摘 要：在中等職業(yè)學(xué)校電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的教學(xué)中，需要設(shè)計(jì)一個(gè)光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置。經(jīng)過緊張的三天四夜的奮力拼搏，與小組其他成員的通力協(xié)作、團(tuán)結(jié)互助，終于完成了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過測(cè)試，系統(tǒng)基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：光伏；發(fā)電；DC-AC；太陽(yáng)能

光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置由DC-DC、DC-AC轉(zhuǎn)換電路、濾波電路、工頻隔離變壓器、控制電路組成。DC-AC轉(zhuǎn)換電路用單片機(jī)C8051F410來(lái)控制，DC-DC變換環(huán)節(jié)調(diào)整光伏陣列的工作點(diǎn)使其跟蹤最大功率點(diǎn)；DC-AC逆變環(huán)節(jié)主要使輸出電流與電網(wǎng)電壓同相位，同時(shí)獲得單位功率因數(shù)。該光伏裝置具有功率跟蹤（MPPT）、頻率跟蹤、輸入欠壓保護(hù)和輸出過流保護(hù)的功能。

一、方案設(shè)計(jì)與論證

控制器模塊采用新華龍公司的C8051F410單片機(jī)作為控制器的方案。該單片機(jī)I/O資源豐富、速度快，并可模擬各種總線。芯片內(nèi)置JTAG電路，可在線仿真調(diào)試，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)開發(fā)調(diào)試的復(fù)雜度，而且功耗低，性價(jià)比高。

此光伏系統(tǒng)采用擾動(dòng)觀測(cè)法，其原理是先在上一時(shí)刻控制電壓給定值U（k-1）的基礎(chǔ)上進(jìn)行擾動(dòng)，將（U（k-1）+dU）作為此時(shí)刻輸出電壓給定值，再檢測(cè)輸出電流值I（k），計(jì)算當(dāng)前的輸出功率P（k）后，將此時(shí)的功率同上一時(shí)刻的功率值P（k-1）相比，若功率增加，則表示擾動(dòng)方向正確，可朝同一方向繼續(xù)擾動(dòng)。若功率值減小，則說明擾動(dòng)方向錯(cuò)誤，需向相反的方向進(jìn)行擾動(dòng)。采用擾動(dòng)觀測(cè)法的優(yōu)點(diǎn)是：控制思路簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)較為方便；可實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的動(dòng)態(tài)跟蹤，提高系統(tǒng)的利用效率。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置的框圖如圖1。

太陽(yáng)能電池板輸出的額定電壓為60V的直流電通過DC-AC變換器變?yōu)榻涣麟?，?jīng)濾波器和工頻變壓器輸出，同時(shí)工頻變壓器上有檢測(cè)電路，用于電壓的變化，檢測(cè)電路的信號(hào)送給由單片機(jī)為主體的控制電路用來(lái)控制DC-AC變換器的工作狀態(tài)，達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定。

2.功能模塊的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中我們采用了新華龍公司的C8051F410單片機(jī)為控制芯片，該器件是完全集成的低功耗混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU，它包含高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的微控制器核（可達(dá)50MIPS）、真12位200ksps的24通道ADC，帶模擬多路器、兩個(gè)12位電流輸出DAC、片內(nèi)電壓比較器、高精度可編程的24.5MHz內(nèi)部振蕩器、4個(gè)通用的16位定時(shí)器等豐富的資源，而且價(jià)格較低，性價(jià)

比高。

IR2111為功率MOSFET和IGBT專用柵極驅(qū)動(dòng)集成電路，可以方便地實(shí)現(xiàn)上述要求。控制信號(hào)送到2腳（IN端），管腳4（LO），3（com）和管腳7（HO），6（Vs）分別輸出低壓側(cè)和高壓側(cè)MOS器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)MOS管的導(dǎo)通與關(guān)斷，對(duì)于H橋驅(qū)動(dòng)電路上下橋臂功率管必須加互補(bǔ)的信號(hào)。IR2111邏輯輸入信號(hào)與CMOS電平兼容，輸出柵極驅(qū)動(dòng)電壓為10～20V，開關(guān)時(shí)間的典型值為Ton=850ns，Toff=150ns，死區(qū)時(shí)間Tdt的典型值為700ns。 由單片機(jī)產(chǎn)生PWM，經(jīng)過三極管的放大，信號(hào)送入IR2111的2腳，驅(qū)動(dòng)MOS管，產(chǎn)生交流電壓。二極管起保護(hù)作用。電路圖如圖2。

3.系統(tǒng)測(cè)試

我們采用電壓比較器LM311組成的單電源供電的比較電路，用來(lái)檢測(cè)電壓的變化。LM311輸入基極電流小、失調(diào)小、電源電壓范圍寬，是一款高精度電壓比較器。

系統(tǒng)調(diào)試使用4位半數(shù)字萬(wàn)用表（MASTECH MY-65）和雙蹤示波器（YB4325），系統(tǒng)正常工作時(shí)調(diào)節(jié)RL，用萬(wàn)用表測(cè)量U0和Ud，以檢測(cè)系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤功能。

其他變量不變的情況下，在給定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)fref，測(cè)量Uf，以檢測(cè)系統(tǒng)頻率跟蹤功能。通過測(cè)試，系統(tǒng)基本達(dá)到要求。

這個(gè)裝置基本滿足了教學(xué)的需要，但在設(shè)計(jì)的過程中，我們遇到了許多突發(fā)事件和各種困難。但通過團(tuán)隊(duì)的仔細(xì)分析和自我調(diào)整狀態(tài)后我們終于解決了所有問題，取得了圓滿的結(jié)果。經(jīng)過本次設(shè)計(jì)深刻的體會(huì)到了共同協(xié)作和團(tuán)隊(duì)精神的重要性，提高了解決問題的能力，但是由于時(shí)間倉(cāng)促，設(shè)計(jì)中還有欠缺的方面，本次設(shè)計(jì)還存在著一些缺陷，有待于在將來(lái)設(shè)計(jì)中逐步改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

陳武凡.小波分析及其在圖像處理中的應(yīng)用[M].科學(xué)出版社，2002-01.

作者簡(jiǎn)介：侯洪波，男，1977年8月出生，本科，就職于吉林信息工程學(xué)校，研究方向：電子技術(shù)應(yīng)用。