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1、摘要模拟太阳能电源并网电路与控制部分硬件设计摘 要 太阳能作为一种高效无污染的新能源，一种未来世纪常规能源的替代品。目前，太阳能并网发电是太阳能光伏的重要应用之一，其系统包括光伏电池、变换器、蓄电池、控制器四大部分。该设计从实验的角度，对光伏并网发电系统进行模拟，主要由DCAC变换电路、控制电路、驱动保护电路、采样电路、工频变换电路等五部分组成。基本思路是在单片机C8051F020控制作用下采用正弦波脉宽调制技术（SPWM）对系统进行控制，主电路采用MOSFET为主要元器件的单相桥式逆变电路，经滤波电路滤波后变压进行输出。基于此，本设计采用单片机本身的PCA模块，定时器模块，完成相应的控制功能
2、，使光伏发电频率紧跟模拟电网频率，同时实现光伏最大功率跟踪，系统具有欠压保护、过流保护以及频率和相位跟踪等功能，并在欠压、过流故障排除或能自动恢复正常状态。该系统性能相对稳定，能够满足本次设计的需要。关键词：光伏并网 DCAC逆变电路 SPWM 最大功率点跟踪IAbstractThe Hardware Design Of Solar Power Combined To The Grid And ControledAbstractSolar energy as the one kind of efficient pollution-free new energy, a future centur
3、y of conventional energy sources substitutes. At present, the solar energy grid generation is one of the important application of solar photovoltaic battery, the system includes, converter, batteries, controller four most. This design, from the point of view of experiment of photovoltaic (pv) grid p
4、ower system is simulated by DC-AC conversion - main circuit, controlling circuit, drive protection circuit, sampling circuit, industrial frequency transform circuit composed to five parts. The basic idea is C8051F020 SCM control action in the sine pulse-width modulation technology (SPWM) the system
5、is controlled, main circuit adopts MOSFET as the main components of single-phase bridge type inverter circuits, the filter circuit for output variable pressure filtered. Based on this, this design USES the microcontroller itself, timer modules of PCA module, completing the corresponding control func
6、tion, make photovoltaic power frequency follows grid frequency, but also achieve simulated photovoltaic maximum power tracking, system has low voltage protection, over-current protection and frequency and phase tracking, etc., and in less pressure, flow troubleshooting or can automatically resume no
7、rmal state. This system performance relative stability, can satisfy the need of this design. Keywords: photovoltaic (pv) grid DC - AC inverter circuits SPWM maximum power point trackingII目录目录 摘 要IAbstractII1 绪论11.1前言11.2课题研究的意义11.3国内外研究现状21.3.1光伏发电系统分类21.3.2光伏并网发电系统研究现状31.3.3最大功率点跟踪研究现状41.3.4 EDA技术6
8、1.4课题的主要研究内容71.5课题研究的重难点71.5.1课题研究的重点71.5.2 课题研究的难点71.6论文的结构安排82 设计方案进行论证92.1设计思路92.2 DC-AC 变换器92.3控制方法及实现方案102.4最大功率点的跟踪113 芯片介绍123.1主控芯片C8051F020123.2 驱动芯片IR2110154 系统硬件原理设计184.1最大功率追踪电路184.2 DC-DC升压电路184.3频率相位跟踪电路194.4 DCAC变换电路204.5驱动电路214.6 滤波模块的设计214.7欠电压保护和过电流保护的设计224.8控制回路电源的设计234.8.1 AS1117介
9、绍234.8.2硬件原理图244.9键盘输入电路255 结论26参考文献27致 谢28毕业设计（论文）知识产权声明29毕业设计（论文）独创性声明30III绪论1 绪论1.1前言21世纪，人类将面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战。在有限资源和保护环境的双重制约下能源问题将更加突出，这主要体现在：能源短缺；环境污染；温室效应。因此，人类在解决能源问题，实现可持续发展时，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源。太阳能具有储量大、普遍存在、利用经济、清洁环保等优点，因此太阳能的利用越来越受到人们的广泛重视，成为理想的替代能源。文中阐述将太阳能电池板产生的直流电直接转换为220V/50H
10、z的工频正弦交流电输出至电网。 1.2课题研究的意义当今世界，传统化石能源正走向枯竭，且环境污染问题也日益严重，新能源和可再生能源的利用已经成为世界各国未来能源战略的重要组成部分。开发利用新能源和可再生能源，增加能源供给，促进节能降耗，保障能源安全，减少温室气体排放，发展低碳经济是实现经济和社会可持续发展的需要。太阳能作为新型环保能源，具有地域分布广阔、资源丰富、清洁无污染等特点，成为解决电能匮乏的新途径。太阳能作为一种巨量的可再生资源，每年到达地球表面的辐射能量相当于数亿万桶石油燃烧的能量。根据欧洲、日本等能源机构预测，2020年，光伏发电将占到全球发电量的1%，2040年将占到全球发电量的
11、21%，2050年，太阳能将成为全球主要替代能源之一。我国有十分丰富的太阳能资源。据估算，陆地表面每年接收的太阳辐射能约为51022焦耳，约相当于17000亿吨标准煤。太阳能发电技术的开发和利用主要是光伏发电，其用户分布在工业和商业利用、边远地区供电和城市照明电源等。2005年我国光伏发电装机容量达到7万千瓦以上，主要为边远地区的居民供电。其中边远地区居民供电站50%以上，每年的增长速度在20%以上。除了在边远无电地区得到应用外，十五期间也开展了并网屋顶光伏发电的示范，取得了一定的技术和工程经验。光伏发电在工业和商业利用领域也有稳定的市场，城市照明灯具的年生产量超过了10兆瓦，占世界市场的70
12、%。12005年我国光伏电池的制造能力已超过10万千瓦，生产企业有10多家，近两年，国际市场，尤其是在德国和日本极为优惠的经济政策的激励下，光伏市场需求强劲，我国的光伏产品也大量出口，刺激了国内产业建设的热潮，目前还有几条万千瓦级的组件生产线正在建设之中。与其他发电方式相比，目前的光伏发电的成本还是很高，因此，考虑到经济成本和支持我国光伏产业持续发展的需要，我国的光伏发电应采取稳步发展的原则和策略。十一五期间，我国的光伏发电系统的应用一方面以采用用户发电系统和建设小型光伏电站为主，来解决偏远地区无电村和无电户的供电问题，建设了光伏发电20万千瓦，为200万户偏远地区农牧民提供了最基本的生活用电
13、。另一方面，借鉴发达国家发展屋顶系统的经验，在经济较发达、城市现代化水平较高的大中城市，在公益性建筑物和其他建筑物以及在道路、公园、车站等公共设施照明中推广使用光伏电源，到2010年已经建设总容量5万千瓦的屋顶光伏发电项目。此外，还将开展大型并网光伏系统的示范，为在光伏成本下降到一定水平时开展大型并网光伏系统的大规模应用作准备。十一五末期，光伏系统的这三个方面的应用总量达到约40万千瓦。2010年是中国太阳能光伏发电产业处在结构调整、产业升级阶段；也是中国太阳能光伏发电产业步入“十二五”规划承上启下的关键一年。2010年，中国光伏电池产量达到8000兆瓦，约占全球总产量一半，居世界首位;光伏发
14、电市场装机量预计达380兆瓦，占全球总装机的3%。 “十二五”是我国能源发展的关键时期，在我国战略性新兴产业政策的激励下，我国光伏市场前景广阔。在一系列国家政策的支持和引导下，我国光伏市场将迎来新一轮增长期。综上所述，我国光伏并网发电取得了一定的成绩，主要体现在光伏产品生产方面。但总体来看，尚处于起步阶段，还出来光伏发电成本高、发电不连续的特点，与世界发达国家的利用规模和技术水平相比，还有很大的差距。因此，国内对光伏发电技术和设备制造的研发对提高我国光伏发电水平具有重要意义。1.3国内外研究现状1.3.1光伏发电系统分类1. 独立发电系统 光伏独立发电系统主要解决偏远的无电地区和特殊领域的供电
15、问题，且以用户及村庄用的中小系统居多。随着电力电子及控制技术的发展，光伏独立发电系统从早期单一的直流供电输出发展到现在的交、直流并存输出。光伏独立发电系统由光伏电池阵列、充电控制器、蓄电池组、正弦波逆变器等组成，其工作原理为：光伏电池将接收到得太阳辐射能量直接转换成电能供给直流负载或通过正弦波逆变器变换为交流电供给交流负载，并将多余能量经过充电控制器后以化学能形式存储在蓄电池中，在日照不足时，存储在蓄电池中的能量经变换后供给负载。2. 并网发电系统 光伏并网发电系统可分为两种，一种为不含蓄电池储能环节的“不可调度式光伏并网发电系统”，另一种为含蓄电池组的“可调度式光伏并网发电系统”。不可调度式光伏并网发电系统中，当电网正常时，并网逆变器将光伏电池产生的直流电能直接转化成与电网电压同步的交流电馈入电网，当主电网断电或无光照时，系统自动停止向电网馈电。可调度式光伏并网发电系统一般由充电控制器和并网逆变器构成，在有光照的情况下，充电控制器将光伏电池采集的电能存储在蓄电池中；无光照时，充电控制器停止工作，同时并网逆变器根据需要，决定是否将存储在蓄电池组中的电能馈入电网。可调度式并网系统在功能上虽然优于不可调度式并网系统，但是由于增加了蓄电池储能环节，带来了若干严重的缺点：蓄电池组有寿命问题、价格较贵、体积笨重。正是由于上述缺点的存在，使得可调度式
