dsp儲(chǔ)能式離網(wǎng)逆變器論文

本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)冊(cè)學(xué)院**********************專(zhuān)業(yè)電子信息工程專(zhuān)業(yè)班級(jí)電子信息工程班學(xué)生*******指導(dǎo)教師********河北師范大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)編號(hào)：**********3論文（設(shè)計(jì)）題目：基于dspf2812儲(chǔ)能式離網(wǎng)逆變器學(xué)院：物******************專(zhuān)業(yè)：電子信息工程專(zhuān)業(yè)班級(jí)：*********************學(xué)生姓名：*****學(xué)號(hào)：*************指導(dǎo)教師：******職稱(chēng)：副教授設(shè)計(jì)研究目標(biāo)及主要任務(wù)研究目標(biāo)：在地球資源日益枯竭、污染日益嚴(yán)重的今天，開(kāi)發(fā)、利用清潔可再生能源已成為人類(lèi)的當(dāng)務(wù)之急。本設(shè)計(jì)致力于研究將太陽(yáng)能應(yīng)用于發(fā)電系統(tǒng)，并通過(guò)逆變系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為交流電，為人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展事業(yè)貢獻(xiàn)綿薄之力。主要任務(wù)：探究如何將太陽(yáng)能應(yīng)用于日常及工業(yè)用電，使得在電力系統(tǒng)不穩(wěn)定或不足時(shí)，工業(yè)及日常生活不受影響，正常工作?？紤]到太陽(yáng)光照強(qiáng)度的多變性、不穩(wěn)定性，后級(jí)系統(tǒng)要能進(jìn)行很好的控制，穩(wěn)定電壓，以保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、長(zhǎng)久性。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容進(jìn)行方案論證，找出可行方案設(shè)計(jì)電路，計(jì)算參數(shù)，以達(dá)到設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，以達(dá)到對(duì)電路的啟動(dòng)和控制調(diào)試電路、程序，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)電路、程序進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到要求增強(qiáng)實(shí)用性適應(yīng)性。設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)條件及研究路線(xiàn)基礎(chǔ)條件：1）了解逆變系統(tǒng)的原理，以及dsp控制電路2）有扎實(shí)的電路設(shè)計(jì)知識(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)3）電路設(shè)計(jì)需要的器件、材料能夠?qū)崿F(xiàn)4）能熟練使用單片機(jī)及dsp，根據(jù)要求進(jìn)行編程、調(diào)試研究路線(xiàn)：本設(shè)計(jì)分為四個(gè)階段，準(zhǔn)備階段，設(shè)計(jì)階段，實(shí)施階段和成品階段。在準(zhǔn)備階段，研讀逆變器、和DSP等相關(guān)的資料和書(shū)籍，經(jīng)方案論證確定實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的方案。在設(shè)計(jì)階段，通過(guò)仿真等完成對(duì)單元電路的設(shè)計(jì)。實(shí)施階段，完成制板工作。成品階段，調(diào)試電路，完成論文的寫(xiě)作。主要參考文獻(xiàn)《全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽基本技能指導(dǎo)》寧武唐曉宇閆曉金編著電子工業(yè)出版社《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》童詩(shī)白華成英編著高等教育出版社《TDS2812EVMB用戶(hù)手冊(cè)》北京文婷公司《數(shù)字信號(hào)處理器原理，結(jié)構(gòu)及應(yīng)用基礎(chǔ)——TMS320F2812》劉和平鄧力江渝張占龍編著機(jī)械工業(yè)出版社計(jì)劃進(jìn)度階段起止日期1查閱資料，對(duì)逆變器供電系統(tǒng)進(jìn)行深入了解2011.12.5—2012.1.312進(jìn)行方案論證，確定設(shè)計(jì)的實(shí)施方案2012.2.1—2012.3.13設(shè)計(jì)電路，進(jìn)行仿真、程序設(shè)計(jì)2012.3.2—2012.3.314動(dòng)手制作電路板2012.4.1—2012.4.155進(jìn)行調(diào)試，論文寫(xiě)作2012.4.16—2012.4.25指導(dǎo)教師：*******2011年9月10日教研室主任：**********2011年9月12日河北師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告書(shū)************************學(xué)院電子信息工程專(zhuān)業(yè)******屆學(xué)生姓名***設(shè)計(jì)題目基于dspf2812儲(chǔ)能式離網(wǎng)逆變器指導(dǎo)教師****專(zhuān)業(yè)職稱(chēng)副教授所屬教研室控制理論與工程研究方向電力電子與電力傳動(dòng)課題論證：并網(wǎng)逆變器是將太陽(yáng)能電池板發(fā)出來(lái)的直流電直接逆變成高壓饋入電網(wǎng),而不需要通過(guò)蓄電池儲(chǔ)存，因?yàn)橐獙⒛芰恐苯铀偷诫娋W(wǎng)上，所以要跟蹤電網(wǎng)的頻率、相位，相當(dāng)于一個(gè)電流源。并網(wǎng)逆變器雖然不需要儲(chǔ)能，但能量不可調(diào)控，光伏發(fā)多少就往網(wǎng)上送多少。在控制上，必須考慮與電網(wǎng)的連接安全，如必須同相位等，抗孤島等特殊情況的應(yīng)變能力，不能對(duì)電網(wǎng)造成污染，如諧波問(wèn)題等。而離網(wǎng)逆變器不與電力電網(wǎng)連在一起的.太陽(yáng)能電池組件將發(fā)的電力儲(chǔ)存在蓄電池內(nèi),再通過(guò)離網(wǎng)逆變器將蓄電池內(nèi)的直流電轉(zhuǎn)換成交流220V給負(fù)載使用。相當(dāng)于自己建立起一個(gè)獨(dú)立的小電網(wǎng)，主要是控制自己的電壓，就是一個(gè)電壓源，離網(wǎng)一般需要儲(chǔ)能，但并不往網(wǎng)上送能量，所以電網(wǎng)無(wú)權(quán)干涉，因而得以推廣，本設(shè)計(jì)正是基于dspf2812儲(chǔ)能式離網(wǎng)逆變器的設(shè)計(jì)研究。方案設(shè)計(jì)：應(yīng)用太陽(yáng)能電池板作為能量來(lái)源，通過(guò)將電子技術(shù)、DSP技術(shù)和編程技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能式離網(wǎng)逆變器，以滿(mǎn)足低功耗應(yīng)用的需求。太陽(yáng)能電池板選用5W9V規(guī)格，最高可達(dá)11V左右。逆變電路我們選用高性能數(shù)字信號(hào)處理芯片TMS320F2812DSP為控制核心芯片,選用FGA25N120的IGBT(50A，1200V)作為開(kāi)關(guān)器件,以EXB841作為驅(qū)動(dòng)芯片,將光伏陣列發(fā)出的直流電能，經(jīng)過(guò)Boost升壓電路升壓，其中一部分用儲(chǔ)能設(shè)備儲(chǔ)存起來(lái)（用蓄電池），另一部分應(yīng)用全橋逆變進(jìn)行逆變處理，輸出SPWM波，最終經(jīng)過(guò)ＬＣ濾波器進(jìn)行濾波，輸出正弦交流電。其中最基本，也是最重要的部分是脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM)，就是將直流電壓通過(guò)開(kāi)關(guān)管調(diào)制成脈沖的寬度與輸出交流的瞬態(tài)值（電壓或電流）相對(duì)應(yīng)脈沖信號(hào)，最后通過(guò)濾波器整形為正弦交流電。而單相逆變器常用的電路采用四橋臂，用此控制回路控制4個(gè)橋臂兩兩輪番導(dǎo)通和截止以產(chǎn)生數(shù)kHz頻率的交流信號(hào)，同時(shí)脈沖寬度按PWM算法得出的結(jié)果變化，逆變器的輸出回路接有LC濾波器，將PWM波整形為正弦波。為了保護(hù)蓄電池，控制電路采用AD0809對(duì)采樣的太陽(yáng)能板輸出電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，送至單片機(jī)判斷其大小并判斷是否給蓄電池充電。進(jìn)度計(jì)劃：查閱資料，對(duì)逆變器供電系統(tǒng)進(jìn)行深入了解 2011.12.5—2012.1.31進(jìn)行方案論證，確定設(shè)計(jì)的實(shí)施方案 2012.2.1—2012.3.1設(shè)計(jì)電路，進(jìn)行仿真、程序設(shè)計(jì) 2012.3.2—2012.3.31動(dòng)手制作電路板 2012.4.1—2012.4.15進(jìn)行調(diào)試，論文寫(xiě)作 2012.4.16—2012.4.25指導(dǎo)教師意見(jiàn)：閱讀文獻(xiàn)充分，論證合理，設(shè)計(jì)路線(xiàn)可行，同意開(kāi)題。指導(dǎo)教師簽名：*******年10月10日教研室意見(jiàn)：同意開(kāi)題。教研室主任簽名：*******年10月12日河北師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述能源是人類(lèi)不斷發(fā)展和進(jìn)步的動(dòng)力，人類(lèi)不斷地從自然界探索和獲取能源以滿(mǎn)足以其生存和發(fā)展的種種需要，能源的利用水平映射出人類(lèi)文明發(fā)展程度。但在傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)中，人類(lèi)主要利用的一次能源是石油、煤炭和天然氣等化石能源。這些化石能源經(jīng)過(guò)人類(lèi)數(shù)千年的消耗，能源危機(jī)已經(jīng)展現(xiàn)在人類(lèi)的面前。在21世紀(jì)初進(jìn)行的關(guān)于世界能源數(shù)據(jù)的調(diào)查顯示，石油的可開(kāi)采量為39.9年，天然氣可采量為61年，煤炭的可采量為227年?？梢?jiàn)能源問(wèn)題的緊迫性。從環(huán)境的角度看，大量化石能源的開(kāi)發(fā)和利用，已經(jīng)對(duì)人類(lèi)的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重和后果。二氧化碳是大氣中最主要的溫室氣體，而化石能源的燃燒是一氧化碳,的主要排放源，全世界每天約產(chǎn)生1億噸溫室效應(yīng)氣體，如果不對(duì)溫室氣體采取減排措施，人們預(yù)計(jì)，全球平均氣溫每10年將升高0．2℃，到2100年全球平均氣溫將升高13．5℃，這將對(duì)人類(lèi)生存空間帶來(lái)極大的威脅。所以，開(kāi)發(fā)新能源和可再生能源勢(shì)在必行。太陽(yáng)能因其分布廣泛、可以再生、不污染環(huán)境自然成為國(guó)際社會(huì)公認(rèn)的理想替代能源，根據(jù)國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到21世紀(jì)50年代，全球直接利用太陽(yáng)能的比例將會(huì)發(fā)展到世界能源結(jié)構(gòu)中的13％～15％，而整個(gè)可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的比例將大于50％。太陽(yáng)能將成為2l世紀(jì)最重要的能源之一。通過(guò)上述分析，在能源需求急劇增加而其他能源日益緊張的背景下，太陽(yáng)能作為一種取之不盡的、無(wú)污染的可再生能源已成為當(dāng)今最熱門(mén)的能源開(kāi)發(fā)應(yīng)用的課題之一，它也必將是21世紀(jì)最重要的能源之一。因此對(duì)光伏發(fā)電設(shè)計(jì)具有巨大應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電現(xiàn)狀：我國(guó)于1958年開(kāi)始對(duì)光伏電池的生產(chǎn)和應(yīng)用進(jìn)行研究，1971年成功將其應(yīng)用到東方紅二號(hào)衛(wèi)星上。由于受到價(jià)格與產(chǎn)量的限制，市場(chǎng)發(fā)展很慢，太陽(yáng)能電池的年產(chǎn)量一直徘徊在10Kwp左右。除了作為衛(wèi)星電源，在地面上太陽(yáng)能電池僅用于小功率電源系統(tǒng)，如微波中繼站、軍隊(duì)通信系統(tǒng)、鐵路信號(hào)系統(tǒng)、小型戶(hù)用系統(tǒng)及偏遠(yuǎn)地區(qū)的供電。在1981年～1990年間，我國(guó)的光伏工業(yè)得到一定的鞏固與發(fā)展，并在一些應(yīng)用領(lǐng)域建立了示范工程。同時(shí)，國(guó)家也加大了對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)研究及生產(chǎn)的投入，先后從國(guó)外引進(jìn)了多條太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線(xiàn)，除了一條1Mwp的非晶硅電池生產(chǎn)線(xiàn)外，其余全部是單晶硅電池生產(chǎn)線(xiàn)，使我國(guó)太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)能力由每年的10KWp發(fā)展到4．5MWp售價(jià)也由80元／w，下降到40元／WP左右。隨著國(guó)家對(duì)產(chǎn)業(yè)的不斷重視，我國(guó)光伏電池的總裝機(jī)容量和生產(chǎn)能力有較大的提高，到2005年全國(guó)光伏組件裝機(jī)量已達(dá)70MWp光伏電池的制造能力也已超過(guò)200Mwp，生產(chǎn)企業(yè)有十多家。盡管如此，與世界光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大的差距，目前光伏應(yīng)用比較廣泛的國(guó)家光伏總裝機(jī)容量已接近或達(dá)到500MW的規(guī)模。我國(guó)太陽(yáng)能光伏電池的年產(chǎn)量約為3MW生產(chǎn)能力約為5-8MW,累計(jì)用量約為15MW,同國(guó)外相比有很大差距!光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小,水平低，生產(chǎn)成本高，市場(chǎng)培育遲緩，其總體水平落后國(guó)外約15年。我國(guó)“十五"規(guī)劃提出了解決600萬(wàn)人(即無(wú)電人口的10%)的用電問(wèn)題等目標(biāo)!這給光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)提供了前所未有的市場(chǎng)和發(fā)展機(jī)會(huì)。國(guó)外光伏發(fā)電現(xiàn)狀：20世紀(jì)80年代以來(lái)，世界各國(guó)特別是發(fā)達(dá)國(guó)家相繼投入大量的人力、物力開(kāi)展對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、生物能等新型可再生能源的研究、開(kāi)發(fā)和利用工作。并制定相應(yīng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展計(jì)劃。1990年德國(guó)政府率先推出“一千屋頂計(jì)劃"。1998年進(jìn)一步提出10萬(wàn)套屋頂計(jì)劃。日本政府1994年開(kāi)始實(shí)施“朝日七年計(jì)劃”，總?cè)萘?85WMp，1997年又宣布實(shí)施“七萬(wàn)屋頂計(jì)劃”，總?cè)萘?80MWp。意大利1998年實(shí)行“全國(guó)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”，總?cè)萘?0MWp，在這類(lèi)系統(tǒng)中，規(guī)模最大的是1997年6月美國(guó)宣布的“百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”，到2010年將安裝101．4萬(wàn)套光電系統(tǒng)，總安裝量3025MWp。表所示為2000～2004年五年內(nèi)世界光伏器件的年產(chǎn)量數(shù)據(jù)，從中可以看到近五年光伏產(chǎn)品需求的強(qiáng)勁上升勢(shì)頭，年平均增長(zhǎng)率超過(guò)50％。充分說(shuō)明了該產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展態(tài)勢(shì)。美國(guó)能源部預(yù)測(cè)，在今后十年內(nèi)世界太陽(yáng)電池銷(xiāo)售量將以年均30％的速度增長(zhǎng)，到2010年將達(dá)到4．6GWp，累計(jì)容量將達(dá)到20GWp。近幾年國(guó)際上光伏發(fā)電快速發(fā)展，2007年全球太陽(yáng)能新裝容量達(dá)2826mwp，其中德國(guó)約占47%，西班牙約占23%，日本約占8%，美國(guó)約占8%。2007年，在太陽(yáng)能光電產(chǎn)業(yè)鏈中有大量的投資集中到新產(chǎn)能的提升上。除此之外，太陽(yáng)能光電企業(yè)在2007年間的貸款融資金額增長(zhǎng)了近100億美元，使得該產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。雖然受金融危機(jī)影響，德國(guó)、西班牙對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的扶持力度有所降低，但其它國(guó)家的政策扶持力度卻在逐年加大。日本政府2008年11月發(fā)布了“太陽(yáng)能發(fā)電普及行動(dòng)計(jì)劃”，確定太陽(yáng)能發(fā)電量到2030年的發(fā)展目標(biāo)是要達(dá)到2005年的40倍，并在3-5年后，將太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的價(jià)格降至目前的一半左右。2009年還專(zhuān)門(mén)安排30億日元的補(bǔ)助金，專(zhuān)項(xiàng)鼓勵(lì)太陽(yáng)能蓄電池的技術(shù)開(kāi)發(fā)。2008年9月16日，美國(guó)參議院通過(guò)了一攬子減稅計(jì)劃，其中將光伏行業(yè)的減稅政策（itc）續(xù)延2-6年。本設(shè)計(jì)主要參考文獻(xiàn)書(shū)目如下：《全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽基本技能指導(dǎo)》寧武唐曉宇閆曉金編著電子工業(yè)出版社《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》童詩(shī)白華成英編著高等教育出版社《TDS2812EVMB用戶(hù)手冊(cè)》北京文婷公司《數(shù)字信號(hào)處理器原理，結(jié)構(gòu)及應(yīng)用基礎(chǔ)——TMS320F2812》劉和平鄧力江渝張占龍編著機(jī)械工業(yè)出版社其中，《全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽基本技能指導(dǎo)》、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》主要介紹各種器件和應(yīng)用電路；《數(shù)字信號(hào)處理器原理，結(jié)構(gòu)及應(yīng)用基礎(chǔ)——TMS320F2812》主要講述dsp的資源和使用，對(duì)外部接口電路電路也有一定介紹，本設(shè)計(jì)中pwm電路便是基于該文獻(xiàn)；《TDS2812EVMB用戶(hù)手冊(cè)》介紹TDS2812EVMB開(kāi)發(fā)板使用。在問(wèn)題、參考文獻(xiàn)依據(jù)，對(duì)文獻(xiàn)資料進(jìn)行概括、分析。本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)題目基于dspf2812儲(chǔ)能式離網(wǎng)逆變器作者姓名***********指導(dǎo)教師*******所在學(xué)院**********************專(zhuān)業(yè)（系）電子信息工程班級(jí)（屆）2012屆電子信息工程班完成日期2012年4月25日目錄?中文摘要關(guān)鍵字 7１、緒論 81.1太陽(yáng)能應(yīng)用 81.2利用太陽(yáng)能發(fā)電的現(xiàn)狀及意義 81.2.1逆變器產(chǎn)品介紹 81.2.2國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能逆變器產(chǎn)能分析 91.2.3未來(lái)逆變器的發(fā)展趨勢(shì) 91.3離網(wǎng)逆變器和并網(wǎng)逆變器的區(qū)別 102、逆變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理 102.1逆變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理 102.2逆變系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路 112.3逆變系統(tǒng)的電路基本組成 122.3.1DC-DC升壓電路 122.3.2DC-AC升壓電路 132.3.3濾波電路 152.3.4驅(qū)動(dòng)模塊EXB841的介紹 153、逆變器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 173.1逆變系統(tǒng)主電路拓?fù)浼半娐返闹饕獏?shù)設(shè)計(jì) 173.2IGBT的驅(qū)動(dòng)電路和外圍的保護(hù) 193.3硬件死區(qū)設(shè)計(jì) 203.4基于DSP的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 204、蓄電池的充電方式和使用 224.1鉛酸蓄電池的充電方式 224.2蓄電池充放電的定量分析 235、逆變系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì) 235.1.SPWM波的實(shí)現(xiàn) 235.2.AD轉(zhuǎn)換輸出pwm波 246、測(cè)試數(shù)據(jù)及其分析 286.1系統(tǒng)整體實(shí)物圖以及相關(guān)說(shuō)明 286.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及波形記錄 29參考文獻(xiàn) 30附錄： 31附錄1規(guī)則采樣法SPWM的輸出程序 31附錄2蓄電池的使用及注意事項(xiàng) 35附錄3蓄電池常用的充電方式 37英文摘要關(guān)鍵字 38?中文摘要關(guān)鍵字摘要：隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境惡化，可再生能源的研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)得到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注，而太陽(yáng)能作為一種重要的可再生環(huán)保能源,在太陽(yáng)能利用與開(kāi)發(fā)過(guò)程中,如何把光伏陣列所產(chǎn)生的直流電能高效地轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎玫氖薪涣麟娔?成為世界各國(guó)共同矚目的焦點(diǎn)。將通用逆變器改造成光伏發(fā)電逆變器,可高效完成上述直流電能與交流電能的轉(zhuǎn)換。我們選用高性能數(shù)字信號(hào)處理芯片TMS320F2812DSP為控制核心芯片,選用FGA25N120的IGBT(50A，1200V)作為開(kāi)關(guān)器件,以EXB841作為驅(qū)動(dòng)芯片,開(kāi)始對(duì)光伏發(fā)電單相離網(wǎng)逆變器進(jìn)行研究,通過(guò)將電子技術(shù)、DSP技術(shù)和編程技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能式離網(wǎng)逆變器，以滿(mǎn)足低功耗應(yīng)用的需求。關(guān)鍵詞：TMS320F2812；IGBT；離網(wǎng)；逆變系統(tǒng)；光伏控制器１、緒論1.1太陽(yáng)能應(yīng)用當(dāng)今世界，低碳環(huán)保這一舉措是人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的必由之路，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，從當(dāng)前的市場(chǎng)發(fā)展水平來(lái)看，太陽(yáng)能光伏發(fā)電這一資源將在新能源中占有相當(dāng)重要的一席之地。太陽(yáng)釋放的能量還包括了地球上的各種能源，例如煤炭、石油以及海洋能、風(fēng)能、地?zé)崮艿?，它們都是由太?yáng)能轉(zhuǎn)化而來(lái)的。另外，與其他能源相比，太陽(yáng)能具有如下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：它沒(méi)有煤炭、石油等礦物燃料使用產(chǎn)生的有害氣體和廢渣，因而不污染環(huán)境，被稱(chēng)作“干凈能源”。處處都可以得到太陽(yáng)能，使用方便、安全，并且成本低廉，可以再生。現(xiàn)在，在當(dāng)今世界各國(guó)面臨能源日益緊缺的嚴(yán)峻情況下，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用的重要價(jià)值，已把太陽(yáng)能作為可開(kāi)發(fā)利用的現(xiàn)代主要新能源之一，因此，向太陽(yáng)這個(gè)取之不盡用之不竭的能源寶庫(kù)索取能量，實(shí)現(xiàn)人類(lèi)歷史上的能源的變革，已成為今后能源開(kāi)發(fā)的主要發(fā)展方向。隨著科學(xué)技術(shù)的日益先進(jìn)和不斷發(fā)展，人們對(duì)太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用也日益廣泛和深入?，F(xiàn)在，太陽(yáng)能的利用已延伸擴(kuò)展到科學(xué)研究、國(guó)防建設(shè)、航空航天和人們?nèi)粘Ｉ畹母鞣矫?。盡管人們對(duì)太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用的方式如此豐富多樣，截至目前，我們所利用的太陽(yáng)能與太陽(yáng)照射到地球上的能量相比，只不過(guò)是滄海一粟，并且使用效率較低，規(guī)模也較小，致使大自然寶貴能源大部分損失掉了。因此運(yùn)用現(xiàn)代化的、科學(xué)的方法大規(guī)模地開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能，已經(jīng)成為擺在人們面前的一項(xiàng)重要且有意義的任務(wù)。1.2利用太陽(yáng)能發(fā)電的現(xiàn)狀及意義1.2.1逆變器產(chǎn)品介紹光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏陣列產(chǎn)生直流電能，但在實(shí)踐中，許多負(fù)載需要交流電源，如變壓器和電機(jī)。直流電源系統(tǒng)有很大的局限性，不容易轉(zhuǎn)換電壓，而負(fù)載的應(yīng)用范圍是有限的。除了特殊的電氣設(shè)備，必須通過(guò)逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電。逆變器的功能是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，是一種“逆向”的整流過(guò)程，因此稱(chēng)之為“逆變”。逆變器性能的提高，對(duì)提高系統(tǒng)效率和可靠性，提高系統(tǒng)的使用壽命，降低成本有著至關(guān)重要的作用。

按照運(yùn)行方式的不同，光伏逆變器被分成不同模式：離網(wǎng)逆變器，混合逆變器與并網(wǎng)逆變器。隨著光伏發(fā)電的迅猛發(fā)展，尤其是光伏屋頂計(jì)劃的實(shí)施進(jìn)行，我國(guó)對(duì)離網(wǎng)型光伏逆變器的需求變得越來(lái)越大。1.2.2國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能逆變器產(chǎn)能分析由光伏發(fā)電系統(tǒng)的產(chǎn)能區(qū)域分布，現(xiàn)在中國(guó)的光伏發(fā)電機(jī)主要分布在在北京，安徽，江蘇，上海，廣東等產(chǎn)業(yè)基地，這些省份產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)好、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、科技實(shí)力雄厚，但在國(guó)家技術(shù)和經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展情況下，產(chǎn)能研究重點(diǎn)將向中西部地區(qū)，如陜西，西藏，寧夏和其他地區(qū)轉(zhuǎn)移。目前，我國(guó)的同類(lèi)產(chǎn)品，主要表現(xiàn)了以下幾點(diǎn)不足：（1）單片機(jī)控制，數(shù)據(jù)傳輸處理和通訊能力受限，實(shí)時(shí)性有待提高;（2）采用變壓器，尺寸和重量較大;（3）輸出電壓的精度不高，難以滿(mǎn)足社會(huì)發(fā)展的需要。國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電系統(tǒng)，年產(chǎn)約3MW，約5-8MW的生產(chǎn)能力，累計(jì)用量約15MW。事實(shí)上，中國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)，由于生產(chǎn)規(guī)模小，生產(chǎn)水平低，且生產(chǎn)成本高，市場(chǎng)培育遲緩，落后國(guó)外的整體水平約15年。作為全球光伏逆變器的龍頭企業(yè)，全球最早生產(chǎn)光伏逆變器的SMA，自2007年在中國(guó)設(shè)立代表處。2009年國(guó)內(nèi)出臺(tái)相關(guān)政策大力扶持光伏發(fā)電項(xiàng)目的發(fā)展，到2011年國(guó)內(nèi)光伏逆變器市場(chǎng)的需求預(yù)計(jì)將超過(guò)100MW，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的消費(fèi)潛力不容估量。1.2.3未來(lái)逆變器的發(fā)展趨勢(shì)在能源日漸緊張的情況下，利用太陽(yáng)能作為一種新能源是未來(lái)能源發(fā)展的一種趨勢(shì)。在環(huán)境和經(jīng)濟(jì)雙重壓力的情況下，光伏發(fā)電技術(shù)是新能源技術(shù)的重要組成部分，是正在發(fā)展著的高新技術(shù)。在國(guó)家能源政策的引導(dǎo)下，隨著人們對(duì)可再生能源認(rèn)識(shí)的提高以及太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)性能價(jià)格比的提高，太陽(yáng)能資源的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用前景將是十分廣闊的。就目前市場(chǎng)總體發(fā)展態(tài)勢(shì)看，未來(lái)逆變器發(fā)展有如下五大趨勢(shì)：1為了搭配新穎別致的建筑外觀，太陽(yáng)能逆變器外觀呈持續(xù)多元化發(fā)展，逆變器樣式與顏色時(shí)尚別致感增強(qiáng)。2盡管在在太陽(yáng)能逆變器上增加電網(wǎng)管理這一功能并不容易，除非擁有相當(dāng)豐富的電力聯(lián)網(wǎng)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，智慧電網(wǎng)管理功能卻成為一種趨勢(shì)，也是多家業(yè)者在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上爭(zhēng)奇斗艷的方向。3因?yàn)閷⑿铍娧b置納入太陽(yáng)光電系統(tǒng)，可持續(xù)降低成本，且不影響可靠度，所以將蓄電裝置與太陽(yáng)能逆變器結(jié)合的新產(chǎn)品也成為市場(chǎng)關(guān)注焦點(diǎn)，是許多系統(tǒng)業(yè)者希望能夠突破的瓶頸。4未來(lái)透過(guò)模組化或是主從(Master-Slave)機(jī)制，太陽(yáng)能逆變器的輸出功率將持續(xù)破紀(jì)錄，單一輸出功率將不斷提升。5太陽(yáng)能微型逆變器與功率優(yōu)化器市場(chǎng)接受度正逐步提高，盡管發(fā)展?fàn)顩r比較慢。1.3離網(wǎng)逆變器和并網(wǎng)逆變器的區(qū)別離網(wǎng)逆變器,按名稱(chēng)來(lái)看,就是不與電力電網(wǎng)連在一起的。太陽(yáng)能電池組件將發(fā)的電力儲(chǔ)存在蓄電池內(nèi),再通過(guò)離網(wǎng)逆變器將蓄電池內(nèi)的直流電轉(zhuǎn)換成交流220V給負(fù)載使用。同樣,并網(wǎng)逆變器就是將太陽(yáng)能電池板發(fā)出來(lái)的直流電直接逆變成高壓饋入電網(wǎng),而不需要通過(guò)蓄電池儲(chǔ)存。離網(wǎng)的逆變器是電壓源，就是直接把直流電變成交流電供負(fù)載使用的；并網(wǎng)逆變器是電流源，是把電池板的直流變成交流能量饋送到電網(wǎng)中，加入公共電網(wǎng)供電的。由此可見(jiàn)，當(dāng)離網(wǎng)逆變器產(chǎn)生的電壓即使不穩(wěn)定時(shí)，也不會(huì)對(duì)總電網(wǎng)產(chǎn)生干擾，因此得以推廣。2、逆變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理2.1逆變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理小型光伏逆變系統(tǒng)是將光伏陣列發(fā)出的直流電能，經(jīng)過(guò)Boost升壓電路升壓，其中一部分用儲(chǔ)能設(shè)備儲(chǔ)存起來(lái)（一般用蓄電池），另一部分應(yīng)用全橋逆變進(jìn)行逆變處理，輸出SPWM波，最終經(jīng)過(guò)ＬＣ濾波器進(jìn)行濾波，輸出正弦交流電。其中脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM)是最基本，也是最關(guān)鍵的部分，就是將直流電壓通過(guò)開(kāi)關(guān)管調(diào)制成脈沖的寬度與輸出交流的瞬態(tài)值（電壓或電流）相對(duì)應(yīng)的脈沖信號(hào)，最后通過(guò)濾波器整形為正弦交流電。而單相逆變器常用的電路采用四橋臂，用此控制回路控制4個(gè)橋臂兩兩輪番導(dǎo)通和截止以產(chǎn)生數(shù)kHz頻率的交流信號(hào)，同時(shí)脈沖寬度按PWM算法得出的結(jié)果變化，逆變器的輸出回路接有LC濾波器，將PWM波整形為正弦波。2.2逆變系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路光伏逆變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖2-1離網(wǎng)逆變器方框圖濾波電路濾波電路用電設(shè)備輸出電壓同步檢測(cè)DC-AC變換器蓄電池Boost升壓斬波TMS320F2812核心控制電路太陽(yáng)能電池陣列此系統(tǒng)中包含一次回路和二次回路這兩部分，其中一次回路由Boost升壓電路、太陽(yáng)能光伏陣列、全橋逆變電路和輸出濾波電路等組成，二次回路由TMS320F2812控制器電路、信號(hào)檢測(cè)電路等部分組成。此離網(wǎng)型系統(tǒng)的研究主要集中于DC－DC和DC－AC兩級(jí)能量變換的結(jié)構(gòu)。其中DC－DC變換環(huán)節(jié)調(diào)整光伏陣列的工作點(diǎn)使其實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤;DC－AC逆變環(huán)節(jié)主要是將直流電轉(zhuǎn)變成交流電，它的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性直接影響到系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。2.3逆變系統(tǒng)的電路基本組成2.3.1DC-DC升壓電路本課題中所用到的直流變換電路只要求升壓，所以這里只對(duì)升壓斬波電路（即boost電路）進(jìn)行敘述介紹。DC-DC電路結(jié)構(gòu)原理圖如下：圖2-2Boost電路結(jié)構(gòu)其基本工作原理為：（1）當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)，a、b兩端之間相當(dāng)于短路，二極管因?yàn)槌惺芊聪螂妷憾刂?；此時(shí)由電源E、電感L和開(kāi)關(guān)管VT組成回路，電感L開(kāi)始儲(chǔ)存能量，導(dǎo)致流經(jīng)電感L和開(kāi)關(guān)管VT的電壓逐漸增大，電源E中的電能轉(zhuǎn)化為電感L中的磁場(chǎng)能量。而由電容C和負(fù)載構(gòu)成的回路，此時(shí)電容C放電為負(fù)載提供能量，負(fù)載兩端電壓逐漸降低。（2）當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT斷開(kāi)時(shí)，二極管承受正向電壓導(dǎo)通，電感L和電源E一起經(jīng)過(guò)二極管給電容C充電，同時(shí)也向負(fù)載提供能量，電感電流IL逐漸減小。這時(shí)磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電能，并且這個(gè)能量在和輸入電源電壓疊加后通過(guò)二極管和電容的濾波后產(chǎn)生平滑的直流電壓為負(fù)載供電。輸入電源電壓和電感的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為電能，然后疊加后形成電壓，所以輸出電壓高于輸入電壓，從而實(shí)現(xiàn)升壓過(guò)程。Boost工作的方式有兩種：1連續(xù)導(dǎo)電模式；2斷續(xù)導(dǎo)電模式。當(dāng)處于連續(xù)導(dǎo)電模式時(shí)：當(dāng)電流連續(xù)時(shí)：有（2-1）或（2-2）利用（2-1）根據(jù)伏——秒定律得出升壓關(guān)系式：（2-3）其中D為占空比，即開(kāi)關(guān)VT一個(gè)周期的導(dǎo)通時(shí)間與導(dǎo)通周期的比值。E為電源輸入電壓。輸出電壓始終由D（PWM占空比）決定，當(dāng)占空比為50%時(shí)，輸出電壓為輸入電壓的兩倍。而當(dāng)提高一倍電壓時(shí)，輸入電流大小卻會(huì)達(dá)到輸出電流的兩倍，即電流與電壓是成反比的，在實(shí)際電路中，電路里存在損耗，輸入電流還要稍高一些。當(dāng)工作在斷續(xù)導(dǎo)電模式時(shí)：當(dāng)輸入電壓E和占空比D保持不變時(shí)，若輸出負(fù)載的功率逐步減小，其電流也逐步減小。當(dāng)小于臨界電流時(shí)，電流就會(huì)出現(xiàn)斷續(xù)，雖然電路的峰值不變，但其輸出功率將減小。2.3.2DC-AC升壓電路圖2-3全橋逆變電路逆變系統(tǒng)的核心勿庸置疑是完成逆變功能的逆變電路，此設(shè)計(jì)為單相全橋逆變電路。原理圖如上，電路在工作時(shí)，需要兩組相位相反的驅(qū)動(dòng)脈沖分別控制兩對(duì)開(kāi)關(guān)管，Q1和Q2以及Q3和Q4這四個(gè)功率晶體管均相互反相，Ql和Q2相位互差180度。當(dāng)Ql和Q4導(dǎo)通，Q2和Q3截止時(shí)，如圖2-4，易知負(fù)載電壓為正。圖2-4Q1和Q4導(dǎo)通電路及波形而當(dāng)Q2和Q3導(dǎo)通，Ql和Q4截止時(shí)，如圖2-5，易知負(fù)載電壓為負(fù)。圖2-5Q2和Q3導(dǎo)通電路及波形這樣當(dāng)四個(gè)晶體管兩兩交替導(dǎo)通時(shí)，就會(huì)在負(fù)載兩端產(chǎn)生相位相反的電壓。若要改變輸出交流電壓的有效值，可以通過(guò)調(diào)節(jié)Ql和Q3的輸出脈沖寬度；若要改變輸出交流電頻率，則可以改變兩組開(kāi)關(guān)的切換頻率。逆變電路的開(kāi)關(guān)管用的是IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)，它是目前發(fā)展最為迅速的新一代電力電子器件之一，具有輸入阻抗高、開(kāi)關(guān)頻率高(10-40kHz)、峰值電流容量大、自關(guān)斷、低功耗和易于驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)。2.3.3濾波電路圖2-6濾波電路原理圖LC無(wú)源低通濾波器由電容C和電感L所組成，它適用于高頻信號(hào)的濾波，由于容抗隨頻率增加而減小，而感抗隨頻率增加而增加，因此，LC低通濾波器的并臂接電容，串臂接電感，這樣可以濾除高次諧波分量。電路中必須采用LC低通濾波器消除高次諧波，這是由于SPWM波中含有多個(gè)頻率的波形，其中包括載波頻率的整數(shù)倍及其附近的諧波分量。采用LC低通濾波器，可以消除高次諧波，而隨著載波比的升高，最低次諧波離基波也越來(lái)越遠(yuǎn)，這樣就更容易進(jìn)行濾波。但LC低通濾波器的選取主要考慮幾個(gè)方面的因素，噪聲抑制能力、輸出阻抗等，這是為了獲得頻率穩(wěn)定的輸出電壓波形。 設(shè)計(jì)中，通常截止頻率選擇在開(kāi)關(guān)頻率的1/10～1/20，本設(shè)計(jì)中選擇系統(tǒng)開(kāi)關(guān)頻率為18k赫茲，逆變器輸出交流電源頻率為50赫茲，初步確定其截止頻率為1000赫茲。濾波器中有兩個(gè)待定的參數(shù)，即濾波電感和濾波電容。設(shè)計(jì)中還要綜合考慮濾波電路的重量、體積以及制作成本等。2.3.4驅(qū)動(dòng)模塊EXB841的介紹作為日本富士公司提供的300A/1200V快速型IGBT驅(qū)動(dòng)專(zhuān)用模塊，EXB841整個(gè)電路延遲時(shí)間不超過(guò)Ip，最高工作頻率達(dá)40-50kHz，有短路保護(hù)和慢速關(guān)斷功能。模塊采用高速光耦隔離，射極輸出，單供電外部提供+20V，內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)-5V反偏壓。EXB841主要由以下幾部分組成：1、放大部分，它由TLP550,V2,V4,V5和R1,C1,R2,R9組成，V2是中間級(jí)，V4和V5組成推挽輸出，TLP550待改進(jìn)，起信號(hào)輸人和隔離作用；2、短路過(guò)流保護(hù)部分，它由V1,V3,V6,VZ1和C2,R3,R4,R5,R6,C3,R7,R8,C4等組成，實(shí)現(xiàn)過(guò)流檢測(cè)和延時(shí)保護(hù)功能。EXB841的6腳通過(guò)快速恢復(fù)二極管接至IGBT的集電極（C），通過(guò)檢測(cè)IGBT的集射之間的通態(tài)電壓降的高低來(lái)判斷IGBT的過(guò)流情況并加以保護(hù)；3、5V電壓基準(zhǔn)部分，它由R10,VZ2,C5組成，為IGBT驅(qū)動(dòng)提供-5V反偏壓。4、輸出部分等。圖2-7EXB841的原理圖EXB引腳功能如下：腳1：連接濾波電容器，該電容器用于反向偏置電源；腳2：電源（＋20V）；腳3：驅(qū)動(dòng)輸出；腳4：連接外部電容器，（大多數(shù)場(chǎng)合不需要該電容器，防止過(guò)流保護(hù)電路誤動(dòng)作）；腳5：過(guò)流保護(hù)輸出；腳6：集電極電壓監(jiān)視；腳7、8：不接；腳9：電源；腳10、11：不接；腳14、15：驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入（-、＋）。EXB841的內(nèi)部功能：過(guò)流檢測(cè)IGBT只能抵抗10us的短路過(guò)流，當(dāng)集電極電壓高時(shí)，盡管加入開(kāi)信號(hào)也認(rèn)為過(guò)流。故此必須有極快的保護(hù)電路，按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)與集電極之間的電壓關(guān)系進(jìn)行過(guò)流檢測(cè)。如下表：VCE低VCE高開(kāi)信號(hào)正常過(guò)流關(guān)信號(hào)-正常 表2-1開(kāi)關(guān)信號(hào)過(guò)電流檢測(cè)低速過(guò)流切斷電路正常驅(qū)動(dòng)速度切斷電流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生集電極電壓尖脈沖，（低速切斷電路對(duì)于≤10us期間的過(guò)流不起作用）這會(huì)損壞IGBT，低速切斷電路會(huì)對(duì)IGBT起到保護(hù)作用。注意事項(xiàng)：為保證有適當(dāng)?shù)慕^緣強(qiáng)度和高噪音阻抗，輸入電路與輸出電路應(yīng)分開(kāi)；驅(qū)動(dòng)電壓不足會(huì)增加IGBT的開(kāi)啟電壓，驅(qū)動(dòng)電壓過(guò)高會(huì)損壞IGBT；如果在IGBT集電極產(chǎn)生大的電壓尖脈沖，那么增加IGBT的柵串聯(lián)電阻（Rg）即可，但柵電阻不足時(shí)，會(huì)增加IGBT和穩(wěn)流二極管的開(kāi)關(guān)噪聲。3、逆變器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1逆變系統(tǒng)主電路拓?fù)浼半娐返闹饕獏?shù)設(shè)計(jì)主電路拓?fù)淙缦聢D所示：圖4-1主電路拓?fù)浯穗娐贩譃閮杉?jí)，前級(jí)是由Q1、Dl、Lc等器件組成的Boost電路，用來(lái)對(duì)光伏陣列輸出的直流電壓進(jìn)行升壓，然后完成MPPT（最大功率點(diǎn)跟蹤）控制并對(duì)蓄電池進(jìn)行充電；后級(jí)則是單相全橋逆變電路，作用是將前級(jí)產(chǎn)生的直流電壓逆變，并經(jīng)過(guò)L2、C5濾波后得到正弦交流電。功率管的主要參數(shù)設(shè)計(jì)：這里主要對(duì)直流變換部分開(kāi)關(guān)管進(jìn)行選擇。本課題中選用的開(kāi)關(guān)管是IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）。IGBT的選擇需要器件的電流等級(jí)和電壓等級(jí)兩個(gè)方面加以考慮。要將直流電逆變到交流220V而且能有較好的電流波形，逆變器直流側(cè)的電壓應(yīng)高于1.414×220V=311的峰值電壓。電流要根據(jù)通過(guò)它們的最大峰值電流來(lái)確定；而系統(tǒng)的前級(jí)經(jīng)BOOST升壓后最大輸出電壓約為400V，即橋式逆變器的最大輸入電壓。因此，開(kāi)關(guān)管所承受的最高電壓為400V，考慮電壓尖峰和電壓裕量，器件的耐壓一般為最高電壓的2到3倍，這里選擇耐壓為1000V的器件等級(jí)。如上所示直流測(cè)的IGBT管的峰值電流Ip為：主功率開(kāi)關(guān)管Q1和二極管Dl具有相同的額定電壓，這里跟BOOST升壓的最大電壓為400V，所有耐壓大于400V的2到3倍，可取≥1000V的。IGBT的額定電流應(yīng)大于電感電流峰值的最大值。綜上所述，選用的IGBT的型號(hào)參數(shù)為：IGBT：型號(hào)：fga25n120；參數(shù)：耐壓1200V，集電極直流電流50A，內(nèi)含阻尼二極管；開(kāi)關(guān)頻率：<100KHZ3.2IGBT的驅(qū)動(dòng)電路和外圍的保護(hù)IGBT驅(qū)動(dòng)模塊選用的日本FUJI公司生產(chǎn)的EXB841芯片，是一種比較典型的驅(qū)動(dòng)電路，它內(nèi)裝有用于高隔離電壓的光耦合器、過(guò)流保護(hù)電路、過(guò)流保護(hù)輸出、單電源供電、高密度安裝的SIL封裝等主要特性，因其功能比較完善，在國(guó)內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。驅(qū)動(dòng)電路原理圖如下：圖4-2IGBT驅(qū)動(dòng)電路在驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)器件時(shí)，必須進(jìn)行相關(guān)的隔離，以防止后級(jí)的紋波以及在地線(xiàn)上的雜波會(huì)影響到控制電路。由于后級(jí)電力裝置的電流電壓相對(duì)dspf2812的電路而言，電壓的范圍和波形已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)dspf2812最高電壓，很容易因其后級(jí)電壓的波動(dòng)或者地線(xiàn)上的雜波而影響到dspf2812的地或控制信號(hào)，所以不能采用直接耦合的方式。在工程上通常采用的隔離耦合方式是變壓器耦合和光電耦合器耦合兩種，對(duì)大功率的開(kāi)關(guān)器件來(lái)講，由于驅(qū)動(dòng)電流和驅(qū)動(dòng)電壓較大，所以適合采用變壓器耦合方式進(jìn)行耦合，而對(duì)于中小功率開(kāi)關(guān)器件，光耦配合相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器件便可起到耦合的作用。就隔離的效果而言，光耦的隔離功能明顯強(qiáng)于變壓器耦合。故此，綜合考慮開(kāi)關(guān)器件的功率以及隔離的效果我們采用了光電耦合器耦合，其中光電耦合器為T(mén)LP521，原理圖如下：1腳：陽(yáng)極2腳：陰極3腳：發(fā)射機(jī)4腳：集電極圖4-3光電耦合器的引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.3硬件死區(qū)設(shè)計(jì)逆變橋的橋臂驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須保證上下相互讓開(kāi)一定的時(shí)間，即死區(qū)時(shí)間。為了防止軟件死區(qū)失效以及進(jìn)行相應(yīng)保護(hù)，我們采用硬件實(shí)現(xiàn)，見(jiàn)下圖。每一路波形信號(hào)經(jīng)延時(shí)、整形，其導(dǎo)通時(shí)間會(huì)縮短，就得到了死區(qū)時(shí)間T，這里采用5K電位器和0.1u電容完全可以滿(mǎn)足要求，實(shí)驗(yàn)證明這一方法簡(jiǎn)單有效。圖4-4死區(qū)電路圖在本設(shè)計(jì)中，當(dāng)IN輸入為高電平的時(shí)候會(huì)對(duì)電容C1進(jìn)行充電操作，而當(dāng)IN為低電平的時(shí)候C1則會(huì)通過(guò)二極管和電阻的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行放電，OUT去接非門(mén)的輸入引腳。3.4基于DSP的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目前用于控制的微處理器主要有51系列單片機(jī)、PIC系列、AVR單片機(jī)以及高速數(shù)字信號(hào)處理器DSP等。前面幾種處理器的運(yùn)行速度較慢，或控制精度不高，很難滿(mǎn)足光伏發(fā)電系統(tǒng)數(shù)字控制的要求。DSP是近幾年發(fā)展起來(lái)的高速信號(hào)處理器，它以處理速度快、處理精度高以及完善的外設(shè)很快在信息處理、實(shí)時(shí)控制等方面得到了廣泛的應(yīng)用。此設(shè)計(jì)所用到的控制系統(tǒng)是以DSP為核心來(lái)實(shí)現(xiàn)的，控制芯片選用了TI公司的TMS320F2812。TMS320F2812系列DSP芯片是德州儀器公司專(zhuān)門(mén)為電機(jī)控制而設(shè)計(jì)的定點(diǎn)DSP，它以其優(yōu)良的性?xún)r(jià)比，在正弦波逆變電源、變頻器得到了廣泛應(yīng)用，TI公司的TMS320F2812芯片是一款功能強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理器。其特點(diǎn)有：1．150MHz的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到6.67ns，顯著提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力；采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為3.3v，減小了控制的功耗；2．基于TMS320F28XDSP的CPU內(nèi)核，保證了TMS320F2812的DSP代碼與TMS320系列DSP代碼兼容；3．有高達(dá)8K字的數(shù)據(jù)／程序RAM，高達(dá)128K字的FLASH程序存儲(chǔ)器，2K字的雙口RAM和8K字的單口RAM；4．?dāng)U展的外部存儲(chǔ)器，可達(dá)1M的存儲(chǔ)空間；5．含有兩個(gè)事件管理器模塊，EVA和EVB，每個(gè)事件管理器模塊包括：兩個(gè)16位的通用定時(shí)器；8個(gè)16位有脈沖寬度調(diào)制(PWM)通道。它們能夠完成以下功能：a、三相反相器控制；b、PWM的對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)波形輸出；c、當(dāng)外部中斷輸入引腳出現(xiàn)低電平時(shí)快速關(guān)閉PWM通道；d、可編程的PWM死區(qū)控制，可以防止上下橋臂同時(shí)輸出觸發(fā)脈沖；e、3個(gè)捕獲單元；f、片內(nèi)光電編碼器接口電路；g、16通道A/D轉(zhuǎn)換器。6．兩個(gè)串行通訊接口(SCI)模塊；7．16位的串行外設(shè)接口(SPI)模塊；8．12位A/D轉(zhuǎn)換器最小轉(zhuǎn)換時(shí)間80ns，并且兩個(gè)通道既可工作于獨(dú)立方式也可以工作于級(jí)聯(lián)方式?？蛇x擇兩個(gè)事件管理器來(lái)觸發(fā)ad；9．WDT(看門(mén)狗定時(shí)器模塊)；10．高達(dá)56個(gè)可單獨(dú)編程或復(fù)用的通用輸入/輸出引腳(GPIO)。11．外圍中斷擴(kuò)展功能可支持45個(gè)外圍中斷；12．電源管理包括三種低功耗模式，能獨(dú)立地將器件轉(zhuǎn)入低功耗工作模式。圖4-5DSP控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖4、蓄電池的充電方式和使用蓄電池：其作用是將太陽(yáng)能電池板受光照時(shí)產(chǎn)生的電能儲(chǔ)存起來(lái)，以備隨時(shí)向負(fù)載供電。所用蓄電池組的基本要求是：a.自放電率低；b.充電效率高；c.工作溫度范圍寬；d.使用壽命長(zhǎng)；e.少維護(hù)或免維護(hù)；f.深放電能力強(qiáng)；g.價(jià)格低廉。目前在我國(guó)與能與太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)配套使用的蓄電池主要有兩種：鎘鎳蓄電池和鉛酸蓄電池。配套200Ah以下的鎘鎳蓄電池，一般選用小型密封免維護(hù)鉛酸蓄電池，每只蓄電池的額定電壓為12VDC；配套200Ah以上的鉛酸蓄電池，一般選用固定式或工業(yè)密封式免維護(hù)鉛酸蓄電池，每只蓄電池的額定電壓為2VDC。4.1鉛酸蓄電池的充電方式在投入使用后，蓄電池必須定期地進(jìn)行充電和放電。首先，從保養(yǎng)維護(hù)角度看，蓄電池充電和放電狀況的好壞，將直接影響到蓄電池的性能和使用壽命。更重要的是，充電可以使蓄電池貯存電能并及時(shí)地恢復(fù)容量，來(lái)滿(mǎn)足用電設(shè)備的需要；而放電則可以檢驗(yàn)蓄電池容量參數(shù)，及促進(jìn)電極板活性物質(zhì)的活化反應(yīng)。為了更好的保養(yǎng)維護(hù)蓄電池，我們要選擇科學(xué)合理的充電方法。附錄3中介紹了蓄電池的幾種常見(jiàn)的充電方式。4.2蓄電池充放電的定量分析1．充電電流和充電時(shí)間的定量關(guān)系根據(jù)廠家提供的參數(shù)，如果鉛酸電池的電壓為12V，則最佳充電電壓14.5—15V，一般將充電電流設(shè)定為容量的10%。2.充電電流大小的限制在循環(huán)充電時(shí)，充電器所提供的最高電壓是有一定限制的，最大充電電流不應(yīng)超過(guò)額定容量的30%A（1Ah的蓄電池最大充電電流不大于1*0.3=0.3A）；10小時(shí)充電率為最佳，假如充電電流過(guò)大，會(huì)造成蓄電池發(fā)熱，造成極板脫落、斷裂以及短路。3.充電電池充電時(shí)間的計(jì)算5、逆變系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)5.1.SPWM波的實(shí)現(xiàn)規(guī)則采樣法SPWM的輸出程序：（見(jiàn)附錄1）圖5-1為產(chǎn)生spwm波的規(guī)范采樣法原理圖，其中tpu為脈寬時(shí)間，toff為間隙時(shí)間，Di第i個(gè)矩形波形的占空比，計(jì)算公式如下：操作時(shí)使用TVEMVB開(kāi)發(fā)板上的J19，由3,4腳輸出spwm波形顯示在示波器上，33,34腳接地。圖5-1產(chǎn)生spwm波的規(guī)范采樣法原理圖5.2.AD轉(zhuǎn)換輸出pwm波圖5-2接口電路接口電路說(shuō)明：ADC0809的D0～D7口分別接51單片機(jī)的P2口(P2.0～P2.7)，ADIN1為通道IN0電壓模擬量輸入（0～5V），IN0為模擬量輸入端。應(yīng)用程序如下：初始化程序：#include"reg52.h"

#defineucharunsignedcharsbitST=P1^0;//ST接P1.0口sbitEOC=P1^1;//EOC接P1.1口sbitOE=P1^2;//OE接P1.2口sbitCLK=P1^3;//CLK接P1.3口sbitADDCS=P1^4;//ADDCS接P1.4口

ucharAD_DATA[1];

//AD_DATA[1]數(shù)組保存IN0經(jīng)AD轉(zhuǎn)//換后的數(shù)據(jù)延時(shí)函數(shù)程序：/**********延時(shí)函數(shù)************/voiddelay(uchari){

ucharj;

while(i--)

{

for(j=125;j>0;j--)//延時(shí)

;

}}系統(tǒng)初始化程序：/*********系統(tǒng)初始化***********/voidinit(){

EA=1;

//開(kāi)總中斷

TMOD=0x02;

//設(shè)定定時(shí)器T0工作方//式

TH0=216;

//利用T0中斷產(chǎn)生//CLK信號(hào)

TL0=216;

TR0=1;

//以下語(yǔ)句用來(lái)啟動(dòng)定時(shí)器T0

ET0=1;

ST=0;//ST下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

OE=0;

//暫不輸出}T0中斷服務(wù)程序：/***********T0中斷服務(wù)程序************/voidt0(void)interrupt1using0{

CLK=~CLK;//時(shí)鐘反向}AD轉(zhuǎn)換程序：/***********AD轉(zhuǎn)換函數(shù)**********/voidAD(){

ST=0;

ADDCS=0;

//選擇模擬信號(hào)輸入通道IN0

delay(10);

ST=1;

//以下語(yǔ)句用來(lái)啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換

delay(10);

ST=0;//ST下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

while(0==EOC)

;

OE=1;//輸出數(shù)字結(jié)果

AD_DATA[0]=P2;//輸出到P2口，存入AD_DATA[0]

OE=0;

}主程序：/*****************主函數(shù)**************/main(){if(AD_DATA[0]<2)//判斷電壓值，輸出PWM波{P3=1;}else{P3=0;}}6、測(cè)試數(shù)據(jù)及其分析6.1系統(tǒng)整體實(shí)物圖以及相關(guān)說(shuō)明圖6-1系統(tǒng)整體實(shí)物圖本系統(tǒng)以文婷公司的DSPf2812EVMB開(kāi)發(fā)板作為調(diào)試的硬件基礎(chǔ)，仿真器采用TDS510JTAG仿真器。用80M帶寬數(shù)字示波器記錄數(shù)據(jù)和波形。6.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及波形記錄圖6-2相鄰兩相PWM圖的波形圖6-3系統(tǒng)最終輸出波形圖6-3為最終輸出交流正弦波形，結(jié)果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。參考文獻(xiàn)本設(shè)計(jì)主要參考文獻(xiàn)書(shū)目如下：《全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽基本技能指導(dǎo)》寧武唐曉宇閆曉金編著電子工業(yè)出版社《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》童詩(shī)白華成英編著高等教育出版社《TDS2812EVMB用戶(hù)手冊(cè)》北京文婷公司《數(shù)字信號(hào)處理器原理，結(jié)構(gòu)及應(yīng)用基礎(chǔ)——TMS320F2812》劉和平鄧力江渝張占龍編著機(jī)械工業(yè)出版社附錄：附錄1規(guī)則采樣法SPWM的輸出程序//規(guī)則采樣法SPWM的輸出#include"DSP281x_Device.h"#include"system.h"#include"stdio.h"#include"math.h"#include"float.h"#defineNX400#definePI3.1415925floatM=0.8;intk0=0;doublea[NX];//voidzkb();interruptvoideva_T1UFINT_ISR(void);unsignedintn=0;floatq,l,j;voidmain(void){InitSysCtrl();//系統(tǒng)的初始化DINT;//禁止全局中斷IER=0x0000;IFR=0x0000;EALLOW;GpioMuxRegs.GPAMUX.all=0x003F;//EVAPWM1-6pinsEDIS;InitPieCtrl();InitPieVectTable();EALLOW;//設(shè)置中斷向量表PieVectTable.T1UFINT=&eva_T1UFINT_ISR;EDIS;IER|=M_INT2;//開(kāi)中斷2PieCtrlRegs.PIEIER2.bit.INTx6=1;//開(kāi)通用定時(shí)器1下溢中斷////////用來(lái)設(shè)置正弦表參考計(jì)算占空比表達(dá)式////////////while(n<=NX){q=(n+0.75);//為消除偶次偕波，減少諧波角度出發(fā)，選擇從A相3/4周期進(jìn)行采樣q=q*2*PI;q/=400;j=sin(q);l=1875*(1+M*j);//M為調(diào)制比//計(jì)算占空比表達(dá)式if(l>=375&l<=3375)a[n]=l;else{if(l>3375)a[n]=3375;elsea[n]=375;}n=n+1;}/////////////////////////////////init_eva///////////////////////////////EvaRegs.ACTRA.all=0x0666;EvaRegs.DBTCONA.all=0x0a30;//DisabledeadbandEvaRegs.COMCONA.all=0xa600;//使能比較操作EvaRegs.EVAIMRA.all=0x0200;//EVAIMRA(EVA的中斷屏蔽寄存器A).T1UIINT(通用定時(shí)器1的下溢中斷使能)///EvaRegs.EVAIMRB.all=0x0000;///EvaRegs.EVAIMRC.all=0x0000;EvaRegs.EVAIFRA.all=0xffff;//EVAIFRA(EVA的中斷標(biāo)志寄存器.T1UIINT(通用定時(shí)器1的下溢中斷標(biāo)志)///EvaRegs.EVAIFRB.all=0xffff;//寫(xiě)1清除定時(shí)器1的下溢中斷標(biāo)志///EvaRegs.EVAIFRC.all=0xffff;EvaRegs.CMPR1=0;//初始化寄存器的值///EvaRegs.CMPR2=0;///EvaRegs.CMPR3=0;//EvaRegs.GPTCONA.all=0x0041;//周期必須大于最大的正弦表格值EvaRegs.T1PR=3750;//Timer1periodPWM載波周期為65536個(gè)定標(biāo)的定時(shí)器時(shí)鐘周期//EvaRegs.T1PR=0xffff;//EvaRegs.T1CNT=937;//Timer1counterEvaRegs.T1CNT=937;//EvaRegs.T1CON.all=0x0b4e;//選擇模式產(chǎn)生PWM波10//EvaRegs.T1CON.all=0x0b4e;EvaRegs.T1CON.all=0x0842;EINT;//return;/////////////////////////////EvaRegs.T1CON.all=EvaRegs.T1CON.all|0x0040;//啟動(dòng)定時(shí)器1for(;;);}interruptvoideva_T1UFINT_ISR(void)//EV-A{///inth2;intflag;flag=(EvaRegs.EVAIFRA.all)&0x0200;//T1UFINT中下益中斷標(biāo)志位置1if(flag!=0x0200){EINT;return;}else{if(k0<=NX){///h1=k0+135;//B相表達(dá)式///if(h1>=404)h1=h1-404;///h2=k0+270;//C相表達(dá)式///if(h2>=404)h2=h2-404;EvaRegs.CMPR1=a[k0];///EvaRegs.CMPR2=a[h1];//更新比較寄存器2的值///EvaRegs.CMPR3=a[h2];//更新比較寄存器3的值k0=k0+1;}else{k0=0;}}EvaRegs.EVAIMRA.bit.T1UFINT=1;//清除中斷屏蔽標(biāo)志EvaRegs.EVAIFRA.bit.T1UFINT=1;//清楚中斷使能標(biāo)志PieCtrlRegs.PIEACK.all=0x0002;//響應(yīng)同組中斷EINT;//開(kāi)全局中斷}附錄2蓄電池的使用及注意事項(xiàng)1.蓄電池在從出廠到安裝使用的過(guò)程中，電池容量會(huì)受到不同程度的損失，但若出廠時(shí)間較長(zhǎng)，在投入使用前應(yīng)注意進(jìn)行補(bǔ)充充電；2.蓄電池浮充使用時(shí)，應(yīng)確保每個(gè)電池單體的浮充電壓值在2.25V～2.30V之間；3.在浮充運(yùn)行時(shí)，蓄電池的單體電壓不應(yīng)低于2.20V。一旦單體電壓小于2.20V，則需要進(jìn)行均衡充電。均衡充電的方法是:充電電壓2.35V/只，充電時(shí)間達(dá)12小時(shí)；4.蓄電池在循環(huán)使用時(shí)，放電后應(yīng)采用恒壓限流充電。充電電壓為2.35V～2.45V/只，最大電流不該超過(guò)0.25A。具體充電方法為:先用不超過(guò)最大電流值的確定電流進(jìn)行恒流充電，等充電電壓達(dá)到單體平均電壓2.35V～2.45V時(shí)，改用平均單體電壓為2.35～2.45V恒壓充電，直到充電結(jié)5.蓄電池放電后應(yīng)該立即再充電，否則擱置時(shí)間太長(zhǎng)即便在充電也不能恢復(fù)原來(lái)的容量。附錄3蓄電池常用的充電方式充電方式定義優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)注意事項(xiàng)恒定電流充電充電過(guò)程中充電電流始終保持不變?cè)谛铍姵刈畲笤试S的充電電流情況下，充電電流越大，充電時(shí)間就可以縮短。若從時(shí)間上考慮，采用此法有利的充電后期由于充電電流不變，會(huì)電解大部分的水，消耗電能又容易使極板上活性物質(zhì)大量脫落，溫升過(guò)高，造成極板彎曲，容量迅速下降而提前報(bào)廢充電過(guò)程中，充電電流會(huì)隨著端電壓的升高而降低，在充電過(guò)程中需逐漸升高電源電壓恒定電壓充電在充電過(guò)程中，充電電壓始終保持不變避免充電后期充電電流過(guò)大而造成極板活性物質(zhì)脫落和電能的損失充電前期，充電電流過(guò)大，電極活性物質(zhì)變化體積變化收縮太快，影響活性物質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度易脫落。充電后期充電電流過(guò)小，使極板深處的活性物質(zhì)得不到充分反應(yīng)，形成長(zhǎng)期充電不足，影響蓄電池的使用壽命充電方法一般只適用于無(wú)配電設(shè)備或充電設(shè)備較簡(jiǎn)陋的特殊場(chǎng)合，如汽車(chē)上蓄電池的充電有固定電阻的恒定電壓充電充電電源與電池之間串聯(lián)一電阻，這樣充電初期的電流可以調(diào)整補(bǔ)救恒定電壓充電的缺點(diǎn)在最大充電電流受到限制時(shí)，隨充電過(guò)程的進(jìn)行，蓄電池電壓逐漸上升，電流卻幾乎成為直線(xiàn)衰減使用兩個(gè)電阻值，約在2．4V時(shí)，從低電阻轉(zhuǎn)換到高電阻，以減少出氣階段等流充電充電初期用較大的電流，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間改用較小的電流，至充電后期改用更小的電流充電后期改用較小電流充電，這樣減少了氣泡對(duì)極板活性物質(zhì)的沖刷，減少了活性物質(zhì)的脫落。這種充電法能延長(zhǎng)蓄電池使用壽命，并節(jié)省電能，充電又徹底對(duì)蓄電池壽命損害很大，而且充電過(guò)程復(fù)雜，很多蓄電池不是用壞的，而是充壞的或放壞的各階段充電時(shí)間的長(zhǎng)短，各種蓄電池的具體要求和標(biāo)準(zhǔn)不一樣。浮充電在浮充電機(jī)組停機(jī)時(shí)，全部直流負(fù)荷由蓄電池供給，浮充電機(jī)啟動(dòng)后，負(fù)荷仍回復(fù)有浮充電機(jī)供給，蓄電池回入浮充電狀態(tài)能減少蓄電池的析氣率，防止過(guò)充電；由于蓄電池同直流電源并聯(lián)供電，當(dāng)用電設(shè)備需要大電流時(shí)，可以瞬時(shí)輸出大電流，有助于鎮(zhèn)定電源系統(tǒng)的電壓，使用電設(shè)備用電正常個(gè)別蓄電池充電不均衡和充不足電，所以需要進(jìn)行定期的均衡充電蓄電池在浮充電機(jī)組故障期內(nèi)放電后，應(yīng)即進(jìn)行充電，應(yīng)經(jīng)常處于滿(mǎn)充狀態(tài)，防止幾班硫化英文摘要關(guān)鍵字Abstract:Withtheglobalenergycrisisandthedeteriorationoftheenvironment,renewableenergyresearchandapplicationdevelopmenttogetpeoplemoreandmoreattention,andsolarenergyasanimportantrenewablegreenenergy,solarenergyutilizationanddevelopmentprocess,howtoDCenergygeneratedbythePVarrayefficientlyintothecityavailableACpower,thefocusofattentionofthecountriesinthewor