光伏并網發電模擬裝置的設計

摘 要：在中等職業學校電子技術應用專業的教學中，需要設計一個光伏并網發電模擬裝置。經過緊張的三天四夜的奮力拼搏，與小組其他成員的通力協作、團結互助，終于完成了實驗項目。通過測試，系統基本達到了設計要求。

關鍵詞：光伏；發電；DC-AC；太陽能

光伏并網發電模擬裝置由DC-DC、DC-AC轉換電路、濾波電路、工頻隔離變壓器、控制電路組成。DC-AC轉換電路用單片機C8051F410來控制，DC-DC變換環節調整光伏陣列的工作點使其跟蹤最大功率點；DC-AC逆變環節主要使輸出電流與電網電壓同相位，同時獲得單位功率因數。該光伏裝置具有功率跟蹤（MPPT）、頻率跟蹤、輸入欠壓保護和輸出過流保護的功能。

一、方案設計與論證

控制器模塊采用新華龍公司的C8051F410單片機作為控制器的方案。該單片機I/O資源豐富、速度快，并可模擬各種總線。芯片內置JTAG電路，可在線仿真調試，大大簡化了系統開發調試的復雜度，而且功耗低，性價比高。

此光伏系統采用擾動觀測法，其原理是先在上一時刻控制電壓給定值U（k-1）的基礎上進行擾動，將（U（k-1）+dU）作為此時刻輸出電壓給定值，再檢測輸出電流值I（k），計算當前的輸出功率P（k）后，將此時的功率同上一時刻的功率值P（k-1）相比，若功率增加，則表示擾動方向正確，可朝同一方向繼續擾動。若功率值減小，則說明擾動方向錯誤，需向相反的方向進行擾動。采用擾動觀測法的優點是：控制思路簡單，實現較為方便；可實現最大功率點的動態跟蹤，提高系統的利用效率。

二、系統硬件設計

1.系統的總體設計

光伏并網發電模擬裝置的框圖如圖1。

太陽能電池板輸出的額定電壓為60V的直流電通過DC-AC變換器變為交流電，經濾波器和工頻變壓器輸出，同時工頻變壓器上有檢測電路，用于電壓的變化，檢測電路的信號送給由單片機為主體的控制電路用來控制DC-AC變換器的工作狀態，達到系統穩定。

2.功能模塊的設計

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

比高。

IR2111為功率MOSFET和IGBT專用柵極驅動集成電路，可以方便地實現上述要求。控制信號送到2腳（IN端），管腳4（LO），3（com）和管腳7（HO），6（Vs）分別輸出低壓側和高壓側MOS器件的驅動信號，從而實現MOS管的導通與關斷，對于H橋驅動電路上下橋臂功率管必須加互補的信號。IR2111邏輯輸入信號與CMOS電平兼容，輸出柵極驅動電壓為10～20V，開關時間的典型值為Ton=850ns，Toff=150ns，死區時間Tdt的典型值為700ns。 由單片機產生PWM，經過三極管的放大，信號送入IR2111的2腳，驅動MOS管，產生交流電壓。二極管起保護作用。電路圖如圖2。

3.系統測試

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

系統調試使用4位半數字萬用表（MASTECH MY-65）和雙蹤示波器（YB4325），系統正常工作時調節RL，用萬用表測量U0和Ud，以檢測系統最大功率點跟蹤功能。

其他變量不變的情況下，在給定范圍內調節fref，測量Uf，以檢測系統頻率跟蹤功能。通過測試，系統基本達到要求。

這個裝置基本滿足了教學的需要，但在設計的過程中，我們遇到了許多突發事件和各種困難。但通過團隊的仔細分析和自我調整狀態后我們終于解決了所有問題，取得了圓滿的結果。經過本次設計深刻的體會到了共同協作和團隊精神的重要性，提高了解決問題的能力，但是由于時間倉促，設計中還有欠缺的方面，本次設計還存在著一些缺陷，有待于在將來設計中逐步改進。

參考文獻：

陳武凡.小波分析及其在圖像處理中的應用[M].科學出版社，2002-01.

作者簡介：侯洪波，男，1977年8月出生，本科，就職于吉林信息工程學校，研究方向：電子技術應用。