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1、编号： 毕业设计说明书题 目： 并网发电模拟装置设计 学 院： 机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 学生姓名： 李 永 贵 学 号： 0600120316 指导教师： 郭 福 力 职 称： 工 程 师 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2010年5月25日摘 要随着石化资源是日益枯竭和环境的持续恶化，人们把目光投向了可再生绿色能源。相对于风能、潮汐能、生物能、地热能等可再生绿色能源光伏发电具有独特的优势。其可以作为独立电源供电，也可以并网发电，具有很高的灵活性。从光伏产业背景调查可知，我国是世界最大的光伏电池生产国已占全球总产量的三分之一。而我国2009年
2、的太阳能电池的安装量只有160MWp，仅占全国当年产量的4%，仅占全球当年安装量的2.4%。截止到2009年底，我国光伏发电累计装机容量也只有300MW。说明我国光伏发电还处于初始阶段，光伏并网发电技术研究开发极具意义和经济价值。本文同时也介绍了光伏并网发电的发展现状、关键技术和研究热点。讨论研究了功率变换电路的拓扑形式，并且根据实际情况，本文选择了带变压器的采用单级隔离式结构。对于控制技术的研究是本文的重点。通过对相位跟踪方法的研究，最终采用软件锁相环技术来进行并网相位跟踪控制；采用等面积算法实现SPWM控制；分析了多种最大功率点跟踪（MPPT）方法，着重分析了扰动观察法的算法；同时,并应用
3、数字采样实现逆变器欠压、过流保护。最后，根据以上的研究工作，设计制作了基于AVR 单片机控制的光伏发并网电样机以验证上述理论的正确性，为进一步研究打下基础。关键字： SPWM控制；逆变电路；MPPT控制；锁相环；光伏发电AbstractWith the increasing depletion of fossil resources and the environment continued to deteriorate, it sights on renewable green energy. Compared with tidal energy, biomass, geothermal a
4、nd other renewable energy photovoltaic Green has unique advantages. It can be used as an independent power supply and power generation can have high flexibility.Background checks from the PV industry ,it can see that, China is the worlds largest producer of photovoltaic cells accounted for one third
5、 of global production, while China to install solar cells is only 160MWp, only 4% of the national output of the year, only the worlds current installed capacity of 2.4% in 2009. As of the end of 2009, Chinas total installed capacity of photovoltaic power generation is only 300MW. Shows that China is
6、 still in the initial stages of photovoltaic power generation, photovoltaic power generation technology research and development of great significance and economic value. This peper is reviewed the development history of grid conneted photovoltaic power generation,the key technologies and the resear
7、chful focuses of grid connected photovoltaic generator.Then the topologiesof grid-connected inverter are studied,and the topology of single-stage withtransformer is chosen,based on the factual circs.The key point of this paper is the research on the control technology.Based on the study of the phase
8、 tracking method,the Soft-PLL technology is carry on thegrid-connect control;and the inverter SPWM control is based on equal-area algorithm;several methods of MPPT(Maximum Power Point Tracking) is analyzed,the desirably observe method is researched and adopted to solve MPPT; Its very important part
9、that the techniques of maximum power point tracking andislanding protecting,but also the technique for inverter to connected with grid are discussed at emphasis.The undervoltage and over-current protectiont of inerter is based on the application of digital sampling.Finally,a sample grid-connected ph
10、otovoltaic generator is designed,which is controlled by Atmage16.The experimental result proves the feasibility andreliability of the system,and lay the foundation for further study.Keywords: SPWM control; inverter circuit; MPPT control; PLL; PV目 录引 言11绪 论21.1课题的背景及意义21.2光伏发电并网技术31.2.1 光伏电池的模型31.2.2
11、 光伏发电并网功率变换技术31.2.3 光伏发电并网控制技术51.3本文的主要任务62方案设计72.1本次设计的具体要求72.2方案的提出72.3方案控制策略93硬件设计103.1主控芯片介绍103.2逆变主电路的设计143.2.1 电压型逆变电路143.2.2 电流型逆变电路153.2.3 主逆变电路设计分析173.3SPWM发生电路183.3.1 SPWM调制方式183.3.2 关于SPWM的开关频率203.3.3 SPWM发生电路203.4SPWM驱动电路203.5过零检测电路223.6AD采样电路234软件设计254.1主程序254.2锁相环控制算法的实现264.2.1 锁相环控制原理
12、264.2.2 锁相环的实现284.3MPPT控制实现294.3.1 MPPT跟踪方法294.3.2 扰动观察算法法的实现334.4SPWM的算法实现344.4.1 SPWM算法344.4.2 SPWM等面积法算法的实现364.5AD采样及过流、过压保护375系统制作及调试395.1硬件调试395.2软件调试396结论41谢 辞42参考文献：43附 录44附录A44附录B45附录C46 第 1 页 共 50 页引 言低压直流并网发电技术是针对光伏并网发电而进行研究的的技术。相对于其他能源而言太阳能是取之不尽用之不竭的清洁能源，是代替化石能源的理想选择。以前由于技术和成本的原因，光伏并网发电并没
13、有的大规模的应用。随着国家加大对光伏产业的扶持力度，光伏产业得到了飞速发展，使光伏发电的成本进一步的降低，达到了可规模应用的范围（如上海崇明前卫村太阳能光伏电站）。但是，现在国内光伏电站的并网逆变器绝大多数从德国采购，而其产品价格高于德国企业在本国的售价。因此，研究低压直流并网发电技术仍然非常必要。如果结合飞速发展的单片机技术，可以研究出低成本的光伏并网发电控制器，适合小容量的光伏发电厂的应用。同时，对独立光伏发电也是适用的。这样就可以可以灵活应用再各种场合。1 绪 论1.1 课题的背景及意义随着经济的发展和社会的进步，人类对能源的需求越来越大，面临着严峻的的能源危机和环境危机。目前所利用的的
14、能源主要是化石能源，而石油、煤炭等化石资源是重要的不可再生的化工原料，不该作为燃料耗尽；另外，正由于化石燃料的利用，释放了大量的SO2和CO2，SO2会引起酸雨，影响农作物，侵蚀建筑物；大量的CO2加剧了全球的温室效应，使得全球温度升高，破坏生态系统，恶化人类生活环境。为此，我国在哥本哈根世界气候大会提出了到2010 年实现单位国内生产总值能源消耗比2005年降低20%左右、到2010年努力实现森林覆盖率达到20%、2020年可再生能源在能源结构中的比例争取达到16%等一系列目标。可再生能源有，比如太阳能、风能、燃料电池、潮汐能、生物能、地热能等等。相对于其他可再生能源能源，太阳能在发电利用方面除了具一些独特的优势：(1) 机动灵活：发电系统可以按能量需要决定模块大小，扩容方便；(2) 通用性：发出的电能并入市电，通过市电网络传输，利用；(3) 可存储性：太阳能系统可以加入蓄电池储存电能；(4) 分布式电源：不但大幅节省远程输变电设备的费用以及线路损耗，而且可以提高整个电力系统的安全可靠性，尤其在抵御自然灾害和战备时；(5) 光伏建筑集成：节约土地占用以及投入成本，这是太阳能发电最独特的地方，也是目前研究的热点方向。光伏发电的成本在逐年下降。据统计，2006年全球光伏发
