光伏并网发电模拟装置

摘要：光伏发电系统是一种直接将太阳能转换为电能的新型发电技术，此次设计的光伏并网发电模拟装置系统是以 TMS320F2812 单片机为核心。整个光伏并网发电模拟装置系统采用全桥逆变作为逆变器的拓扑结构，用来基于双闭环控制的系统传递函数，再通过比较选择单双极性混合正弦脉宽调制作为此次逆变器的调制方式。光伏并网发电系统的硬件部分包括主电路、驱动电路、采样调理电路和保护电路 ，以及数字控制系统的电路 。光伏发电模拟系统通过TMS320F2812 DSP芯片ADC 模块采样模拟电网电压的正弦参考信号、光伏电池输出电压、负载电流电压反馈信号等等。这次光伏发电系统用恒定电压法实现了光伏电池最大功率点跟踪（MPPT），从而达到了光伏并网模拟的效果。最后的测试结果表示，逆变器的输出效率 、输出功率等基本满足要求，此系统具有优越的稳态性能和动态性能。

关键词：太阳能,光伏并网,单片机TMS320F2812;

Photovoltaic power generation simulation device

Abstract: Photovoltaic power generation system is a kind of new power generation technology to convert solar energy into electrical energy directly, the design of photovoltaic (pv) grid power generation simulator system based on TMS320F2812 single chip microcomputer as the core. The whole pv grid-connected power generation simulator system adopts full bridge inverter as the topology of the inverter, used to based on the double closed loop control system transfer function, and choose single and double polarity by comparing mixed sine pulse width modulation as modulation method of the inverter. Hardware part of the photovoltaic (pv) grid power system including main circuit, drive circuit, sampling control circuit and protection circuit, circuit and digital control system. Photovoltaic power simulation system by TMS320F2812 DSP chip ADC module sinusoidal reference signal sampling simulation grid voltage, photovoltaic battery output voltage and load current voltage feedback signal, and so on. The photovoltaic power generation system by using the constant voltage method to achieve the maximum power point tracking (MPPT) of photovoltaic cells, so as to achieve the effect of photovoltaic (pv) grid simulation. Finally, according to test results of the inverter output efficiency, basic meet the requirements such as output power, this system has superior steady-state performance and dynamic performance.

Keywords: The solar energy;Photovoltaic (pv) grid; Single chip TMS320F2812

 

目录

一、绪论 3

1.1光伏并网发电模拟装置系统课题的背景和意义 3

1.2国内外研究的状况 3

1.3光伏并网发电模拟装置技术特点 4

二、光伏并网发电模拟装置系统的总体设计 5

2.1光伏并网发电模拟装置系统总体介绍 5

2.2 光伏并网发电模拟装置系统组成 5

三、光伏并网发电模拟装置方案选择和论证 5

3.1 DC/AC逆变桥 5

3.2驱动电路方案 6

3.3滤波器方案选择 6

四、光伏并网发电模拟装置系统的硬件设计 7

4.1 直流/交流电路 7

4.2采样、调理电路设计 8

4.3驱动保护电路设计 11

4.4巴特沃斯滤波器电路系统的设计 13

4.5数字控制部分硬件电路设计 14

4.6 TMS320F2812单片机的简介 16

4.7 ADC电路设计 18

五、光伏并网发电模拟装置系统的模块软件设计 19

5.1软件模块总体框图 19

5.2初始化模块 20

5.3 ADC模块. 21

5.4最大功率点跟踪（MPPT）模块 22

5.5频率跟踪模块 23

5.6相位跟踪模块 23

5.7输入欠压保护系模块 24

5.9中断模块 26

六、光伏并网发电模拟装置系统测试方案 27

6.1测试方案 27

6.2测试结果 28

6.3测试结果分析 29

七、总结 29

附录 电路原理图 31

参考文献 32

 

一、绪论 

1.1光伏并网发电模拟装置系统课题的背景和意义

近些年来，随着社会的发展和能源问题的紧张，开发新型能源已经成为世界各国的共同奋斗目标而太阳能的运用更是受到了极大的发展 。因此办理乡下资源的不足之处 ，应该建造沼气池、新建小水电等都是行之有效的途径，太阳光源与低耗能源的开发是当今社会必然发展的规模。北京交通大学张凌老师在《单相光伏并网逆变器的研制》中说过一句话，太阳光源的使用有着两条非常紧要的路径： 就是光伏并网发电系统与光的热能。光伏并网模拟发电系统是使用了光生伏特的参考原理 ，它由半导体质料产生的，来实现将太阳的光能变换成需求的电能一个科技领域。光伏发电系统是当今社会在发电领域中最能够使用的一个科技含量 ，光伏发电系统拥有很多长处不是其余发电系统方式可以来相比的：

1）资源丰富：根据估量，在过去的1100000000年中，太阳的能量消耗了2%。在未来的时间里，太阳足以供应地球数十亿人多年的使用资源，它是取之不尽 ， 用之不竭的。

2）不受区域的制约：当今世界，不管什么地方都会有太阳照得到的地方 ，我们不妨试着把太阳光能应用起来，因为它基本没有存在所谓的运输问题 ，特别是对交通一点也不好的乡下等等，我们也能够比较好的使用太阳这一清洁能源。所以有 ，合理充实的使用，充足的太阳能源资本 ，是当今社会发扬光伏并网模拟发电技术的时候，它是办理乡下电力艰巨、资源动力缺乏等问题的有用技术措施之一。它的原理是把产生的光能改变成需求的电能，它不需要和蓄电池一样储存电能，而是更为大胆的经过逆变器 ，于是乎就把光能变换后的电能输出给人们。光伏并网发电模拟装置系统是洁净的新型资源有用路径 ，对于环境的改进与能源的再次应用它起到了非常巨大的促进作用。太阳能发电的方式之一主要是由于光伏发电系统，所以深入研究太阳光能变换成电能这一系统领域，是对现今社会减缓资源的危机、环境的保护、社会的和谐发展、经济的增进能力都有着长远而重要意义。

1.2国内外研究的状况

（一）国外状况：太阳能光伏发电系统已经受到了世界各国的重视。现在世界每个国家都把光伏发电这一技术发展成为了高潮 。在过去的这段时间内，尽管当时世界各国的经济都是在后退中，但是他们没有忘记光伏发电的发展，而且发展的速度一直在持续增长 。在1995年那段时间内，光伏发电的科技含量技术发展的速度突飞猛进，成为了世界各地发展速度最快的一个高技术含量与高薪的一个产业。

在光伏发电的使用中 ，德国和美国以及日本仍然是全球3大光伏市场的主要商 。全世界光伏发电系统太阳能安装了1460MW。其中，德国安装了光伏太阳能为838MW,占世界安装量的57%，日本安装了光伏太阳能为292MW 。2005全球太阳能电池安装量分布见图1 。光伏发电的技术在社会的可持续发展下，以后的光伏发电高技术含量的产物也会变得越来越多，所以光伏发电这一高薪技术以后肯定会成为更加规模化与更加高科技的产物。

（二）国内现状：从世界大范围来说，我国是属于那种太阳光能资源十分丰富的国家之一 ，它具有更大化的利用太阳能资源的良好条件。因此 ，我国太阳能光伏发电标准化工作研发至今已经有快30年的历史 ；2009年这期间，国务院有关部门，根据光伏并网发电这一系统接入了外部电源系统的技术要求、设计的基本技术要求，对内部网络的技术访问举行了研讨会 。在09年7月这段期间内，我国的电网公司构造和写了《光伏发电接入电网技术规定》 ，并且发布了公司的体系且实行它。光伏并网发电系统作为新型的清洁能源，它已经渐渐形成一定的产业规模。中国的能源政策已经开始建立太阳能光伏发电的应用相应的法律地位 ，所以国家也鼓励和支持新能源产业的利用与洁净能源发电。太阳能电池的研究实验室模型是世界蓬勃发展的必然途径。相信国内的光伏产业在世界会取得辉煌的成就。

1.3光伏并网发电模拟装置技术特点

光伏并网发电系统是模拟通过太阳发出的光变换成电能，它不需要存储，而是更为直接的通过并网逆变器这一系统，把输出的电能送到电网上。光伏发电系统的器件与本地的物品可以非常无缝隙的联合在一起，这样可以达到物品的美观也可以达到发电这一效果，会使物资能源获取合理的应用和运用出它独有的特点。这不但有利于降低建设成本，也对科技含量的建筑有很大的提高，并且增加了很多卖点可行。

总结

本次设计的课题是光伏并网发电模拟装置，首先通过查找书籍资料，调研该设计的中心内容，初步定下方案的设计，然后进行电路原理图的设计、绘制，最终对每个模块的电路调整变化，单片机芯片为TMS320F2812 ，因此用单片机来做分析的硬件电路和软件基于模块的策画，，文章介绍了光伏并网发电模拟装置的功能与结构 ，介绍了 单片机 TMS320F2812 的优点、特点等。介绍了单片机 TMS320F2812内部环节的软件模块的流程。光伏发电系统的应用很广泛，很多缺乏资源的偏远地方可以使用光伏发电，可以把用之不竭的太阳能转换成电能，光伏发电作为一种新型的清洁能源，能够造福人民。这样就达到了节约能源资源实现的光伏发电目的。通过这次的设计使我也了解到了自己的不足之处 ，发现自己还有很多要学习的地方。刚拿到学校分配给我设计课题的时候，觉得光伏发电不就是太阳能么，想着现在大街上的路灯基本都是太阳能电池板发电，于是乎就觉得肯定不是那么的难。到后来开始做的时候，发现要实现一个光伏并网发电系统，其实很复杂的。网上查了很多关于光伏发电的资料，可是根本不知道怎么使用它。还好最后在指导老师的分析和帮助下才知道它的作用与原理。最后才顺利完成了这次设计。在此次设计中我用了很多专业知识，也有网上、书上查到的。
在此我要感谢我的指导老师肖国玲老师对我的悉心的指导，感谢老师给我的深深帮助。在此次策画过程当中，本人经过查阅大批关于光伏发电模拟系统的资料，而且又经过向指导老师询问之后，我在其中学到了不少知识，虽然自己觉得很累 ，但是也同样收获了丰硕的果实。经过这次设计的过程中，使我了解了很多，相对而言也让我锻炼了工作的本领。使我自己对今后的工作能力提升了很大的决心，我相信经过这次设计之后，对我的未来生活也有着很大影响。我也懂得了什么事都是靠自己的努力，都是靠自己的自觉自律，懂得了什么才是真正的奋斗和拼搏。大学 ，再见了。
 
 

参考文献

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