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《光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在應用文檔-天天文庫。
1、光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置摘要:本系統(tǒng)采用單片機（STM32）和FPGA（EP2C5T144C8N）為控制核心，由模擬控制模塊、全橋逆變模塊、并網(wǎng)模塊和人機交互模塊4個功能部分組成。其中，全橋逆變模塊與模擬控制模塊采用光耦進行強弱電隔離，逆變電路采用具有高端懸浮自舉電源的IR2110進行驅(qū)動，最終逆變效率達到75%以上。并網(wǎng)模塊通過反饋調(diào)節(jié)的方式跟蹤上市電電壓通過隔離變壓器與市電安全并接。實現(xiàn)最大功率點跟蹤，并通過實時監(jiān)測并網(wǎng)電流實現(xiàn)超1.5A斷流的過流保護和25V欠電壓保護功能且失真度極低，整個變換并網(wǎng)過程的輸入電壓﹑輸出電壓頻率，在256*
2、32點陣液晶上實時顯示，并能通過鍵盤加以控制。關鍵詞：逆變、并網(wǎng)、效率、失真度、MPPT一、方案選擇與論證1．題目任務要求及相關指標的分析題目要求該系統(tǒng)逆變輸入直流電壓范圍為60V，且逆變的效率要達到60%以上，具有頻率跟蹤，相位跟蹤，失真度小于1%，且有輸入欠電壓和輸出過流保護功能。題目重點逆變需要產(chǎn)生SPWM波控制逆變電路進行DC-AC轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)。題目的難點在于轉(zhuǎn)換的效率問題和相位跟蹤。2．方案的比較與選擇2.1逆變器主回路拓撲方案一：采用半橋逆變電路。其原理圖如圖一所示，這種電路的優(yōu)點是簡單，使用器件少。但它輸出的交流電壓幅值Um僅
3、為Ud/2，且直流側(cè)需要兩個電容串聯(lián)，工作時還要控制兩個電容器電壓的均衡。圖一半橋逆變電路圖二全橋逆變電路方案二：采用全橋逆變電路。全橋逆變電路的原理如圖二所示，它共有4個橋臂，可以看成兩個半橋電路組合而成。把橋臂一和四作為一對，橋臂二和三作為另一對，成對的兩個橋臂同時導通，兩隊交替各180o。其輸出電壓的波形與半橋電路相同，但幅值提高一倍。對于半橋電路的分析也完全適用于全橋電路。采用半橋電路所需的原器件較少，但是相對的其輸出電壓比全橋小一半，理論上最大輸出交流有效值為Uo=0.45Ud難以達到題目要求。綜上考慮，我們組最終采用了相對容易
4、實現(xiàn)且能夠滿足題目需求的方案二。2.2系統(tǒng)控制模塊方案一：使用STM32和FPGA的結(jié)合作為系統(tǒng)的控制核心。方案二：使用STM32作為控制核心。STM32本身帶有大量口資源，且功耗很低。本系統(tǒng)需要產(chǎn)生SPWM波進行逆變控制，需求的口資源不多，并且題目附錄說明控制電路可采用輔助電源單獨提供，因此STM32的優(yōu)勢得不到體現(xiàn)。STM32配合FPGA里面豐富的門電路和存儲單元的資源可以產(chǎn)生更精確的三角波和正弦波進行比較，從而產(chǎn)生更加準確的SPWM波，而且運行速度更快，完全能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)需求。所以選擇方案一。2.3SPWM波形產(chǎn)生方案根據(jù)SPWM基本
5、原理，計算SPWM脈寬需要求解復雜的超越方程，在采用微機控制技術(shù)時運算時間過大無法做到實時控制。因此我們需要另尋方案。方案一：采用規(guī)則采樣法。取三角波兩個正峰值之間的時間間隔為一個采樣周期，在三角波的負峰值時刻tD對正弦信號波采樣而得到D點，過D點作一水平直線和三角波分別交于A、B兩點，在A點時刻和B點時刻控制功率開關器件的通斷。方案二：數(shù)字調(diào)制法。按照SPWM基本原理，在FPGA內(nèi)部形成正弦波和三角波進行比較產(chǎn)生SPWM波，其框圖如圖四。方案一為通用方式，實現(xiàn)簡單，是一種帶有近似的SPWM生成方式，并非準確的SPWM波形，在載波比較低的
6、情況下脈寬誤差較大，且不太適于異步調(diào)制。方案二需要在FPGA內(nèi)部采用DDS技術(shù)生成正弦波和三角波，較為復雜，但其具有產(chǎn)生靈活，精度可控的優(yōu)勢，生成的SPWM波形更接近于正弦波，且不受調(diào)制方式的限制，而且可以通過改變?nèi)遣ǖ狞c數(shù)來方便的改變調(diào)制深度，從而改變輸出電壓的幅度，方案二能夠更好的達到題目要求，本題采用方案二。圖四SPWM產(chǎn)生電路2.4采樣方案選擇方案一：采用電壓互感器采集信號。方案二：采用線性光耦采集信號。方案三：采用隔離變壓器采集信號。方案四：采用電阻分壓的方式采集信號。由于全橋逆變屬于浮地輸出，采用電阻分壓的方式也需要兩路一起
7、分壓，并用差動方式采樣，此方案電阻的精度會直接影響采樣精度，考慮到普通電阻都是5%的精度，這個方案的精度會大大降低。隔離變壓器方案比較理想，能夠精確的采樣并放大電壓信號，但此系統(tǒng)輸出達到36VAC，隔離變壓器無法對信號進行衰減，且大輸出的隔離變壓器非常昂貴，會加大電路成本。線性光耦同樣能對信號進行隔離輸出，且線性度良好，但其交流特性不太理想，隨著頻率改變，輸出增益也隨之改變且價格昂貴。綜合上述理由，電壓互感器是最理想方案，能夠在對電路造成干擾最小的情況下采出真實的電壓波形。因此選擇方案一。2.5提高效率的方法及方案（1）死區(qū)控制。全橋電路
8、需要兩路開關管交替導通進行逆變，當開關管的導通時間Ton與關斷時間Toff不相同時，會出現(xiàn)上下兩路同時導通的情況，逆變電路處在短路狀態(tài)，既容易損毀器件，又會產(chǎn)生大量額外功耗，降低逆變效率。采用
