光伏并网发电模拟装置的设计

摘 要：在中等职业学校电子技术应用专业的教学中，需要设计一个光伏并网发电模拟装置。经过紧张的三天四夜的奋力拼搏，与小组其他成员的通力协作、团结互助，终于完成了实验项目。通过测试，系统基本达到了设计要求。

关键词：光伏；发电；DC-AC；太阳能

光伏并网发电模拟装置由DC-DC、DC-AC转换电路、滤波电路、工频隔离变压器、控制电路组成。DC-AC转换电路用单片机C8051F410来控制，DC-DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点；DC-AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。该光伏装置具有功率跟踪（MPPT）、频率跟踪、输入欠压保护和输出过流保护的功能。

一、方案设计与论证

控制器模块采用新华龙公司的C8051F410单片机作为控制器的方案。该单片机I/O资源丰富、速度快，并可模拟各种总线。芯片内置JTAG电路，可在线仿真调试，大大简化了系统开发调试的复杂度，而且功耗低，性价比高。

此光伏系统采用扰动观测法，其原理是先在上一时刻控制电压给定值U（k-1）的基础上进行扰动，将（U（k-1）+dU）作为此时刻输出电压给定值，再检测输出电流值I（k），计算当前的输出功率P（k）后，将此时的功率同上一时刻的功率值P（k-1）相比，若功率增加，则表示扰动方向正确，可朝同一方向继续扰动。若功率值减小，则说明扰动方向错误，需向相反的方向进行扰动。采用扰动观测法的优点是：控制思路简单，实现较为方便；可实现最大功率点的动态跟踪，提高系统的利用效率。

二、系统硬件设计

1.系统的总体设计

光伏并网发电模拟装置的框图如图1。

太阳能电池板输出的额定电压为60V的直流电通过DC-AC变换器变为交流电，经滤波器和工频变压器输出，同时工频变压器上有检测电路，用于电压的变化，检测电路的信号送给由单片机为主体的控制电路用来控制DC-AC变换器的工作状态，达到系统稳定。

2.功能模块的设计

本系统中我们采用了新华龙公司的C8051F410单片机为控制芯片，该器件是完全集成的低功耗混合信号片上系统型MCU，它包含高速、流水线结构的8051兼容的微控制器核（可达50MIPS）、真12位200ksps的24通道ADC，带模拟多路器、两个12位电流输出DAC、片内电压比较器、高精度可编程的24.5MHz内部振荡器、4个通用的16位定时器等丰富的资源，而且价格较低，性价

比高。

IR2111为功率MOSFET和IGBT专用栅极驱动集成电路，可以方便地实现上述要求。控制信号送到2脚（IN端），管脚4（LO），3（com）和管脚7（HO），6（Vs）分别输出低压侧和高压侧MOS器件的驱动信号，从而实现MOS管的导通与关断，对于H桥驱动电路上下桥臂功率管必须加互补的信号。IR2111逻辑输入信号与CMOS电平兼容，输出栅极驱动电压为10～20V，开关时间的典型值为Ton=850ns，Toff=150ns，死区时间Tdt的典型值为700ns。 由单片机产生PWM，经过三极管的放大，信号送入IR2111的2脚，驱动MOS管，产生交流电压。二极管起保护作用。电路图如图2。

3.系统测试

我们采用电压比较器LM311组成的单电源供电的比较电路，用来检测电压的变化。LM311输入基极电流小、失调小、电源电压范围宽，是一款高精度电压比较器。

系统调试使用4位半数字万用表（MASTECH MY-65）和双踪示波器（YB4325），系统正常工作时调节RL，用万用表测量U0和Ud，以检测系统最大功率点跟踪功能。

其他变量不变的情况下，在给定范围内调节fref，测量Uf，以检测系统频率跟踪功能。通过测试，系统基本达到要求。

这个装置基本满足了教学的需要，但在设计的过程中，我们遇到了许多突发事件和各种困难。但通过团队的仔细分析和自我调整状态后我们终于解决了所有问题，取得了圆满的结果。经过本次设计深刻的体会到了共同协作和团队精神的重要性，提高了解决问题的能力，但是由于时间仓促，设计中还有欠缺的方面，本次设计还存在着一些缺陷，有待于在将来设计中逐步改进。

参考文献：

陈武凡.小波分析及其在图像处理中的应用[M].科学出版社，2002-01.

作者簡介：侯洪波，男，1977年8月出生，本科，就职于吉林信息工程学校，研究方向：电子技术应用。