【毕业设计】光伏发电并网逆变器控制器系统的设计 ㊣ 精品文档 值得下载

为推动光伏并网发电系统的普及应用，自主研发光伏并网逆变器控制系是我们长期致力于研究的课题面对今天日益严重的环境危机，为了人类的生存和发展迫切需要我们去寻找新的替代能源，而太阳能便是我们理想的发展方向，它为我们提供干净来源广泛可靠无污染的清洁能源，为解决全球面对的诸多环境问题带了十分理想的解决方式。

光伏发电并网逆变器的研究就是如何将光转换为电能，本课题着重研究其新的发展方向，更为方便的利用太阳能解决发电问题是我们今后长期发展的课题，也是世界今后大体走向。

太阳能光伏并网发电工程的实际效果看出，采用太阳能光伏发电技术，对太阳能并网发电的推广应用在技术是可行的，经济上是可取的，对社会环保和人类可持续发展更是具有深远的影响和重要意义。

第二章光伏发电并网逆变控器制系统的理论分析太阳能发电并网系统总拓扑图故障检测直流电压电流检测信号光伏阵列网侧电压电流检测电网电压同步检测图系统总拓扑图由总拓扑图可以看到，板产生的直流电压经过变换器升压，追踪最大功率点控制后，经过逆变器变成三相交流电，通过单片机控制下的电压检测，负载过电流检测，在辅助电源和驱动的作用下，使得电能最终送到电网。

逆变器的电路原理逆变器的电路原理为了设计并网逆变器控制系统，必须先介绍逆变器的电路原理以图的单相桥式逆变电路为例说明最基本的逆变工作原理。

图中是桥式电路的四个臂，为开关管。

当开关闭合，断开，负载电压为正当开关断开，闭合时，为负，其波形如图所示。

这样，就把直流电变成了交流电，而改变两组开关的切换频率，就可以改变输出交流电的频率。

图单相桥式逆变电路图单相桥式逆变电路的输出电压波形逆变器的逆变传统技术在三相逆变电路中，应用最多的是三相桥式逆变电路。

电压型三相桥式逆变电路如图所示三相电压型逆变电路传统的多数采用的工作方式如下逆变电路基本工作方式是度导电方式，即每个桥臂的导电角度为度，同相上下两个臂交替导电，每相开始导电的时间依次相差度，如此每瞬间，将有三个桥臂同时导通。

对于相，当导电时当导电时。

的波形是幅度为的矩形波。

相和相的情况和相相似，只是相位依次差度。

的波形如图所示图电压型三相桥式逆变电路图的波形设负载中性点和直流电源假想中性点之间的电压为，则负载各相的相电压可以由下式求出整理可得设负载三相对称，即，则图的给出了的波形，它是幅度为，频率为频率三倍的矩形波。

由式和式可以作出的波形如图的所示，和的波形形状样，只是相位相差。

由图可见，负载相电压的波形为六拍阶梯波，通过傅立叶分析可知，此种波形含有很大的谐波分量，对负载尤其是交流电动机负载的工作性能带来很不利的影响。

图和的波形图逆变器的控制技术技术的理论基础是面积等效原理，即冲量面积相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果环节的输出响应波形基本相同。

例如如图所示，有三个窄脉冲，为矩形脉冲，为三角形脉冲，为正弦半波脉冲，它们形状不同，但它们的面积冲量都等于。

当它们分别作为图具有惯性环节的电路的输入时，设其电流为电路的输出，图给出了不同窄脉冲时的响应波形。

由图中波形可知，在的上升段，脉冲波形不同略有不同，但其下降段几乎完全相同。

脉冲越窄则其输出响应波形差异也越小。

如果是周期性的施加上述脉冲，则其响应波形也是周期性的。

用傅立叶级数分解后可以看出，各在低频段的特性非常接近，仅在高频段有所不同。

图波形不同而冲量相同的各种窄脉冲图冲量相同的各种窄脉冲的响应波形本文的信号由单片机控制的产生，下文将作详细介绍。

并网逆变电路结构并网逆变器结构如图所示，该电路结构由工频或者高频逆变器工频变压器以及输入输出滤波器构成。

系统的总体方案经过方案的比较论证，本设计决定采用无变压器的两级结构，前级变换器和后级的逆变器，两部分通过相连。

前级变换器，可选择的型式有半桥式全桥式推挽式和式，考虑到输入电压较低，如采用半桥式则开关管电流变大，输出电压太低而采用全桥式则控制复杂，开关管功耗增大，因此这里采用结构简单，控制方便的升压电路，它根据电网电压的大小使在不同天气条件下的输入电压达到个合适的水平，同时在低压情况下实行最大功率点的跟踪，增大光伏系统的经济性能。

后级的逆变器，采用单相逆变全桥，作用是将直流电转换成正弦交流电，实现逆变向电网输送功率。

的作用除了连接变换器和逆变器，还实现了功率的传递。

控制电路的核心芯片是公司的。

系统保证并网逆变器输出的正弦电流与电网的相电压同频同相。

系统主电路的拓扑电路如图所示前级电路的工作原理电路原理图断，然后判断开机键是否按下，若按下，则调用显示子程序，显示当前逆变的工作状态，如果不正常，随即调用发送波子程序使系统开始工作。

最后再检测是否等于，来检测负载是否过流，如果过流，那么就必须停止发停止逆变器的工作，如果不过流，那么程序又返回到显示子程序继续循环执行。

系统还可以用键盘对切换电路进行控制，此项操作时通过中断来产生中断来实现的输出过流检测则是通过中断产生过流中断，同时发出报警信号，通过单片机控制逆变保护整个系统的安全。

其控制程序如下，开始单片机初始化调用显示子程序调用电网检测子程序调用键盘子程序调用输入电压电流检测子程序图主程序流程图市电检测及光伏发电系统投切程序设计市电电网检测和光伏发电系统投切程序软件流程如图所示。

开始市电断电或是畸变直流侧欠压光伏发电系统不并网返回图市电检测和供电切换软件流程图开机后首先进行的是对市电电网的检测，利用单片机控制电路，在市电断电或不正常时中止光伏系统的并网动作。

如果市电供电正常，再对太阳能电池进行电压检测，判断其电压值是否满足并网发电的最低要求，如果满足，则继续下步操作，如果不满足，中止光伏发电系统并网动作。

逆变电路控制程序设计本设计采用的脉冲发生芯片产生路脉冲。

和的接口电路在第二章已经详细介绍，在这里不再赘述，单片机控制产生脉冲的软件流程如图所示。

开始往写入初始化参数写完成数据传送往写入控制参数写寄存器传送控制数据数据更新返回图脉冲生成程序流程图其控制程序如下，向写控制参数，这样便可直接产生脉冲，初始化参数发送子程序，向写控制参数子程序，这样便可直接产生脉冲，中断和键盘子程序设计逆变器输出过载或者短路对整个系统的危害巨大。

利用单片机控制对系统的过流保护保证了系统能安全运行。

该保护是在单片机中断服务子程序中执行，产生中断，执行中断子程序，发出控制信号停止逆变，并声光报警。

单片机外接的式键盘电路可以控制开关机，手动控制切换开关。

外部检测信号及键盘输入信号连接到单片机的中断源，表示开机及关机按钮，而则表示报警信号的复位按钮，它们均采用查询中断方式实现中断控制。

中断程序如图所示。

开始保护现场恢复现场返回图中断程序流程图开始调用产生子程序返回是否按下是否按下停止产生脉冲是否按下图键盘子程序流程图其控制程序如下，参考文献黄友锐单片机原理及应用合肥合肥工业大学出版社，张乃国供电系统应用手册北京电子工业出版社，孙哲种实用在线式的设计大连大连连理工大学电气专业，陈静，何湘宁智能的研究和发展中国电力，王兆安，黄俊电力电子技术第四版北京机械工业出版社，王其英，何春华不间断电源剖析与应用北京科学出版社，李成章智能化供电系统原理与维修北京电子工业出版社，王其英，刘秀荣新型不停电电源的管理和使用北京人民邮电出版社陈伯时电力拖动自动控制系统北京机械工业出版社张毅刚，彭喜源，谭晓昀单片机应用设计，哈尔滨哈尔滨工业大学出版社，李朝清机及单片机数据通信技术，北京北京航空航天大学出版社，陆鑫智能电源设计的实现，成都电子科技大学张宜剑浅谈我国电源市场发展前景硅谷，张亮的原理与应用电气时代，石磊电源技术及发展电气开关，张国光在线式的控制和保护技术有线电视技术，孙哲，刘华毅种基于单片机的在线式的设计仪器仪表学报，大连理工大学自动化系，朱学治，赵常春，武振华，马柳勤系统设计与实现铁路计算机应用，杭阿芳电源的改进研究与设计科技资讯，邱进，陈轩恕，刘飞基于的电压型逆变器辅助开关电源的设计电工技术，徐志跃基于的变频器设计电气传动，祁润田智能网络电源监测技术的研究电源技术，欧阳名三，余世杰，沈玉梁具有最大功率点跟踪功能的户用光伏充电系统的研究农业工程学报张彩霞，张志飞在自动控制系统中的应用实验室科学洪乃刚电力电子和电力拖动控制系统的仿真北京机械工业出版社本科毕业论文光伏发电并网逆变控器制系统的设计题目光伏发电并网逆变控制器系统的设计学生姓名学号系别专业电气工程及其自动化届别指导教师职称摘要第章绪论光伏发电并网逆变器的研究背景及现状光伏发电并网逆变器研究的目的第二章光伏发电并网逆变控制系统的理论分析太阳能发电并网系统总拓扑图逆变器的电路原理逆变器的电路原理逆变器的逆变传统技术逆变器的控制技术并网逆变电路结构系统的总体方案前级电路的工作原理主电路参数的选取光伏系统最大功率跟踪的方法逆变器驱动电路第三章硬件电路第四章系统软件设计基于的系统软件设计系统的主程序流程图逆变控制程序设计中断和键盘子程序设计参考文献摘要世界环境的日益恶化和传统能源的日渐枯竭，促使了对新能源的开发和发展。

具有可持续发展的太阳能资源受到了各国的重视，各国相继出台的新能源法对太阳能发展起到推波助澜的作用。

其中，光伏并网发电具有深远的理论价值和现实意义，仅在过去五年，光伏并网电站安装总量已达到数千兆瓦。

而连接光伏阵列和电网的光伏并网逆变器便是整个光伏并网发电系统的关键。

本文根据逆变器结构以及光伏发电阵列特点，提出了基于和两级并网逆变器的结构。

基于和电路的相对性，分别对和进行了分析，重点分析了的工作原理。

并网逆变控制器设计是本文的重点，包括逆变器驱动电路的设计逆变器驱动电路的软件编程以及并网过程中直流侧欠电压直流侧过电压交流侧电流等硬件电路的设计。

另外对主电路中各元件参数的选取系统最大功率跟踪方法做了详细的分析。

为类似结构的光伏并网逆变器提供了设计参考。

关键词太阳能光伏并网逆变器最大功率点跟踪第章绪论光伏发电并网逆变器的研究背景及现状太阳能的转换利用方式有光热转换光电转换和光化学转换三种形式。

光伏发电是将太阳的光能转换为电能的种发电形式。

利用光生伏打效应制成的太阳能电池，可将太阳的光能直接转转换成为电能。

表为光伏发电历史现状。

国外并网型逆变器已经是种比较成熟的市场产品，例如在欧