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1、第一章绪论-1-1.1太阳能及其光伏产业-1-1.2太阳能光伏发电的发展史-1-1.3光伏发电并网逆变器研究的目的-2-1.4光伏发电并网逆变器研究的意义-3-第二章 光伏发电并网逆变控制器系统的理论分析-4-2.2逆变器的电路原理-4-2.2.1逆变器的电路原理-4-2.2.2逆变器的逆变传统技术-5-2.2.3逆变器的SPWM控制技术-7-2.3并网逆变-7-2.3.1电路结构-7-2.3.2系统的总体方案-7-2.3.3前级电路的工作原理-8-2.3.4主电路中参数的选取-9-2.3.5光伏系统最大功率跟踪的方法-10-2.3.6逆变器驱动电路 -11-第三章 硬件电路的设计 -12-3
2、.1直流侧欠电压检测电路-12-3.2直流侧过电压检测电路 -12-3.2直流侧过电压检测电路 -13-第四章系统软件设计 -14-4.1软件设计的目的-14-4.2基于AT89C51的系统软件设计 -14-4.3系统的主程序流程图 -14-4.4市电检测和光伏发电系统投切程序设计-15-4.5逆变电路控制程序设计-16-4.6中断与键盘子程序的设计-17-结论-19-参考文献-20-致谢-21-附录-22-光伏并网发电逆变控制器的设计摘 要恶化的环境和世界传统能源的枯竭，促进了新能源的研究和发展。太阳能资源具有可 持续发展的特点受到了很多国家的重视，为了发挥太阳能的作用，刺激太阳能产业的发展
3、， 许多国家出台了新能源法。其中，太阳能发电有深刻的理论意义和现实意义，仅在过去五 年，数千兆瓦的太阳能并网电站得以安装。光伏并网逆变器、光伏阵列和太阳能电池是整 个光伏并网发电系统的核心。本文根据光伏发电阵列和逆变器结构特点，提出了依赖于DC-DC与DC-AC两级并网逆 变器结构。由于DC-DC和DC-AC电路的相互具有独立的特性，分别分析了 DC-DC和DC-AC， 其中，重点分析的是DC-AC的工作原理。本文的重点是对并网逆变控制器进行设计，包括 有逆变器的驱动电路设计、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。此外，该设计对主电路元
4、件的参数的选择、 系统的最大功率跟踪方法进行了详细的分析。关键词 光伏并网；逆变器；太阳能；最大功率点跟踪PV grid power inverter controller designAbstractDeteriorating world environment and traditional energy depletion, prompted the development of new energy and development.Sustainable development of solar energy resources by the national attention, c
5、ountries have introduced new energy law play a role in fueling the development of solar energy.Among them, grid-connected PV has profound theoretical and practical significance, in the past five years alone, the photovoltaic power station installed total has reached thousands of MW. Connected PV arr
6、ay and grid photovoltaic grid-connected inverter is the key to the entire grid-connected PV system.Based on the inverter structure and array of photovoltaic power generation characteristics, based on the structure of the DC-DC and DC-AC two grid inverter.Based on the relative independence of the DC-
7、DC and DC-AC circuits, respectively, on the DC-DC and DC-AC analysis, the focus of the working principle of the DC-AC.The grid inverter controller design is the focus of this article, DC inverter driver circuit design, software programming of the inverter driver circuit and grid side under voltage D
8、C side voltage AC side current hardware circuit design.The selection of the main circuit component parameters, the systems maximum power point tracking method to do a detailed analysis.Keyword Photovoltaic grid； Inverter； Solar； Maximum Power Point Tracking插图清单图2-1系统总拓扑图4 -图2-2 单相桥式逆变电路5 -图2-3 电压型三相
9、桥式逆变电路5 -图2-4 U 、 U 、U的波形- 6 -图2-5 UN和U：的波形图6 -图2-6波形不同冲量相同的窄脉冲7 -图2-7冲量相同的各种窄脉冲的响应波形7 -图2-8 Boost电路的工作原理图- 8 -图2-9扰动观测法的流程图11 -图3-1 直流侧欠电压检测电路12 -图3-2 直流侧过电压检测电路13 -图3-3 交流侧过电流检测电路13 -图4-1主程序流程图15 -图4-2市电检测和供电切换软件流程图16 -图4-3 PWM脉冲生成程序流程图17 -图4-4中断程序流程图- 18 -图4-5键盘子程序流程图18 -表格清单表1-1光伏发电的历史光伏并网发电逆变控制
10、器的设计第一章 绪论1.1太阳能及其光伏产业太阳能的能量是来自于太阳内部连续不断的核聚变。在地球表面上太阳光的辐射强度 为1367km/。我们生活的这个地球的赤道周长为40000km，所以我们大概可以计算出，地 球可以获得173000TW的能量。人类维持生存需要这些能量。太阳这个能源是久远的、巨 大的、无穷无尽的。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能以及部分潮汐能都来源于 太阳；即使在地球上存在的化石原料，从本质上来说也是由远古时候的能量转化而来的， 所以从广义来说，太阳能的定义范围比较广，太阳能从狭义的定义来说是指太阳辐射的光 热、光电跟光化学之间的转换。太阳能的一种重要利用形式就是太阳能
11、光伏发电，我们利用太阳电池把能量从光能变 为电能，伴随着现代科技的进步，光伏发电在我国以致于全世界内有很大的发展前途。太 阳能电池工作的原理是利用半导体具有的光伏效应，就是在太阳光的照射下会产生光电压 的现象。1954年美国的贝尔实验室首先发明出了以PN结为基本结构具有使用价值的晶体 硅太阳电池，从此以后太用电池在太空领域技术中就得到了应用，现在在地面也逐渐得到 推广应用。同核能、风能、化石能源等发电技术相比，光伏发电具有其自身的优势，可归纳为如 下几点：1）先进性的发电原理：直接由光子转化为电子，中间没有其他过程和机械运动，具 有简洁的发电形式。2）太阳能资源的无限性和分布特性：太阳能取之不
12、尽、用之不竭，可以再生和洁净 环保；太阳光无处不在，不需运输，最最重要的是没有任何国家能过将其垄断和控制。3）太阳能没有资源短缺跟耗尽问题：用到的主要的硅材料储存丰富，在地壳上出了 氧元素之外的第二多的元素，多达26%。4）光伏发电同大自然的关系：无燃烧的过程，无温室气体、废气和废水的放出，环 境友好，可以称作真正的绿色发电。5）使用性能和寿命的问题：已经经过应用和实践了十几年：光伏发电有比较稳定的 性能，还有较长的使用寿命。6）维护和管理问题：可实现无人化且维护成本低。1.2太阳能光伏发电的发展史太阳光伏发电的发展史如表（1-1）所示。它的历史还要从1800年前说起，伯克莱氏 发现对某种半导
13、体在阳光的照射下，会改变其伏安特性。最后光伏效应被发现，并用这种 半导体做成了太阳能电池。其后在此方面又有更突出的发现。1.3光伏发电并网逆变器研究的目的目前我国的经济发展正处在繁荣时期，但是能源问题却是很严峻，在大多数城市中， 由于现在的工厂燃烧大量的化石能源，环境恶化的趋势十分明显。由世界卫生组织（WHO）表1-1光伏发电的历史年份成就1800光伏效应的发现1876研究硒的光伏效应1904对铜和氧化铜光敏感性的研究1940研究PN结的理论1954发明了单晶硅太阳能电池1955发明CdS太阳能电池1956发明GaAs太阳能电池1958太阳能电池应用在先驱者1号通信卫星上1972美国制定新能源
14、开发计划1974日本制定太阳能发电发展的“阳光计划”1976发明了非晶硅太阳能电池1984美国建成了 7MW太阳能发电站1985日本建成了 1MW太阳能发电站1991制定再生新能源发电与公共电力网并网法规（德国）1992制定逆潮流供电与公共网并网法规（日本）1994住宅用太阳光发电系统技术规程（日本）2003RPS法（新能源法案）（日本）2000年公布，在世界上污染最严重的十个城市之中，中国占了八个，而且北京位居第七位。 因此发展光伏并网发电会有助于提早解决这一问题。我国相关部门开始重视起来，国家科技部首先规划出有步骤的推进有关的科技创新研究、示范和产业化进程。在“八五”与“九 五”期间，“光
15、伏屋顶并网发电系统”已经被“国家科技公关计划”所列入，若干光伏屋 顶并网发电系统示范工程分别建成在深圳和北京。现在我国仍然需要进口光伏并网发电的 关键技术和设备，然而，为了面对巨大的国内需求，实现具有自我知识产权的高科技的发 展相当关键，这是一个亟待解决的问题。具体的目的在光伏并网发电系统中表现在：（1） 为了实现提高转换电能的质量，将太阳能光电转换组件阵列输出的直流电变化成为220V， 频率为50Hz的单相正弦波，使电流与电压要有比较小的畸变率；（2）可以使系统变得更 安全，如输入接反保护、输出短路保护、输出过载保护、直流过压保护、欠压保护、交流 过压、“孤岛”保护。1.4光伏发电并网逆变器
16、研究的意义对光伏并网发电系统的研究与探索是非常有意义的，不仅在技术上可以更上一个台 阶，在工程上取得经验，而且另外还能确定它在经济方面是可行的。光伏发电要是想进军 到建筑市场和电力市场，那就必须发展并网光伏发电，光伏发电应用的规模只有达到了电 力的规模，才能对能源的紧张和环境污染的抑制起到理想的作用。要想研究光伏并网发电 系统，其重点应该落在并网发电的经济政策研究和具有商业化前景的实用技术和工业部件 上。大力推广光伏并网发电不仅减少环境的污染和节约了能源，对壮大光伏工业还有一定 的促进作用，可以实现能源的可持续发展，同时也创造了很多就业的岗位。要想将并网光伏发电实现，关键的技术就是设计并网光伏
17、逆变器。目前，独立光伏电 站使用的逆变器应用比较广，技术也相对成熟。但是比较落后的技术出现在并网逆变器这 里，要想从国外进口并网逆变器，它的价格却很高昂，所以在国内推广不是很现实。为了 能够自主研发生产，国内有相关的企业和部分高校开始开展合作，共同研究光伏发电技术， 但是还没有产业化的实现，几乎都是示范系统。为更好将网光伏发电系统大众化，自主研 发并网逆变器就具有丰富的现实意义。第二章光伏发电并网逆变控制器系统的理论分析2.1太阳能发电并网系统总拓扑图IPMVL光伏阵列网侧电压Z 电流检测电网电压同步检测图2-1系统总拓扑图从上面的这个总拓扑图（2-1）中我们可以简单得到，光伏列阵产生的直流电
18、压首先 会经过boost变换器，会对光照下系统的最大功率点进行追踪，再利用逆变器把直流电转 变成为交流电，利用单片机控制，进行电压的检测和负载的过电流检测。最后是利用辅助 电源，把产生的电脑并到电网中去。2.2逆变器的电路原理2.2.1逆变器的电路原理下图2-2所示的为单相桥式逆变电路最基本的工作原理，我们只有先弄懂了这个原理， 才可能顺利设计出并网逆变器。图中S1S4是桥式电路的四个臂，他们由电子电子器件和 辅助电路组成。S1S4为开关管。当开关S1和S4闭合，S2和S3断开时，负载电压U0 为正值；当开关S2和S3闭合，S1和S4断开时，U0为负值。这样，就把直流电转变成了 交流电，改变两
19、组开关切换频率，即可改变输出的交流电的频率。图2-2单相桥式逆变电路2.2.2逆变器的逆变传统技术三相逆变电路可以由三个单向逆变电路组合而成。在三相电路中，三相桥式逆变电路 的应用最为广泛。开关器件采用的是IGBT的三相电压型桥式逆变电路如图2-3所示，可 以看成由三个半桥逆变电路组成。电路的直流侧通常只用一个电容器就可以了，但为了分析方便，画作串联的两个电容 器并标出假象的中点N。和单相半桥电路和全桥逆变电路相同，三相电压型逆变电路多数 采用的工作方式如下：逆变电路基本导电方式也是180度的方式，即是每个桥臂导电的角 度为180度，同一相（即同一半桥）上下两个臂交替导通，各相开始导电的角度依
20、次相 差120度，这样在每一个瞬间，将会有三个桥臂同时导通。可能是上面的一个臂下面的两 个臂，也许是上面的两个臂和下面的一个臂。对于U相的输出来说，当桥臂1导通时，UuN, = Ud/2，当桥臂4导通时,Uun =-UJ2。 因此，U，的波形是幅值为U /2的矩形波。V箫、W*目的情形和U相类似，他命的就形形 状相同，U只是每个相位之间相差120度。U 、U 、U 的波形如下图2-4所示图2-3电压型三相桥式逆变电路图2-4 U 、U 、U 的波形假设负载中性点N与直流电源假想中性苫V之间的电压是Unn,，则各相负载相电压 可由下列式子求出：U UN U UN U NNX=(2-1)WN WN
21、 NN将上面的公式整理得：UnN, T/ 3、+ Uvn + UwN)-1 3、+ Uvn + UWN)设负载为三相对称的，即有U + U + U = 0，则：K 顼3(Uu： + U1 Uwn)(2-2)下图给出了 UN的波形，它也是矩形波，但是它的频率为UUN频率的三倍。利用式(2-1) 和式(2-2)可以绘画出Uun、Uwn的波形，Uvn、Uwn和Uun的波形形状是一样，仅是相位 相差 120。UN WNWN UNu UN图2-5 Unn，和Uun，的波形图2.2.3逆变器的SPWM控制技术在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的 环节上时，其效果基本相
22、同。这个原理叫做面积等效原理，这也是PWM控制技术的重要理 论基础。例如图26所示,有三个窄脉冲，它们形状不同，(a)图为矩形脉冲，(b)图为三 角形脉冲，(c)图为正弦半波脉冲，但是它们的面积都等于1。当它们作为输入分别加在可 以将其看成惯性环节的R-L电路上时，设电路的输出记作电流i(t)，图27(b)给出了输 入为不同的窄脉冲时，输出i(t)响应波形。从图中波形可以知道，在i(t )处于上升阶段， 脉冲的形状不同，i(t)也会有所不同，但是其下降段的波形几乎完全相同。越窄的脉冲， 其输出响应i(t)的波形差异也就会越小。如果上述脉冲的施加是周期性的，则输出响应 i(t)波形也会呈现周期性
23、的变化。用傅立叶级数分解之后将看出，在低频段各i(t)的特性 是非常接近的，仅是在高频段是不同的。(a)矩形脉冲(b )三角形脉冲(c )正弦半波脉冲(b )单位脉冲函数图2-6波形不同冲量相同的窄脉冲图2-7冲量相同的各种窄脉冲的响应波形2.3并网逆变2.3.1电路结构上图2-1显示出了并网逆变器的结构，该电路的结构包括：工频逆变器、高频逆变器、 工频变压器、输入滤波器和输出滤波器。2.3.2系统的总体方案光伏并网逆变器的控制策略是光伏系统并网控制的关键。通过对方案的研究和对比论DC-DC变换器通过DClink相连接后级的、不可或缺的DC-AC逆变器。在这里，对于前级和 后级变换器的控制策略
24、可以独立的进行研究。就一般而言，拥有两级变换的并网逆变系统 中，前级的DC-DC变换器的主要作用是实现最大功率点的跟踪控制，在此方案中考虑到输 入电压是比较低的，如果采用了半桥电路，会使得流过开关管的电流变大，得到的输出电 压会太低；若采用了全桥电路，则结构变得复杂，开关的功耗变大。综合上面的分析，此 系统采用结构比较简单，控制比较方便的Boost升压斩波电路。而后级DC-AC变换器控制 要求要实现两个：第一是要稳定前后级之间的直流侧电压；第二是要完成控制并网电流， 甚至要按照指令来调节电网的无功功率。由此可见，网侧逆变器是光伏发电的核心。采用 单相全桥逆变电路，其作用是将直流电变为交流电，实
25、现将电能并入电网DClink的作用 不仅是连接前后两级变换器，而且还可以实现功率的传递。系统主电路如图2-1所示： 2.3.3前级电路的工作原理前级为Boost电路，该电路是由电感、电容、开关管和二极管组成，其作用是将太阳 能电池输出的电压升高，Boost电路的原理图以及输出波形如下图2-8所示。图2-8 Boost电路的工作原理图在分析Boost电路工作原理时，假设在电路里，电感L的值很大、电容C的值同样也大， 当全控器件V通态时，电源E给电感L充电并且使电路中的电流恒定为I1，电容C同时向负载R 供电。因为电容C的值很大，输出电压。基本上保持为恒值U0。假设开关V导通的时间为y 此时电感L
26、上储存的能量是EIt。当开关V为断态时，电源日和电感L同时向电容C充电，并1 on且把能量传递给负载R。假设开关V断开时间为toff。在此过程中电感L放出能量为(0 -E)匕。当电路在稳态工作时，电感L在一个周期中积蓄与释放的能量相等，即01 碓EIt =(U E) It(2-3)1 on 01 of化简之后得(2-4)U = on + of = TE0 y y上式中，T/1 1，所以升压斩波电路输出的电压高于电源电压。在式(2-4)中厂/1定义为升压比，要使输出电压U0的值改变，就可以调节升压比的 大小。记。为升压比的御数，即6= t /T。P和占空比a的关系为则式(2-4)可改写为(2-5
27、)(2-6)升压斩波电路能够将输出电压升高的关键原因有两个：其一是因为电感L的储能使电 压具有泵升的作用，其二是电容C可以保持输出电压恒定。在上述的分析中，设定开关V 处于通态的期间，因为电容C的作用使输出电压U恒定，但是电容C的值不会是无穷大的， 在向负载放电的过程中，U肯定会下降，所以实际输出得电压略低于式(2-4)中所得的 结果。但是电容C的值有足够大时，误差是很小的，几乎可以是忽略不计的。2.3.4主电路中参数的选取(1) 滤波电感的选择在逆变器中有个器件很关键，那就是滤波电感。光伏发电并网系统最基本的就是要逆 变器输出波形为正弦波，要使它的功率因数接近1。所以电感的选取直接决定电路的
28、性能。 选择滤波电感，要尽量把调制波中的含有高次谐波分量滤掉，使输出电压的质量大幅提高。 滤波电感的同滤波电容的高频阻抗相比不能过低，就是滤波电感的感值不能太小。选取电 感，我们要考虑到电感的值会对输出纹波电流的值有直接的影响。在现实的设计中，会对 电感的成本、体积等因素有所考虑。很重要的一点是参考电感的下限值，取值要稍微大于 要求的下限值即可。(2) 滤波电容的选择滤波电容和滤波电感一起作用滤除输出电压里的高次谐波，已达到改变输出电压的波 形形状。但是从电路上看，在输出的电压不会变动的情形下，滤波电容的增大会增大滤波 电容的电流，从而增大了逆变器的无功能量，降低了效率，增加了损耗。所以滤波电
29、容不 应该选的太大。(3) 开关管的选取对逆变电路来说，选择主功率元件这一方面也是至关重要的，目前应用较多的功率开 关元件主要有绝缘栅极晶体管(IGBT)，功率场效应管(MOSFET)，达林顿功率晶体管(BJT) 和可关断晶闸管(GTO)等。若一个系统电压低、容量小，则用MOSFET较多，因为MOSFET具有较高的开关频率和较低的通态压降。若系统电压高、容量大，一般会采用IGBT 模块，因为MOSFET的特性是随着电压的上升，通态电阻也会增大，在中容量系统中IGBT 会占有比较大的优势。而GTO 一般存在于在特大容量(100kVA以上)系统中。针对上述电路 的特点，开关器件我们应该选用IGBT
30、。2.3.5光伏系统最大功率跟踪的方法在光伏发电系统中，除了光伏电池的内部特性影响光伏电池的利用率之外，还受使用 环境的影响，比如温度、负载、辐射度等因素影响。由于工作的外界环境不同，光伏电池 运行的最大功率点是不同的，但是每种情况下确是唯一的。因此，对于光伏发电系统来说， 我们应当探索光伏电池工作的最优状态，尽可能大的将光能转变为电能。利用控制方法实 现光伏电池的最大功率输出运行的技术被称为最大功率点跟踪技术。最大功率点的跟踪从 本质上讲是一个自寻优的过程，即对光伏阵列端电压进行控制，使得光伏阵列能够在不同 的温度和光照条件下智能的将最大功率输出。介绍下面几种典型的跟踪方法：(1) 定电压跟
31、踪法：在温度的变化不是很大且辐射度大于一定值时，光伏电池的输出 P-U曲线上的最大功率点几乎分布于一条垂直直线的两侧附近。因此，若能将光伏电池输 出电压控制在最大功率点附近上的某一定电压处，光伏电池将会获得近似的最大输出功 率，这种MPPT控制称为定电压跟踪法。定电压跟踪法的优点是拥有简单的控制策略、有 较高的稳定性且易于实现。缺点就是它没有考虑到太阳能电池结温会影响开路电压，所以 能量的损失会比较大，定电压跟踪法跟踪最大功率点的误差也会越大，这只是最大功率的 一种近似跟踪方法。(2) 扰动观测法：扰动观测法是实现MPPT最常见的自寻优类方法之一。其基本原理 是在正常工作下的光伏阵列，每隔一个
32、固定的时间，都会利用一个较小的步长，来将太阳 能电池输出的电压改变。方向即可以减少也可以增加，并对功率的变化方向进行检测，以 此确定寻优的方向。若输出的功率增大，那么会继续按照上述的方法以周期的方向继续进 行“干扰”，否则会改变扰动的方向。算法的流程图如下图2-9所示，其中I(k)、U(k)是 光伏列阵当前的输出电流，输出电压，P(k-1)是上一个周期采样值。由于系统始终存在着“扰动”，系统虽然在最大功率点旁边工作，但无法稳定下来， 只能振荡运行在其附近，而步长决定着振荡的幅值。如果扰动的步长过大，则振荡在最大 功率点附近就会比较大，就会损失较大的功率，但是跟踪的速度会比较快；相反如果取得 较
33、小的步长，虽然会减小功率的损失，但是同时也会降低跟踪的速度，系统的响应速度会 降低。当光照随时间变化不大时，用这种算法是很有效的；当光照强度突变时，跟踪算法 很有可能失效，得出错误的跟踪方向。优点：原理很简单，测量的参数较少，转换的效率较高，硬件的实现比较方便，所以 应用很广泛。缺点：步长对速度和控制精度影响会比较大，即步长同精度不可以兼顾；系统的工作点是 无法在最大功率点上稳定下来，将会导致部分功率损失；因为此种方法没有一套严谨的算 法，对外界变化的环境有较低的适应能力，所以只有在光强变化不大的环境中才得以运用； 复杂的控制算法，对控制系统的要求很高。图2-9扰动观测法的流程图2.3.6逆变
34、器驱动电路逆变器的驱动电路采用的是在AT89C51单片机控制下，SA4828芯片生成SPWM调制信 号，其中SA4828芯片是专用产生三相SPWM信号的。驱动电路作用主要是：当电压突然不 正常时，相位依次相差180，频率为50HZ的两路矩形电压脉冲依次产生，这两路脉冲分 别驱动两个IGBT。当电压出现不正常状态时，控制信号就会由AT89C51单片机迅速发出，SA4828芯片就 会在此时立即工作，IGBT的通断便是由它发出的六路脉冲控制进行控制的。此时会有导通 三个管子，同一桥臂上下的两个管子依次轮流导通180，根据PWM控制技术，逆变器将会 输出50HZ频率的交流电。第三章硬件电路的设计硬件电
35、路的设计主要介绍直流侧欠电压、过电压检测电路，交流侧的过电流检测电路。3.1直流侧欠电压检测电路图3-1直流侧欠电压检测电路直流侧欠电压检测电路如上图3-1所示，当太阳能电池板工作在正常状态时，输出的 电压大约为96V，由分压电阻R10和R11分压，此时比较器的U大约是2.4V，U近似为 1.8V，比较器的输出电压为12V，光耦合器气会导通，发光二极管Z由于承受了正向电压 会发光，输出P”为0；当太阳能电池板工作在欠压时，U会小于1.28V，比较器会输出0， 光耦合器U不会导通会使灯息灭，输出P为1。+3.2直流侧过电压检测电路直流侧过电压检测电路如下图（3-2）所示，将Boost电路里电容C
36、的两侧电压采集， 通过电阻输入到比较器的负端。直流侧的电压值大约是240V，分到2管脚上的电压大概是 2.5V，+5V的电压施加在%的电阻上，通过%, %分压，落在1管脚上大约3.0V，在设 计电路时使得U U，这样就使3管脚稳定在+12V05 Z承受了正压而发光，输出P为0。1211.0当直流侧的电压过高时，2管脚的电压也会相应的升到比3.0V还有高，此时比较器3 管脚输出为0V，D00会导通，导致发光二极管Z1关断从而不发光，输出为1。当直流侧的电压降至临界电压时，虽然2管脚的电压可下降到3.0V,1但是因为1管脚已从3.0V降低到了 2.5V，所以3管脚仍是0V,因此只有当直流侧的电压继
37、续降到某一定 值的时候，2管脚才降到低于2.5V，3管脚才能上升至12V。这时D00会截止，1管脚将会 上升至3.0V,从而准备进行下次的过电压检测。3.2直流侧过电压检测电路发光二极管z将会截止，A相3当电压比2管脚高时，3管脚这时A相输出低电平“0”。图3-3交流侧过电流检测电路如上图3-3是交流侧过电流检测电路。工作在正常的状态下，比较器的1管脚的电位 比2管脚电位低，3管脚的输出0V，光耦合器气不会导通， 输出高电平“1”；负载电流过大时，1管脚的电3位会上升，的输出为+12V，光耦合器气导通，使得发光二极管Z发光虽负载是三相的，但是由于对称性，我们只用对其中的两相电流进行检测，另一相
38、电 流就可以算出。为了增加单片机的管脚利用率，在检测电路内加上一个与门，检测到A和 C相的电流都工作正常时才输出P为1，要是存在任一相的负载过流，电路中的灯就会亮 且p5为0，输出的即为“0”。章系统软件设计4.1软件设计的目的要是在光伏发电系统中写入了有关计算机辅助设计，一方面大大缩短了设计系统所用 的时间，将系统设计的效率提高，另外一方面能保证写出的方案拥实用性较好，而且可以 最大程度的利用各种资源。4.2基于AT89C51的系统软件设计对整个控制系统来说，单片机可以当作这个系统的核心。在MCS-51系列中，各种型 号芯片基本上引脚都是互相兼容的。以HMOS为制作工艺的MCS-51单片机都
39、是采用的方式 为40只引脚的双列直插封装（DIP），目前以此类封装方式居多。制作工艺为CHMOS的 80C51/80C52除了运用DIP封装的方式之外，另外还采用了方形的封装方式，其引脚为44 只。按其功能的不同，我们可以将40只引脚进行三类的划分：（1）电源和时钟引脚：VCC，VSS； XTAL1、XTAL2。（2）控制引脚：PSEN、ALE、EA、RST.。（3）I/O 口引脚：P0、P1、P2、P3为4个8位的I/O 口的外部引脚。4.3系统的主程序流程图主程序流程图如下（4-1）图所示，下面对整个系统的流程图作简单的介绍：当主程 序开始之后，首先应进行初始化设置，初始化的设置应该要包括
40、单片机系统初始化和显示 器初始化，其次判断是否按下开机键，若按下，将显示子程序调用，用来显示当前的逆变 工作状态，若不正常，要使系统开始工作，就马上调用和发送PWM波子程序。最后检测判 断P1.5是否为1，这是来检测负载会不会过流，如果出现过流，必须停止发送PWM波使逆 变器停止工作，如果不会过流，那么程序再次返回至显示子程序循环执行下去。系统对电路的控制还可以使用键盘来实现，利用中断1产生中断信号来实现的；利用 中断0来产生过流中断检测输出是否过流，同时会播出报警信号，利用单片机来控制逆变 使整个系统安全工作。图4-1主程序流程图4.4市电检测和光伏发电系统投切程序设计开机之后第一步进行是检
41、测市电电网，利用单片机对电路控制，在市电发生断电或是 畸变的时候会停止光伏并网动作。若市电在正常供电，再检测太阳能电池的电压，判断电 池的电压值能否满足进行并网发电最低的要求，若满足，进行下一步操作，若不满足，中 止光伏并网发电动作。其流程图如下图（4-2）所示：图4-2市电检测和供电切换软件流程图4.5逆变电路控制程序设计本设计采用SA4828芯片产生6路PWM脉冲。流程如下图（4-3）所示。开始图4-3 PWM脉冲生成程序流程图4.6中断与键盘子程序的设计要是逆变器的输出发生了短路或者过载，那么对整个系统会有巨大的危害。单片机对 系统进行了过电流保护，保证系统运行的安全。单片机利用中断服务
42、子程序执行此保护， 产生了 INT0中断，执行了中断的子程序，产生了控制信号制止逆变，并利用声光产生报 警。单片机控制开关机是利用外接的独立式的键盘电路，利用手动控制进行开关的切换。单片机里的中断源INT0是利用外部检测信号和键盘输入信号进行连接，开机和关机的按 钮是用S1和S2表示的，S3表示的是报警信号复位的按钮，它们的实现方式均采用的是查 询中断方式。中断程序如下图（4-4）所示，键盘子程序如下图（4-5）所示。P1.2=1图4-4中断程序流程图图P2.2=14-5键盘子程序流程图每个部分所对应的程序设计详见附录部分。结论伴随着科技的发展与人口的增加，人们所需要利用的能源越来越多，这就会
43、导致能源 的危机。在这种前提下，寻找到一种可再生能源供我们使用是一个迫切的课题。而太阳能 拥有众多特点，如储存量丰富、洁净、环保等众多优点，使它走进了人们的视野，受到人 类的关注。研究光伏并网发电技术要包含很多内容，有逆变技术、最大功率点的跟踪技术、 孤岛效应等许多方面。而本设计的重点是光伏并网逆变器的设计，主要由下面两个方面：(1) 对光伏并网逆变器的控制策略以及工作原理进行相关的研究，分析其特点。设计出光 伏发电并网系统总拓扑图，要从逆变器的结构要简单、要有较好的稳定性等方面去考虑。(2) 在拥有比较成熟的理论基础下，首先设计出硬件电路。硬件电路包括直流侧欠电压、 过电压检测电路，交流侧过
44、电流检测电路。然后再进行相关的软件的设计。到目前为止，光伏发电可以说在全世界范围内都得到了应用和推广。光伏发电不仅是 电力电子技术的运用，而且还同控制理论紧密相连，使之成为当今的热门课题。在外国的 很多国家，光伏发电的研究做出了一定的规模，用作单级能量控制的并网逆变器已经实现 了产品的商业化。但是在光伏发电这个领域仍然存在着很多技术难题，特别是在最大功率 点的跟踪方面的技术还是有待发展的，尽量能够提高太阳能发电的效率。虽然在光伏发电的技术层次与制作工艺水平上，我国与国外先进水平还存在着不小的 差距。但我坚信在我国科技人员的不懈努力下，会很快的缩短技术上的问题，将高性能和 高质量的光伏并网逆变器
45、推向市场，实现自主产业化。参考文献1 王兆安，刘进军.电力电子技术（第五版）M.北京：机械工业出版社，2009.2 冯垛生，张淼，赵慧等.太阳能发电技术与应用M.北京：人民邮电出版社，2009.3 张亮UPS的原理与应用J.电气时代，2000： 11-20.4 张兴，曹仁贤.太阳能光伏并网发电及其逆变控制M.北京：机械工业出版社，2010.5 张毅刚，彭喜源，谭晓昀.MCS-51单片机应用设计M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版 社，1998.6 陈伯时.电力拖动自动控制系统M.北京：机械工业出版社，1992.7 邱进，陈轩恕，刘飞.基于IGBT的电压型逆变器辅助开关电源的设计J.电工技术， 200
46、8：24-33.8 林忠岳.现代电力电力应用技术M.北京：科学出版社，2007.9 Oscar Lopez, Remus Teodorescu, Francisco Freijedo. Eliminating ground current in a transformerless photovoltaic application C. Power Engineering Society General Meeting,2007:1-5.10 Roger A Messenger, Jerry Ventre. Photovoltaic Systems Engineering M. 2nd ed.G
47、RC Press LLC,2004.致谢我的这篇学位论文的完成离不开我的导师王老师的关心和帮助。她严肃的科学态度， 严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从一开始我选择什么样 的课题到我的这篇论文的完成，王老师从始到终都给我提出了宝贵的建议。在此，我要向 王老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。此外，我还要感谢09自动化的各位同学们，在作毕业论文期间，正是由于同学们的 支持和帮助，我才能成功的解决一个又一个的难题和困惑，直到本篇论文顺利的完成。在大学即将毕业之际，我激动的心情无法平静。本篇论文的完成，有许许多多同学和 朋友向我提供了帮助，在这里，要向你们传达我的谢意!最后，还要感谢给我无私关爱，培 养我成长含辛茹苦的父母，谢谢你们！1、整个控制程序如下:ORG 0000HSJMP MAINORG 0003HSJMP INT0ORG 0013HSJM
