINK l _Toc296723461 系統(tǒng)微處理器選擇 PAGEREF _Toc296723461 h 5 HYPERLINK l _Toc296723462 2.2.2 C8051F330單片機(jī)概述 PAGEREF _Toc296723462 h 6 HYPERLINK l _Toc296723463

11、 太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng)硬件各部分的介紹 PAGEREF _Toc296723463 h 8 HYPERLINK l _Toc296723464 電源部分 PAGEREF _Toc296723464 h 8 HYPERLINK l _Toc296723465 逆變部分 PAGEREF _Toc296723465 h 8 HYPERLINK l _Toc296723466 系統(tǒng)檢測(cè)、保護(hù)部分 PAGEREF _Toc296723466 h 12 HYPERLINK l _Toc296723467 系統(tǒng)控制部分 PAGEREF _Toc296723467 h 15 HYPERLINK l _T

12、oc296723468 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296723468 h 15 HYPERLINK l _Toc296723469 系統(tǒng)干擾原因 PAGEREF _Toc296723469 h 15 HYPERLINK l _Toc296723470 2.4.2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296723470 h 16 HYPERLINK l _Toc296723471 3 原理圖的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296723471 h 17 HYPERLINK l _Toc296723472 原理圖的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296723472 h

13、 17 HYPERLINK l _Toc296723473 印制電路板的制作 PAGEREF _Toc296723473 h 18 HYPERLINK l _Toc296723474 布局 PAGEREF _Toc296723474 h 18 HYPERLINK l _Toc296723475 布線 PAGEREF _Toc296723475 h 18 HYPERLINK l _Toc296723476 退藕電容配置 PAGEREF _Toc296723476 h 19 HYPERLINK l _Toc296723477 可靠性 PAGEREF _Toc296723477 h 19 HYPER

14、LINK l _Toc296723478 地線設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296723478 h 19 HYPERLINK l _Toc296723479 電磁兼容性設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296723479 h 20 HYPERLINK l _Toc296723480 4 結(jié)論 PAGEREF _Toc296723480 h 22 HYPERLINK l _Toc296723481 4.1 全文總結(jié) PAGEREF _Toc296723481 h 22 HYPERLINK l _Toc296723482 設(shè)計(jì)過(guò)程的重點(diǎn)難點(diǎn) PAGEREF _Toc296723482 h 22 HYP

15、ERLINK l _Toc296723483 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc296723483 h 23 HYPERLINK l _Toc296723484 致謝 PAGEREF _Toc296723484 h 24 HYPERLINK l _Toc296723485 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 PAGEREF _Toc296723485 h 25 HYPERLINK l _Toc296723486 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)獨(dú)創(chuàng)聲明 PAGEREF _Toc296723486 h 26 HYPERLINK l _Toc296723487 附錄 PAGEREF _Toc296723487 h 27

16、 HYPERLINK l _Toc296723488 附錄A：系統(tǒng)硬件原理圖 PAGEREF _Toc296723488 h 27 HYPERLINK l _Toc296723490 附錄B：PCB圖（總圖） PAGEREF _Toc296723490 h 28 HYPERLINK l _Toc296723491 外文原文及翻譯 PAGEREF _Toc296723491 h 291 緒論課題背景隨著世界性能源緊張和環(huán)境污染加劇，已經(jīng)迫使人們更加努力的尋找和開(kāi)發(fā)新能源。在尋找和開(kāi)發(fā)新能源的過(guò)程中，人們很自然的把目光投向了各種可再生的替代能源。我國(guó)正處在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌和蓬勃發(fā)展期，能源問(wèn)題將更加突出，

17、主要體現(xiàn)在：能源短缺、環(huán)境污染、溫室效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和人與自然和諧相處，只能依靠科技進(jìn)步，大規(guī)模的開(kāi)發(fā)可再生潔凈能源，而太陽(yáng)能具有儲(chǔ)存量大、普遍存在、經(jīng)濟(jì)、清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因此太陽(yáng)能的利用越來(lái)越受到人們的廣泛重視，如發(fā)電過(guò)程無(wú)污染、無(wú)需生產(chǎn)原材料、不占用空間，光伏發(fā)電作為常規(guī)能源的補(bǔ)充，無(wú)論在解決特殊應(yīng)用領(lǐng)域，如通信、信號(hào)電源和偏遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)民用生活用電需求方面，還是從環(huán)境保護(hù)及能源戰(zhàn)略上都具有重大的意義。目前太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)大致可分為三類，第一種是離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)，這是一種常見(jiàn)的太陽(yáng)能應(yīng)用方式。在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用已有若干年，系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，而且適應(yīng)性廣。只因其一系列種類蓄電池的體積偏大和維護(hù)困難

18、而限制了使用范圍。第二種是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，當(dāng)用電負(fù)荷較大時(shí)，太陽(yáng)能電力不足就向市電購(gòu)電，而負(fù)荷較小時(shí)，或用不完電力時(shí)，就可將多余的電力賣給市電。在依靠電網(wǎng)的前提下，該系統(tǒng)省掉了蓄電池，從而擴(kuò)大了使用的范圍和靈活性，降低了造價(jià)。第三種是兩者的混合系統(tǒng)，這是介于上述兩個(gè)方案之間的系統(tǒng)。該系統(tǒng)有較強(qiáng)的適應(yīng)性，但是其造價(jià)和運(yùn)行成本較上述兩個(gè)方案高。而太陽(yáng)能光伏利用的主要形式將是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，所以說(shuō)太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電代表了太陽(yáng)能電源的發(fā)展方向，是21實(shí)際最具吸引力的能源利用技術(shù)。意義太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng)是通過(guò)把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)過(guò)蓄電池儲(chǔ)能，通過(guò)并網(wǎng)逆變器，把電能送上電網(wǎng)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電技

19、術(shù)是太陽(yáng)能利用技術(shù)的一個(gè)重要方面，其理論指導(dǎo)意義在于利用該系統(tǒng)采集的太陽(yáng)能系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，可更為深入的進(jìn)行太陽(yáng)能的研究開(kāi)發(fā)，推動(dòng)太陽(yáng)能利用和研究事業(yè)的發(fā)展，進(jìn)而使得光伏并網(wǎng)逆變技術(shù)越來(lái)越趨于成熟?，F(xiàn)實(shí)意義在于光伏發(fā)電作為常規(guī)能源的補(bǔ)充，越來(lái)越受人們的重視；并網(wǎng)系統(tǒng)從環(huán)境保護(hù)以及能源戰(zhàn)略上具有重大意義。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有可以利用清潔干凈、可再生的自然能源太陽(yáng)能發(fā)電，不耗用不可再生的、資源有限的含碳化石能源，使用中無(wú)溫室氣體和污染物排放，與生態(tài)環(huán)境和諧，符合經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略等特點(diǎn)。1.3.1國(guó)外光伏發(fā)電歷史及現(xiàn)狀近幾年，國(guó)際上光伏發(fā)電快速發(fā)展，美國(guó)、歐洲及日本制定了龐大的光伏發(fā)電發(fā)展計(jì)劃。國(guó)際光

20、伏市場(chǎng)開(kāi)始由邊遠(yuǎn)農(nóng)村和特殊應(yīng)用，向并網(wǎng)發(fā)電和與建筑結(jié)合的方向發(fā)展，光伏發(fā)電已由補(bǔ)充能源向替代能源過(guò)渡。美國(guó)政府最早光伏發(fā)電的發(fā)展計(jì)劃，1997年又提出“百萬(wàn)屋頂”計(jì)劃，能源部和有州政府制定了光伏發(fā)電的財(cái)政補(bǔ)貼政策，總光伏安裝量已達(dá)到3000MW以上。日本于1974年開(kāi)始執(zhí)行“陽(yáng)光計(jì)劃”，投資5億美元，一躍成為太陽(yáng)電池的生產(chǎn)大國(guó)，1994年提出朝日七年計(jì)劃，計(jì)劃到2000年推廣16.2萬(wàn)套太陽(yáng)能光伏屋頂，已完成。1997年又宣布7萬(wàn)光伏屋頂計(jì)劃，到2010年將安裝7600MW太陽(yáng)電池。1993年，德國(guó)首先開(kāi)始實(shí)施由政府投資支持，被電力公司認(rèn)可的1000屋頂計(jì)劃，繼而擴(kuò)展為2000屋頂計(jì)劃，現(xiàn)在實(shí)

21、際建成的屋頂光伏并網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)超過(guò)5000。德國(guó)政府并于1999年開(kāi)始實(shí)施10萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂（每戶約3kW5kW）計(jì)劃。并且1999年德國(guó)光伏上網(wǎng)電價(jià)為每千瓦時(shí)0.99馬克，極大地刺激德國(guó)乃至世界的光伏市場(chǎng)。瑞士、法國(guó)、意大利、西班牙、芬蘭等國(guó)，也紛紛制定光伏發(fā)展計(jì)劃，并投巨資進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)和加速工業(yè)化進(jìn)程。印度、馬來(lái)西亞等東南亞國(guó)家，也制定了國(guó)家的光伏發(fā)展計(jì)劃。2008年世界各國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)的比較，西班牙新增太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)2511MW，擴(kuò)展規(guī)模為全球最大，同時(shí)也幾乎占了全球市場(chǎng)的一半。而德國(guó)、美國(guó)、韓國(guó)分別以1500MW、342MW、274MW的擴(kuò)容規(guī)模分列二到四位，德國(guó)的安裝總量仍居世界

22、首位。1.3.2 國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電歷史及現(xiàn)狀我國(guó)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用始于20世紀(jì)70年代，但直到1982年以后才真正發(fā)展起來(lái)，在1983年至1987年短短幾年內(nèi)先后從美國(guó)、加拿大等國(guó)引進(jìn)了七條太陽(yáng)電池生產(chǎn)線使我國(guó)太陽(yáng)電池的生產(chǎn)能力從1984年以前的年產(chǎn)200千瓦躍到1988年的4.5兆瓦。在應(yīng)用方面，我國(guó)目前太陽(yáng)能電池主要用于通信系統(tǒng)和邊遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)，在1995年銷售才約1.1兆瓦。在1995年西藏的無(wú)水力無(wú)電力縣中，已建成2個(gè)功率分別為10千瓦和20千瓦的光伏電站。地區(qū)而言，當(dāng)前我國(guó)光伏發(fā)電的重點(diǎn)在青海、西藏、新疆、內(nèi)蒙、甘肅等無(wú)電和嚴(yán)重缺電的農(nóng)牧區(qū)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在這些地區(qū)已建成10100kW光

23、伏電40多座，推廣家用光伏電源15萬(wàn)臺(tái)，總功率達(dá)2.9MW。2004年9月，廣東首座總?cè)萘繛?兆瓦的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)在深圳通過(guò)驗(yàn)收。2004年9月，我國(guó)首座屋頂太陽(yáng)能發(fā)電站在北京竣工投產(chǎn)。這套太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，可以單獨(dú)供電也可以并網(wǎng)供電，總裝容量140千瓦，年發(fā)電量約15萬(wàn)千瓦時(shí)，能讓4萬(wàn)盞100瓦的路燈亮上一年。2005年初，甘肅敦煌8兆瓦并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)預(yù)可行性報(bào)告也通過(guò)有關(guān)部門(mén)組織的專家評(píng)審。據(jù)悉，敦煌8兆瓦系統(tǒng)目前即使在全世界也是最大的，光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)先的德國(guó)也只有5兆瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)。據(jù)有關(guān)方面人士介紹，甘肅省敦煌8兆瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目工程，建設(shè)投運(yùn)后年均發(fā)電量可達(dá)1280萬(wàn)千瓦時(shí)

24、。我國(guó)在光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)方面的研發(fā)起步較晚,至今尚處于研究試驗(yàn)階段。近幾年來(lái)，光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)得到了業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。在上海市電力公司在發(fā)展常規(guī)能源的同時(shí),極其關(guān)注和支持再生能源的發(fā)展,為了進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，上海市電力公司在1999年委托上海新能源環(huán)保工程 ，開(kāi)展“太陽(yáng)能利用技術(shù)在電力生產(chǎn)中的應(yīng)用可行性研究”項(xiàng)目的研究與開(kāi)發(fā)工作。在上海新能源環(huán)保工程 的主持下，會(huì)同上海太陽(yáng)能科技 、合肥陽(yáng)光電源 、合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，聯(lián)合開(kāi)發(fā)成功10 K W屋頂光伏并網(wǎng)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“10KW系統(tǒng)”），并于2002 年11月在上海奉賢海灣旅游區(qū)安裝完成并投入試運(yùn)行。隨后，

25、在2004年10 月底，又完成了兩套屋頂光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“屋頂系統(tǒng)”），一套為總功率W、三相、380V的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)(A系統(tǒng))；另一套為總功率 W單相、220V的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)（B系統(tǒng)），這3套系統(tǒng)目前都已投入無(wú)故障運(yùn)行。根據(jù)國(guó)家可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，要大力推廣應(yīng)用小功率光伏系統(tǒng)，建立分散型和集中型兆瓦級(jí)聯(lián)網(wǎng)光伏示范性電站。其中主要用于解決西部無(wú)電區(qū)通電問(wèn)題，2010年全國(guó)年累計(jì)光伏并網(wǎng)發(fā)電量。表1.1 2010年全國(guó)年累計(jì)光伏并網(wǎng)發(fā)電量（MW）年份20062007200820092010荒漠并網(wǎng)發(fā)電818304560屋頂并網(wǎng)發(fā)電818304560（1）完成太陽(yáng)能并網(wǎng)饋電系

26、統(tǒng)擬用80C51F330單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。（2）給出了并網(wǎng)逆變器控制方案，并分析了每個(gè)環(huán)節(jié)具體控制思路和控制方法，設(shè)計(jì)好公網(wǎng)電壓光電隔離、相位檢測(cè)、放大整形等環(huán)節(jié)（3）完成1012位蓄電池電壓、電流取樣、放大（非隔離、內(nèi)部）等設(shè)計(jì)方法。（4）實(shí)現(xiàn)SPWM輸出及正負(fù)半周選通控制和PWM的選通。（5）實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的常規(guī)可靠性，還要考慮成本問(wèn)題。課題主要研究的任務(wù)太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容。本文著重介紹系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)擬完成以下工作：1）熟練掌握專業(yè)電工、電子技術(shù)。2）掌握太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理等專業(yè)技術(shù)。3）熟練掌握MCS-51系列單片機(jī)工

27、作原理及應(yīng)用技術(shù)。4）系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)。5）借助DXP2004軟件，繪出系統(tǒng)SCH、PCB圖。6）搭出系統(tǒng)硬件電路，在完成系統(tǒng)通電調(diào)試的基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試。2 系統(tǒng)方案太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng)系統(tǒng)主要由光伏陣列、并網(wǎng)逆變器及控制檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成，直接或通過(guò)變壓器與電網(wǎng)連接把電能送上電網(wǎng)。本系統(tǒng)采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)及控制功能，把由光能轉(zhuǎn)換成的直流電通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣骱蠡仞伒诫娋W(wǎng)。其中單片機(jī)的檢測(cè)控制是非常重要的，通過(guò)對(duì)電流、電壓的檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。光伏發(fā)電DC12V蓄電池逆變切換AC7V 公 網(wǎng)AC220V電源隔離狀態(tài)檢測(cè)80C51單片機(jī)電壓/電流

28、檢測(cè)控制充電圖2.1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖2.2太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng)是利用太陽(yáng)電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能,然后在通過(guò)逆變技術(shù)回饋到電網(wǎng)。主要由光伏陣列、并網(wǎng)逆變器及控制檢測(cè)保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成，直接或通過(guò)變壓器與電網(wǎng)連接把電能送上電網(wǎng)。本系統(tǒng)采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)及控制功能，把由光能轉(zhuǎn)換成的直流電通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣骱蠡仞伒诫娋W(wǎng)。系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)思想是在滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)要求的情況下，盡可能使得電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，以降低成本并提高其可靠性。系統(tǒng)微處理器選擇鑒于太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng)的特殊性及對(duì)可靠性更高的要求，依據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式及功能，微處理器除了通常的通用、高速、

29、低功耗等基本優(yōu)點(diǎn)外，還應(yīng)具備在復(fù)雜環(huán)境下可靠工作的特質(zhì)，優(yōu)先考慮廣泛應(yīng)用于如汽車等特殊工業(yè)領(lǐng)域的微處理器系列。最好選用內(nèi)部具有所需硬件資源及軟件支持協(xié)議的微處理器，以免龐雜的硬件擴(kuò)展及開(kāi)發(fā)軟件使得系統(tǒng)可靠性下降且成本高昂?？傊?yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng)微處理器應(yīng)具有以下特點(diǎn)及硬件資源：1.太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)饋電系統(tǒng)應(yīng)涉及電壓、電流、溫度等模擬信號(hào)的多路連續(xù)采，因而微處理器內(nèi)應(yīng)嵌有3路以上的A/D轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換精度10位以上。2.設(shè)計(jì)方案中，系統(tǒng)能饋及充電部分涉及SPWM控制技術(shù)，因而微處理器內(nèi)應(yīng)含有PWM接口輸出。3.微處理器內(nèi)應(yīng)嵌入SPI、I2C、UART等通訊協(xié)議，以便應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)。4.

30、另外，微處理器內(nèi)還應(yīng)嵌入基本的如SRAM、看門(mén)狗電路、電源監(jiān)控及保護(hù)電路等。綜合以上對(duì)微處理器的要求可以看出，滿足設(shè)計(jì)要求的微處理器首推Microchip微芯公司的PIC16F87X系列。其次，嵌入51內(nèi)核又兼有微芯公司PIC系列復(fù)合多種擴(kuò)展應(yīng)用模塊特點(diǎn)的Cygnal公司C8051F系列的幾款微處理器也應(yīng)是一種不錯(cuò)的選擇。另外，Motorola公司的68HC系列中如68HC05BXX微處理器也可以在考慮的范疇。鑒于我們本科階段主要學(xué)習(xí)C8051系列，加之設(shè)備長(zhǎng)期在戶外工作，所以我最終選擇了工業(yè)級(jí)的C8051F330作為這次設(shè)計(jì)的微處理器。2. C8051F330單片機(jī)概述模擬外設(shè) 10位 AD

31、C 轉(zhuǎn)換速率可達(dá)200ksps 可多達(dá)16個(gè)外部單端或差分輸入 VREF可在內(nèi)部VREF、外部引腳或VDD中選擇內(nèi)部或外部轉(zhuǎn)換啟動(dòng)源 內(nèi)置溫度傳感器 10位電流輸出DAC 比較器 可編程回差電壓和響應(yīng)時(shí)間 可配置為中斷或復(fù)位源 小電流（） 在片調(diào)試 片內(nèi)調(diào)試電路提供全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試 支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、觀察/修改存儲(chǔ)器和寄存器 比使用仿真芯片、目標(biāo)仿真頭和仿真插座的仿真系統(tǒng)有更優(yōu)越的性能 廉價(jià)而完整的開(kāi)發(fā)套件 供電電壓2.7V - 3.6V 典型工作電流：6.4mA 25MHz 9A 32KHz 典型停機(jī)電流：A 溫度范圍：-40C - +85C （工業(yè)級(jí)C8051F330）高速8051

32、微控制器內(nèi)核 流水線指令結(jié)構(gòu)；70%的指令的執(zhí)行時(shí)間為一個(gè)或兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期 速度可達(dá)25MIPS（時(shí)鐘頻率為25MHz時(shí)） 擴(kuò)展的中斷系統(tǒng) 存儲(chǔ)器 768字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM（256+512） 8KB FLASH；可在系統(tǒng)編程，扇區(qū)大小為512字節(jié) 數(shù)字外設(shè) 17個(gè)端口I/O；均耐5V電壓，大灌電流 硬件增強(qiáng)型UART、SMBus和增強(qiáng)型SPI串口 4個(gè)通用16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器 16位可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列（PCA），有3個(gè)捕捉/比較模塊 使用PCA或定時(shí)器和外部時(shí)鐘源的實(shí)時(shí)時(shí)鐘方式 時(shí)鐘源 兩個(gè)內(nèi)部振蕩器： ，2%的精度，可支持無(wú)晶體UART操作 80/40/20/10 kHz低頻率、低功

33、耗振蕩器 外部振蕩器：晶體、RC、C、或外部時(shí)鐘 可在運(yùn)行中切換時(shí)鐘源，適用于節(jié)電方式 C8051F330器件是完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU。下面列出了一些主要特性. 高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP-51內(nèi)核（可達(dá)25MIPS） 全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)） 真正10位200 ksps的16通道單端/差分ADC，帶模擬多路器 10位電流輸出DAC 高精度可編程的25MHz內(nèi)部振蕩器 8KB可在系統(tǒng)編程的FLASH存儲(chǔ)器 768字節(jié)片內(nèi)RAM 硬件實(shí)現(xiàn)的SMBus/ I2C、增強(qiáng)型UART和增強(qiáng)型SPI串行接口 4個(gè)通用的16位定時(shí)器 具有3個(gè)捕捉/比較模塊和看門(mén)狗定時(shí)器

34、功能的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列（PCA） 片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器 片內(nèi)電壓比較器 17個(gè)端口I/O（容許5V輸入） 具有片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器、看門(mén)狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器的C8051F330是真正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。FLASH存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場(chǎng)更新8051固件。用戶軟件對(duì)所有外設(shè)具有完全的控制，可以關(guān)斷任何一個(gè)或所有外設(shè)以節(jié)省功耗。 片內(nèi)Silicon Labs二線（C2）開(kāi)發(fā)接口允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進(jìn)行非侵入式（不占用片內(nèi)資源）、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試邏輯支持觀察和修改存儲(chǔ)器和寄存器，支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、運(yùn)行

35、和停機(jī)命令。在使用C2進(jìn)行調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。兩個(gè)C2接口引腳可以與用戶功能共享，使在系統(tǒng)調(diào)試功能不占用封裝引腳。 工業(yè)級(jí)C8051F330器件可在工業(yè)溫度范圍（-45到+85）內(nèi)用的電壓工作。端口I/O和/RST引腳都容許5V的輸入信號(hào)電壓。C8051F330采用20腳DIP封裝（見(jiàn)圖 ）圖2. C8051F330封裝圖系統(tǒng)硬件各部分的介紹電源部分對(duì)于電源的設(shè)計(jì)有一些總的規(guī)則，但是在實(shí)際應(yīng)用中，還需要根據(jù)實(shí)際要求靈活的選擇電源方案。一部分是蓄電池12V/15V的直流電，另一部分是C8051F330系統(tǒng)及外部擴(kuò)展3V5V直流供電電壓。故采用3V的三端穩(wěn)壓器HT7130A

36、。逆變部分逆變器主要負(fù)責(zé)將控制器輸出的直流電能變換成穩(wěn)壓穩(wěn)頻的交流電能饋送電網(wǎng)。傳統(tǒng)逆變器分為電壓型和電流型逆變器，DC/AC的功率變換技術(shù)就是基于兩種傳統(tǒng)的逆變拓?fù)?。電壓源逆變器輸入直流電壓而輸出交流電壓，根?jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，輸出電壓的幅值和頻率可以恒定也可以變化。電壓源型逆變器拓?fù)淇梢钥醋鍪怯葿UCK變換電路拓展而來(lái)的，電壓源逆變器也可以稱為電壓源變流器，而且電壓源逆變器必須具有恒定的輸入電壓源，也就是說(shuō)它的戴維南等效阻抗應(yīng)當(dāng)是理想的為0，如果電源電壓不夠恒定，可以在輸入側(cè)接入一個(gè)大的用來(lái)儲(chǔ)能的電容器。直流電壓可以恒定或可變，可以有電網(wǎng)或旋轉(zhuǎn)交流電機(jī)經(jīng)過(guò)整流器和濾波器而得到，也可以由蓄電池

37、，燃料電池或光伏電池組得到。逆變器的輸出電壓可以是三相或多相，也可以是方波， 正弦波，PWM波，階梯波等。對(duì)于電流源逆變器來(lái)說(shuō)，同一個(gè)電路既可工作在逆變狀態(tài)，也可以工作在整流狀態(tài)，它的輸入側(cè)需要一個(gè)恒定的電流，即理想的情況是具有無(wú)窮大的戴維南阻抗， 這與電壓源的情況正好相反。如果電源電流不夠恒定，可以在輸入側(cè)接入一個(gè)大的用來(lái)儲(chǔ)能的電感器。可以看出，電流源逆變器其實(shí)是電壓源逆變器的對(duì)偶電路。電壓源逆變器和電流源逆變器存在著一些概念上和理論上的局限性和障礙在許多應(yīng)用場(chǎng)合會(huì)造成電力電子裝置造價(jià)高，效率低。圖2.3.2a傳統(tǒng)的電壓型逆變器電路結(jié)構(gòu)圖 2.3.2a示出了傳統(tǒng)的三相電壓型逆變器原理的電路結(jié)

38、構(gòu)。于DC/AC逆變器， 一個(gè)直流電壓源向逆變器主電路三相逆變橋供電，將直流電能變換為交流電能，供給交流負(fù)載。電壓源逆變器應(yīng)用十分廣泛， 但是存在下列概念上和理論上的不足和局限性：（1）電壓源逆變器交流負(fù)載只能是電感性或串聯(lián)電抗器，以保證電壓源逆變器 能夠正常工作。 （2）電壓源逆變器是一種降壓式逆變器，其交流輸出電壓被限制只能低于而不能超過(guò)直流母線電壓，因此對(duì)于直流電壓較低，同時(shí)又需要較高的交流輸出電壓的 DC/AC功率變換應(yīng)用場(chǎng)合，則必須加一個(gè)額外的DC /DC變換器，如升壓電路或者升壓變壓器等，這就增加了系統(tǒng)的成本、體積和控制復(fù)雜性，降低了變換效率。 （3）每個(gè)橋臂上、下器件不允許直通，

39、否則會(huì)損壞器件，引起系統(tǒng)崩潰。因此它的抗電磁干擾能力較差，容易由于干擾而產(chǎn)生開(kāi)關(guān)管誤開(kāi)通誤關(guān)斷而影響系統(tǒng)可靠性。圖 2.b傳統(tǒng)的電流型逆變器電路結(jié)構(gòu)圖 2.b是一個(gè)傳統(tǒng)的三相電流源變流器原理的電路結(jié)構(gòu)。對(duì)于DC/AC 逆變器，一個(gè)直流電流源為逆變器主電路三相逆變橋供電，通過(guò)其將直流電能轉(zhuǎn) 換為交流電能向交流負(fù)載供電。這里的直流電流源通常是一個(gè)電感量相對(duì)較大的電抗器，由電池、燃料電池堆、 二極管整流器或晶閘管整流器等電壓源供電。同電壓源逆變器一樣，電流源逆變器存在下列概念上和理論上的局限性和不足：（1）傳統(tǒng)的電流型逆變器電路其交流負(fù)載不得不為電容性或必需并聯(lián)電容，以保證電流源逆變器能夠正常工作。

40、 （2）其交流輸出電壓只能高于為直流電感供電的直流電壓，因此電流源逆變器是一個(gè)升壓型逆變器。因此對(duì)于需要寬電壓范圍的應(yīng)用場(chǎng)合，需要一個(gè)額外的DC/DC降壓式變換器。如降壓電路或者降壓變壓器，這個(gè)額外的功率變換級(jí)增加了系統(tǒng)成本，降低了變換效率。 （3）電流型逆變器的逆變橋不能開(kāi)路，否則會(huì)損壞器件，引起系統(tǒng)崩潰。由此它的抗電磁干擾的能力較差，影響了它們的可靠性。 綜上所述，電壓源逆變器和電流源逆變器存在下述共同的缺陷： （1）它們可得到的輸出電壓范圍是有限的，或低于、或高于輸入電壓，使得它們的應(yīng)用場(chǎng)合受到限制。 （2）它們的抗電磁干擾能力較差，影響了它們的可靠性。 新型Z源逆變器的提出為功率變換提

41、供了一種新的逆變器拓?fù)浜屠碚?，可以克服前述的傳統(tǒng)電壓源和電流源逆變器的不足。圖2.c給出了Z源功率逆變器的一般拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它是一個(gè)包含電感L1、L2和電容器C1、C2的二端口網(wǎng)絡(luò)接成X形，以提供一個(gè)Z源，這個(gè)Z源網(wǎng)絡(luò)，將逆變器主電路與電源或負(fù)載耦合。阻抗源電路是阻抗逆變器的能量存儲(chǔ)和濾波元件，它有第二級(jí)濾波器，比傳統(tǒng)的逆變器中單獨(dú)使用的電感器和電容器能有效的抑制電壓電流脈動(dòng)。Z源逆變器與傳統(tǒng)的電壓源或電流源最大的不同和獨(dú)特之處是它允許逆變橋臂瞬時(shí)開(kāi)路和短路，這為逆變器主電路根據(jù)需要升壓或降壓提供了一種機(jī)制。 在Z網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)兩個(gè)電感器都很小時(shí)，接近于零時(shí)，Z網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于兩個(gè)電容器并聯(lián)，成為傳統(tǒng)的電壓

42、源逆變器，因此，對(duì)于傳統(tǒng)的電壓源逆變器電容器的要求和物理尺寸相當(dāng)于阻抗源電路最壞的情況時(shí)的要求，考慮到電感器提供附加濾波和能量存儲(chǔ)，相比傳統(tǒng)電壓源逆變器，阻抗源電路要求電容小，其尺寸也小。同理如果這兩個(gè)電容器很小接近于零，Z網(wǎng)絡(luò)中相當(dāng)于兩個(gè)電感串聯(lián)，構(gòu)成傳統(tǒng)電流源逆變器，因此阻抗源電路要求電感和尺寸都不大。圖 2.c 變器的一般拓?fù)渑c傳統(tǒng)的電壓逆變器或電流源逆變器不同的Z變器既可以以電壓型逆變器模式工作，也可以以電流型逆變器模式工作，它具有以下的獨(dú)特點(diǎn)： （1）從電路結(jié)構(gòu)上，以電壓型逆變器模式工作，Z源逆變器的輸入電源為電壓源，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(kāi)關(guān)

43、是開(kāi)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(shí)，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(kāi)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(shí)，Z源逆變器主電路可以承受瞬時(shí)短路，并通過(guò)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(shí)，Z源逆變器主電路可以承受瞬時(shí)開(kāi)路，并通過(guò)特殊的控制方式引入開(kāi)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(chǎng)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(gè)人電腦電源到

44、工業(yè)自動(dòng)化如燃料電池和混合電動(dòng)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(duì)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(duì)偶原理延伸到電流型Z源逆變器中。我最終沒(méi)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(shí)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(huì)帶來(lái)一些新的問(wèn)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

45、制型電路，以盡量彌補(bǔ)只用一種逆變器所造成的缺陷。逆變電路如圖2.所示，逆變器原打算采用兩個(gè)IGBT,通過(guò)對(duì)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(jì)的成本將增會(huì)增加因?yàn)檫@里面既包括IGBT本身市場(chǎng)價(jià)格較高（相對(duì)于MOSFET）而且還要加驅(qū)動(dòng)，鑒于系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思路是在滿足要求的情況下，盡可能使得電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)N-MOSFET內(nèi)部復(fù)合的二極管與原邊構(gòu)成一個(gè)典型的共陽(yáng)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。圖2.逆變電路2.3

46、.3系統(tǒng)檢測(cè)、保護(hù)部分2.3.3a檢測(cè)部分主要作用有：1.光伏并網(wǎng)系統(tǒng)作為接入電力系統(tǒng)的裝置，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；2.孤島效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生很多不良影響，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(cè)定孤島效應(yīng)也是監(jiān)控保護(hù)單元的重要作用；3.太陽(yáng)能光伏電站尤其是大規(guī)模的光伏電站往往建設(shè)在荒漠和無(wú)人區(qū)，智能電量管理和系統(tǒng)狀況檢測(cè)上報(bào)也是光伏發(fā)電系統(tǒng)需要重點(diǎn)考慮的因素。2.3.3b并網(wǎng)保護(hù)裝置并網(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(guò)電壓保護(hù)、低頻率保護(hù)、高頻率保護(hù)、過(guò)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(shí)及時(shí)處理。

47、2.3.3c孤島檢測(cè)技術(shù)孤島效應(yīng)是指并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)斷電時(shí)，并網(wǎng)裝置仍然保持對(duì)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(shí)，電網(wǎng)將不再控制這個(gè)電力孤島的電壓和頻率。孤島效應(yīng)會(huì)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的重連接制造困難，同時(shí)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(cè)方法主要有兩種，分別是被動(dòng)檢測(cè)方法和主動(dòng)式檢測(cè)方法。(A)被動(dòng)式孤島檢測(cè)：孤島的發(fā)生和電網(wǎng)脫離時(shí)的負(fù)載特性及與電網(wǎng)之間的有功和無(wú)功交換有很大的關(guān)系。電網(wǎng)脫離后有功的波動(dòng)會(huì)引起光伏系統(tǒng)端口電壓的變化，無(wú)功的波動(dòng)會(huì)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(wú)功的波

48、動(dòng)比較明顯，通過(guò)監(jiān)測(cè)并網(wǎng)系統(tǒng)的端口電壓或者輸出頻率就可以檢測(cè)到孤島的發(fā)生，這就是被動(dòng)式孤島檢測(cè)方法的原理。然而在電網(wǎng)脫離后，如果有功和無(wú)功的波動(dòng)都很小，此時(shí)被動(dòng)式檢測(cè)方法就存在檢測(cè)盲區(qū)。（B）主動(dòng)式孤島檢測(cè)：主動(dòng)式孤島檢測(cè)方法中用的比較多的是主動(dòng)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(dòng)，在并網(wǎng)的情況下，其頻率擾動(dòng)可以被大電網(wǎng)校正回來(lái)，然而在孤島發(fā)生時(shí)，該頻率擾動(dòng)可以使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，從而檢測(cè)到孤島的發(fā)生。這類方法也存在“檢測(cè)盲區(qū)”，在負(fù)載品質(zhì)因數(shù)比較高時(shí)，若電壓幅值或頻率變化范圍小于某一值，系統(tǒng)無(wú)法檢測(cè)到孤島狀態(tài)。另外，頻率擾動(dòng)會(huì)引起輸出電流波形的畸變，同時(shí)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)需要進(jìn)

49、行電能質(zhì)量治理時(shí)，頻率的擾動(dòng)會(huì)對(duì)諧波補(bǔ)償效果造成較嚴(yán)重的影響。2.3.3d智能電量管理及系統(tǒng)狀況監(jiān)控系統(tǒng)大型光伏電站由于地處偏遠(yuǎn)地區(qū)，常常為無(wú)人值守電站。為了準(zhǔn)確計(jì)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(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理平臺(tái)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(jì)是一個(gè)簡(jiǎn)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(gè)簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單的系統(tǒng)復(fù)雜化，因此在設(shè)計(jì)電路時(shí)，盡量做到用最簡(jiǎn)單的電路來(lái)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

50、流電壓和交流電流的檢測(cè)。交流電網(wǎng)電壓的檢測(cè)應(yīng)用于電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)前饋、電網(wǎng)交流正弦波過(guò)零點(diǎn)時(shí)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/狀態(tài)檢測(cè)部分如圖2.3.3所示，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(cè)部分是在能饋狀態(tài)下為系統(tǒng)提供市電過(guò)零檢測(cè)/掉電中斷（上升沿模式）信號(hào)P1.0及市電正負(fù)半周識(shí)別信號(hào)P1.5。在設(shè)計(jì)中本來(lái)是將市電過(guò)零和掉電分開(kāi)用兩個(gè)I/O端口檢測(cè)，但當(dāng)從新看了C8051F330手冊(cè)之后，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)可以用一個(gè)I/O端口來(lái)實(shí)現(xiàn)市電過(guò)零/掉電的檢測(cè)，只要采用C8051F330內(nèi)部看門(mén)狗就可以實(shí)現(xiàn)掉電的中斷和復(fù)電的檢測(cè)。電源狀態(tài)檢測(cè)部分主要信號(hào)波形如

51、圖2.所示。圖2.3.3電壓隔離、狀態(tài)檢測(cè)圖2.a 電源隔離/狀態(tài)檢測(cè)部分信號(hào)波形由于C8051F330和A/D轉(zhuǎn)換部分的供電電壓在2.7V3.6V之間，而蓄電池的最小電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于3.6V，所以檢測(cè)電壓先要進(jìn)行分壓，然后在進(jìn)行檢測(cè)，直流側(cè)電壓的檢測(cè)如圖2.b所示，有圖可得U1=(AR2/(AR1+AR2)U2=(4.7/(15+4.7)0.238*U2，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。的取樣電阻，這樣就會(huì)減小了大功率的消耗，在電流檢測(cè)時(shí)進(jìn)行放大。圖b直流側(cè)電壓的檢測(cè)電路電流檢測(cè)部分如圖2.c所示，一個(gè)帶有失調(diào)電壓補(bǔ)償?shù)耐喾糯箅娐?，輸入為的取樣電?所以系統(tǒng)中輸

52、入信號(hào)小于）,加之取樣回路時(shí)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(huì)導(dǎo)致不能采集到信號(hào)，只有較大電容，才能保證信號(hào)完整，但這樣又會(huì)帶來(lái)新問(wèn)題，如PCB板的增大，電源的消耗，散熱等，故此處采用直接對(duì)電流脈沖信號(hào)的幅值進(jìn)行放大及采樣。圖中采用兩個(gè)運(yùn)放，其實(shí)起到放大作用的只有一個(gè)，U3B的加入只是平衡U3A運(yùn)放產(chǎn)生零點(diǎn)漂移對(duì)系統(tǒng)的影響，U3B的連接就是一個(gè)電壓跟隨器。通過(guò)分析圖2.2.3.4c實(shí)際上就是一個(gè)同相比例運(yùn)算電路，即A=(1+CR1/CR0)=（1+）,其中A為電流放大倍數(shù)，K，通過(guò)放大最終單片機(jī)檢測(cè)到的電流就是蓄電池的實(shí)際峰值電流（即電池充

53、電導(dǎo)通時(shí)電流）。圖2.3.3c電流檢測(cè)2.系統(tǒng)控制部分光伏逆變器對(duì)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(duì)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(jiǎn)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。系統(tǒng)控制部分如圖所示，包括充電 (太陽(yáng)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。C8051F330的輸出定義為 PCA下的。其中，N-MOSFET我選用IRF530芯片，它的絕對(duì)額定最大漏源極電壓為100V，絕

54、對(duì)額定最大漏極電流為14A（溫度為25），P-MOSFET我選用IRF9530芯片，它的絕對(duì)額定最大漏源極電壓為-100V，絕對(duì)額定最大漏極電流為-14A（溫度為25）。圖中PWM充電的工作原理是高電平時(shí)，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(mén)輸出為高電平時(shí)，SPWM得到15V/12V電壓導(dǎo)通。圖系統(tǒng)控制部分系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)2.4.1系統(tǒng)干擾原因從設(shè)計(jì)和制造的角度來(lái)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(méi)有采取抗干擾措施或措施不力；(3)器件間驅(qū)動(dòng)功率不足，處在較臨界狀態(tài)；(4)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/p>

55、電源、電壓偏低；(5)沒(méi)有采取屏蔽保護(hù)；(6)元件質(zhì)量低；。.2 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì)(1)晶振選擇時(shí)鐘頻率低的單片機(jī)外時(shí)鐘是高頻的噪聲源，除能引起對(duì)本應(yīng)用系統(tǒng)的干擾之外，還可能產(chǎn)生對(duì)外界的干擾 ，使電磁兼容檢測(cè)不能達(dá)標(biāo)。在對(duì)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1s時(shí)，外時(shí)鐘是12MHz。 而同樣速度的Motorola單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)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

56、信號(hào)可加光電耦合器隔離，防止外圍器件動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的回流沖擊系統(tǒng)電路。 (4)注意器件的驅(qū)動(dòng)能力一般1個(gè)TTL可推動(dòng)8個(gè)TTL或10多個(gè)CMOS，而一個(gè)CMOS可推動(dòng)1-2個(gè)TTL或20多個(gè)CMOS。 如果輸出負(fù)載過(guò)重，會(huì)降低輸出電平，使電平處于或低于被驅(qū)動(dòng)器件的輸入門(mén)檻電平(TTL： 高為2.4V，低為0.4V；CMOS；高為4.5V，低為1.4V)，從而造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。(5)采取屏蔽保護(hù) 屏蔽可用來(lái)隔離空間輻射。對(duì)噪聲特別大的部件(如開(kāi)關(guān)電源)，用金屬盒罩起來(lái)，可減 少噪聲源對(duì)單片機(jī)的干擾。對(duì)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(hào) 被短路接地。(6)注意印制電路板的布線與工藝3

57、 原理圖的設(shè)計(jì)DXP2004原理圖的設(shè)計(jì)原理圖編輯器實(shí)際上就是原理圖的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，用戶可以在該平臺(tái)下對(duì)電路圖進(jìn)行編輯與設(shè)計(jì)各修改。進(jìn)入原理圖設(shè)計(jì)窗口的步驟如下：1.首先進(jìn)入DXP2004系統(tǒng)，執(zhí)行File(文件)/New(新建)命令建立一個(gè)新工程。2.然后執(zhí)行File(文件)/New(新建)命令分別建立原理圖和電路版圖。3.將所建立的工程和原理圖利用另存為就可改變文件的名稱，點(diǎn)擊圖標(biāo)即可進(jìn)入原理圖設(shè)計(jì)平臺(tái)，進(jìn)行原理圖的設(shè)計(jì)與編輯。4.進(jìn)入設(shè)計(jì)窗口后，可以在首先執(zhí)行design(設(shè)計(jì))/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desig

58、n/options后彈出的對(duì)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?jiān)O(shè)置。 (2)設(shè)置圖紙顏色（圖紙邊框底色）。Border選擇項(xiàng)用來(lái)設(shè)置邊框顏色，在選擇了此項(xiàng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)彈出顏色對(duì)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(yè)后同樣會(huì)彈出顏色對(duì)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(duì)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(duì)話框中，E

59、lectrical grid 單選項(xiàng)是對(duì)電氣節(jié)點(diǎn)的設(shè)置，如果選擇此項(xiàng)，則系統(tǒng)就會(huì)將光標(biāo)自動(dòng)移動(dòng)到它的搜索半徑內(nèi)，并且在該點(diǎn)上顯示一個(gè)圓點(diǎn)。(5)在document options 對(duì)話框中，選擇organization 則是進(jìn)行文檔屬性，名稱，設(shè)計(jì)單位等進(jìn)行設(shè)置。5.在設(shè)置好以上基本的內(nèi)容后，則對(duì)原理圖編輯平臺(tái)半截元件庫(kù)。（有些不同的元件可能在不同的元件庫(kù)，要根據(jù)自己所設(shè)計(jì)的原理圖選擇所要加載的元件庫(kù)，具體參照本網(wǎng)站上有關(guān)具體說(shuō)明。這里以基本元件庫(kù)加以說(shuō)明）執(zhí)行Design/Add/remove library菜單，來(lái)打開(kāi)對(duì)話框，在彈出的對(duì)話框中，選擇DXP2004Librarysch文件夾下

60、的文件類型為*.ddb的庫(kù)元件文件，這里選擇 Miscellaneous Devices。加入元件庫(kù)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。6.對(duì)元件庫(kù)進(jìn)行裝載以后，可通過(guò)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(kāi)所對(duì)應(yīng)的對(duì)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(duì)話框中對(duì)所要修改的項(xiàng)進(jìn)行修改。7.元件放置完以后，下一步工作即是對(duì)元件的位置進(jìn)行調(diào)整，元件的調(diào)整非常簡(jiǎn)單，只需要點(diǎn)擊所需移動(dòng)的元件，按住不放，然后拖到所想要放置的位置放開(kāi)即可。8.對(duì)元件位置調(diào)整好以后，即可以對(duì)元件進(jìn)行連線，放線可以直接點(diǎn)擊所想