摘
要 光伏发电是一种直接将太阳能辐射转换成为电能的新型发电技术。其系统包括光伏电池、变换器、蓄电池、控制器四大部分。本文从实验的角度，对光伏并网发电系统进行模拟。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PGA模块，定时器模块，完成相应的控制功能，使光伏发电频率紧跟模拟电网频率，绝对误差小于1%，同时实现光伏最大功率跟踪，在负载变化范围内DC-AC变换效率可达70%以上，该系统性能相对稳定，能够满足本次设计的需要。
关键词：C8051F020
SPWM
最大功率点跟踪
光伏并网发电
Abstract Photovoltaic power generation is a direct solar radiation is transformed into electricity will be the new power generation technology. The system includes pv batteries, converter, batteries, controller four most. This paper, from the point of view of experiment of photovoltaic (pv) grid power system simulation. The basic idea is C8051F020 SCM control action in the sinep ulse-width modulation technology (SPWM) the system 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 function, make photovoltaic power frequency follows simulation grid frequency, the absolute error less than 1%, but also achieve the most power tracing, in photovoltaic load changes range DC - AC conversion efficiency may reach 70% above, this system performance relative stability, can satisfy the need of this design
Keywords:
C8051F020
SPWM
The maximum power point tracking
Photovoltaic (pv) grid generation
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专业学习资料
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目
录 第一章 光伏并网系统国内外发展现状 ......................................................................................................... - 1 -
§1-1
国外光伏并网系统的发展和趋势 .............................................................................................................................. -
1
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§1-2
我国光伏并网发电的发展 ............................................................................................................................................ -
1
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第二章 与电网并网的光伏发电系统 ............................................................................................................. - 2 -
第三章 光伏并网发电模拟装置系统总体设计方案 ...................................................................................... - 4 -
§3-1
系统基本工作原理 .......................................................................................................................................................... -
4
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§3-2
系统总体设计框图 .......................................................................................................................................................... -
4
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第四章 系统的硬件设计 ................................................................................................................................ - 5 -
§4-1
单片机的方案选择 .......................................................................................................................................................... -
5
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§4-2
DC-AC 变换电路设计 .................................................................................................................................................... -
5
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§4-3
驱动电路方案设计 .......................................................................................................................................................... -
6
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§4-4
显示模块的方案选择 ..................................................................................................................................................... -
7
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§4-4
滤波模块的设计 .............................................................................................................................................................. -
7
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§4-5
欠电压保护和过电流保护电路 ................................................................................................................................... -
8
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第五章 理论分析与计算 ................................................................................................................................ - 8 -
§5-1
MPPT 的控制方法与参数计算 .................................................................................................................................... -
8
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§5-2
同频、同相的控制方法与参数计算 ......................................................................................................................... -
9
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§5-3
滤波参数计算 ................................................................................................................................................................... -
9
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第六章 软件设计 ......................................................................................................................................... - 10 -
§6-1
主控程序流程图 ........................................................................................................................................................... -
10
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§6-2
SPWM 波的实现 ........................................................................................................................................................ -
11
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§6-3
频率测量程序流程图 .................................................................................................................................................. -
12
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§6-4
欠电压过电流程序流程图 ......................................................................................................................................... -
12
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第七章 特殊器件介绍 .................................................................................................................................. - 13 -
§7-1
C8051F020 ..................................................................................................................................................................... -
14
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§7-2
集成电路 IR2113 .......................................................................................................................................................... -
16
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§7-3
运算放大器 LF356 ....................................................................................................................................................... -
17
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第八章 调试及性能分析 .............................................................................................................................. - 18 -
§8-1
测试仪器说明 ................................................................................................................................................................ -
18
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§8-2
测试方案 ......................................................................................................................................................................... -
19
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§8-3
测试数据分析 ................................................................................................................................................................ -
19
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总结 .............................................................................................................................................................. - 20 -
参考文献....................................................................................................................................................... - 20 -
致谢 ......................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
附录 A 主程序清单 ...................................................................................................................................... - 21 -
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专业学习资料
. 第一章 光伏并网系统国内外发展现状 §1-1 国外光伏并网系统的发展和趋势 太阳能光伏发电技术的开发始于20世纪50年代。光伏发电系统可以分为并网系统、离网系统和混合系统，其中光伏并网发电系统是家庭和商业最受欢迎的光伏系统。逆变器将光伏阵列发出的直流电转换为交流电并与地方电网连接，使得发出的富余电量都可出售给电网，夜晚则可从电网买电。随着全球能源形势趋紧，太阳能光伏发电作为一种可持续的能源替代方式于近年得到迅速发展，并首先在太阳能资源丰富的国家，如德国和日本得到了大面积的推广和应用。
当前，世界上大多数国家都把太阳能的利用作为重点研究、开发的目前国际上对太阳能资源已经十分重视。20 世纪 70 年代以来，鉴于常规能源供给的有限性和环保压力，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。利用太阳能发电的光伏发电技术被用于许多需要电源的场合，上至航天器，下至儿童玩具，光伏电源无处不在。过去，由于太阳电池的生产成本居高不下，光伏发电大多作为专用的独立运行系统应用在如航天，边防海岛，或是边远地区的示范工程等。但是近年来，新型光伏材料的出现，产品价格的不断下降，转换效率的提高，电力电子器件的高频化，高性价比微处理器的推出，先进控制策略的应用，使得光伏并网技术的研究和推广日益受到重视。光伏产业发生了巨大变化，己经开始向并网发电转变。
并网发电己经成为光伏发电的发展趋势。并网发电开始于 80 年代初，但由于当时成本过高，且环境效益还不是很明显，使得电力公司难以接受。为缓解能源危机，大力利用太阳能，推动光伏发电的迅速发展，西方一些发达国家纷纷出台有关政策、法规来扶持光伏并网产业。1999 年以来在世界各国，尤其是美国、日本、德国等发达国家先后发起的大规模国家光伏发展计划和太阳能屋顶计划的刺激和推动下，世界光伏产业以每年30%以上的增长率保持着高速发展。作为一种可再生的清洁能源，光伏发电将在 21 世纪前半期超过核电成为最重要的基础能源之一。如德国“可再生能源电力供应法”中规定2000年开始执行光伏发电上网电价 0.99马克/KWh 的优惠政策。日本早在 1994年就开始实施“新阳光计划”，目前己安装近 7 万个太阳能屋顶，预计到 2010 年要安装 100 万个太阳能屋顶,美国于 1997 年提出“百万太阳能屋顶计划”，规划到 2010 年为 100 万个家庭安装太阳能屋顶，每个光伏屋顶将有 3 到 5 千瓦光伏并网发电系统。英国“可再生能源法”于2002年初生效，该法强制所有电力供应商要在三年内用可再生能源提供3%以上的电力，2010 年可再生能源电力要达到 10.4%。近 30 年来，太阳能利用在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展，成为世界范围内快速、稳定发展的新兴产业...