光伏并网发电毕业设计

光伏并网发电毕业设计内容摘要：

积小巧，外部接线相对 简单 ，而且不需要对其进行单独供电，使得整个系统 的可靠性大大提高。 表 21 是其管脚的功能 表 ： 表 21 IR2110 管脚的功能表 Pin1 Pin2 Pin3 Pin4 Pin5 Pin6 Pin7 低端输出 公共端 低端固定电源电压，输出的电压+10～ +20V 空端 高端浮置电源偏移电压 高端浮置电源电压 高端输出 Pin8 Pin9 Pin10 Pin11 Pin12 Pin13 Pin14 空端 逻辑电源电压 5~9V 逻辑高端 输入 使能 端： 当SD 为高时，关断两输出 逻辑低端输入 逻辑电路地电位端，其值可以为0V 空端 逆变并网 模拟系统 软 件设计 7 另外 IR2110 还有较高信号响应时间，完全满足 软件 系统的技术要求。 图 26 输入输出信号时序图 图 27 开关时间定义图 图 28 IR2110 典型应用电路图 图 26 为输入输出时序图。 图 27 为开关时间定义图。 图 28 为 IR2110 典型应用电路图。 集成驱动型芯片 IR2110 有以下优点： 体积小，驱动能力强，控制方便，电能利用 效率高 ，最为突出的是 IR2110 芯片采用 悬浮电源自举电路 ，三相桥式变换器仅用 一组电源即可 [6]。 可 充分简化了驱动电路的 电源 设计。 滤波电路模块 经由桥式逆变主电路的输出电流，会含有 大 量的 高频杂波，如果直接并网 运行则 会对电网的电源质量造成 严重 干扰，导致电网无功量的增加， 效率下降。 所以 需要 在逆变输出端 外加滤波电路， 以滤除杂波。 采用 LC 滤波电路。 图 29 所示为 LC 滤波电路。 利用储能元件电感器 L 的电流不能突变的特点，使输出电流波形较为平滑。 能够很好的实现滤波功能；电感 L 和电容 C陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 8 的适当匹配还可以使输出的电压相位 和输入的电压相位保持一致，非常方便地实现电压相位的控制； 此外 L 和 C 的合理 搭配还可以降低电源的无功功率，有效地抑制电压和电流的脉动， 该方案的缺点是实际中确定 电感参数 比较繁琐 ，而且电感 体积大 ,成本高。 CUo 1U oL 图 29 LC 滤波电路模型 检测及保护模块 检测及保护模块包括： A/D 转换 电路 ，频率相位跟踪，过流保护，欠压保护 ， SPWM波延时驱动电路。 在硬件上要求使系统可靠安全工作。 此 软件 系统的设计中，检测及保护模块 也 是设计的重点部分。 A/D 转换模块 在数据采集系统中， A/D 转换的速度和精度又决定了采集系统的速度 和精度。 采用快速模数转换芯片 MAX197。 MAX197 是 Maxim 公司推出的具有 12 位测量精度的高速 A/D 转换芯片，只需单一电源供电，且转换时间很短 (6ms)，具有 8 路输入通道，还提供了标准的并行接口 ： 8 位三态数据 I/O 口，可以和大部分单片机直接接口，使用十分方便。 对于模拟到数字量的转换，时序要求非常严格，由于 MAX197 的数字信号输出引脚是复用的，要正确读出转换结果，时序要求尤其重要。 在一次采样开始前，可以通过单片机的 8 位数据线把这些控制字写入 MAX197 来初始化相应的参数。 然后按照一定的时序进行采样和 转换。 MAX197 无需外接元器件就可独立完成 A/D 转换功能。 它可分为内部采样模式和外部采样模式，采样模式由控制寄存器的 D5 位决定。 在内部采样控制模式 (控制位置0)中，由写脉冲启动采样间隔，经过瞬间的采样间隔 (芯片时钟为 2MHz 时， 采样间隔为 3ms)，即开始 A/D 转换。 在外部采样模式 (D5=1)中，由两个写脉冲分别控制采样和A/D 转换。 在第一个写脉冲出现时，写入 ACQMOD 为 1，开始采样间隔。 在第二个写脉冲出现时，写入控制字 ACQMOD 为 0， MAX197 停止采样，开始Ａ /Ｄ转换。 这两个写脉冲之间的时间间隔为 一次采样时间。 当一次转换结束后， MAX197 相应的 INT 引脚置低电平，通知处理器可以读取转换结果。 内部采样模式的数据转换时序对于模拟到数字量的转换，时序要求非常严格，由于 MAX197 的数字信号输出引脚是复用的，要正确读出转换结果，时序要求尤其重要。 在一次采样开始前，可以通过单片机的 8 位数据线把这些控制字写入 MAX197 来初始化相应的参数。 然后按照一定的时序进行采样逆变并网 模拟系统 软 件设计 9 和转换。 MAX197 与其它 A/D 芯片不同之处在于它的很多 软件 功能都是利用内部控制字来实现的，如通道选择、模拟信号量程、极性等。 MAX197 的输出 数据采用无符号二进制模式 (单极性输入方式 )或二进制补码形式 (双极性输入方式 )。 当 CS 和 RD 都有效时，HBEN 为低电平，低 8 位数据被读出， HBEN 为高电平 ,复用的高 4 位被读出，另外 4位保持低电平 (在单极性方式下 )，或另外 4 位为符号位 (在双极性方式下 )。 以 MAX197为核心的数据采集Ａ /Ｄ转换电路具有外围电路简单、与处理器并口兼容性好、时序控制简单易懂的特点，其变换时间短 (6ms)，可靠性和性价比高，并且编程简单，比较适合实时性要求较高的大数据量数据采集与高速 A/D 转换使用。 有 8 个模拟信号输入端口，可通过程序选 择输入通道，而且转换速度快，转换时间最短仅需 6us，完全能够满足单片机每隔 采样一次的要求，微秒级的转换速度完全满足设计的要求。 MAX197 的控制字功能如表 22： 表 22 MAX197 的控制字功能表 MAX197 的控制字 D7(MSB) D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0(LSB) PD1 PD0 ACQMOD RNG BIP A2 A1 A0 工 作模式选择控制字 PD1amp。 PD0 为 “00、 0 11”时分别对应以下四种工作模式：外部时钟模式、内部时钟模式、等待模式、掉电模式。 捕获方式控制字。 此位置“0”为内部控制捕获方式，置 “1”为外部控制捕获方式。 量程选择控制字。 RNGamp。 BIP 为 “00、 0 11”时对应的量程分别为： 0V~5V、5V~+5V、 0V~10V、10V~+10V。 模拟信号输入通道选择控制字。 A2amp。 A1amp。 A0 的二进制码值即为所选模拟信号输入通道。 如 “110”即表示选择模拟信号输入通道 “CH6”。 MAX197 有 8 位控制字，分别控制着此芯片的工作模式、捕获方式、量程选择、模拟输入通道选择，其中内部采集和外部采集模式较为常用。 内部采集模式： 通过写入清 零 ACQMOD 位 (ACQMOD=0)的控制字选择内部采集模式。 在这种模式下，一个写脉冲将触发一个内部捕获周期，并且此捕获周期是内部定时的，为 6 个时钟周期。 当这六时钟周期的捕获间隔结束时转换开始。 转换时间是 12 个时钟周期，不论内部或外部采集模式。 外部采集模式： 用两个独立的写脉冲控制捕获和转换的开始。 第一脉冲，与 ACQMOD=1 一起，开始一个不确定长度的捕获间隔；第二个写脉冲与 ACQMOD=0 一起终止捕获并在写脉冲的上升沿开启一次转换。 然而，如果第二个控制字包含 ACQMOD=1，一个不确定的捕陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 10 获间隔时间将被 重新触发。 外部采集模式可以更加精确的控制采样间隔并可独立控制捕获和转换时间。 频率相位跟踪 频率和相位的信号采集 原理： 频率相位跟踪的实质就是锁相环。 锁相环路是一种反馈电路，锁相环的英文全称是 PhaseLocked Loop,简称 PLL。 其作用是使得电路上的时钟和某一外部时钟的相位同步。 因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路 [7]。 锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压 的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。 由 在交流输出侧互感产生的正弦 信号变换为 方波 脉冲，这时的 方波 脉冲还不是 标准的方波，再通过反向器 进行整形，即可得到标准方波脉冲 用于频率的检测，将此方波脉冲 通过单稳态电路，这样以来可以使交流侧 采集的信号与标准公网信号进行同时采集送入单片机的外部中断 ，这样可以用来进行相位跟踪。 图 210 为频率相位检测电路原理图。 图 210 频率相位检测电路原理图 由模拟电网电压的参考电压信号 接入比较器 LM339 的同相端， LM339 的反相端接地以实现过零比较，经过比较的输出信号为方波信号， 将该方波信号接入 反相器，经整形后再接入主控单片机的计数器 0，通过主控单片机的计数器 0，测出模拟电网 信号的频率；同时通过另一检测回路，反馈信号的频率也能够轻松测得。 以模拟电网信号的频率为标准，通过主控单片机的数据处理后，输出相位的控制信号即可实现频率跟踪检测。 相位跟踪原理与频率跟踪原理较为类似，不同的是从反相器 LM339 输出的信号接入主控单片机的外部中断 INT0 端口，通过中断服务检测到信号的下降沿，即就是模拟电网的正向过零点，这样以来模拟电网的相位轻松测出。 同理，反馈信号的相位也可以通过该检测电路检测实现。 将模拟电网和反馈信号与相位信号接入主控单片机，主控单逆变并网 模拟系统 软 件设计 11 片机检测到两路信号的相位差， 并记录相位差的变化情况。 主控单片机以模拟电网的相位为标准，经过 数据处理控制输出的电压 的频率 ，经过反复比较和逐次 逼近，以实现相位跟踪 [8]。 此方案中的比较器选择 LM339， 该电压比较器的特点是： （ a）失调电压小，典型值为 2mV； （ b）电源电压范围宽，单电源为 2～ 36V，双电源电压为 177。 1V～ 177。 18V； （ c）对比较信号源的内阻限制较宽； （ d）共模范围很大，为 0~（ ） Vo ； （ e）差动输入电压范围较大， 大到可以等于电源电压； （ f）输出端电位可灵活方便地选用。 LM339 外部管脚 功能 如 表 23 所示 ： 表 23 LM339 管脚的功能表 Pin1 Pin2 Pin3 Pin4 Pin5 Pin6 Pin7 输出 1 输出 2 VCC 输入 2 反相端 输入 2 同相端 输入 1 反相端 输入 1 同相端 Pin8 Pin9 Pin10 Pin11 Pin12 Pin13 Pin14 输入 3 反相端 输入 3 同相端 输入 4 反相端 输入 4 同相端 GND 输出 4 输出 3 LM339 类似于增益不可调的运算放大器。 LM339 含有四个 比较器。 每个比较器有两个输入端和一个输出端。 两个输入端分别是同相端和反相端。 当同相端的输入电压高于反相端的输入电压，则输出端输出高电平。 当同相端的输入电压低于反相端的输入电压，则输出端输出低电平。 两个输入端电压差别大于 10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把 LM339 用在弱信号检测等场合是比较理想的 [9]。 LM339 的输出端 必须接一个上拉电阻，否则无法正常工作。 上拉电阻阻值一般取 3K～ 15K。 过流检测 此 系统 需要检测电流的地方有 ： 逆变输出交流侧 过电流检测 ； 这 部分 的电流 检测均采用 霍尔 电流 传感器，霍尔传感器 能够间接地测量电流信号 ； 将霍尔传感器加在并网变压器上， 用于 逆变输出 交流过流检测， 当变压器中流过的电流增加时，霍尔元件两端的电压就会上升，将此电压信号 经 MAX197 进行模数 转换后 送给主控单片机 ，由主控单片机处理之后进行限流处理 [10]。 霍尔电流传感器是按照安培定律原理做成，即在载流导体周围产生一正比于该电流的磁场，而霍尔器件则用来测量这一磁场。 因此，使电流的非接触测量成为可能。 通过陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 12 测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。 因此，电流传感器经过了电－磁－电的绝缘隔离转换。 欠压检测 欠压检测部分， 这一部分就是检测 直流电源 输出的直流电压， 采集的信号 用于 采用电阻分压，输出 0~5V 电压信号，此电压信号经 MAX197 A/D 转换后 送入主控单片机进行数据处理 ；当检测到 直流电源 供电的电压低于要求的欠压保护的电压时，由主控单片机输出封锁信号， 立刻封锁 SPWM 波的输出，使得 DCAC 模块输出电压为零，实现欠压保护功能；当电压恢复 正常后，主控单片机再重新开启 SPWM 波输出，桥式 逆变主电路又恢复正常逆变工作状态。 SPWM 波延时驱动电路 驱动桥式电路的 MOS 管 选择 6N60A。 6N60A 是一种具有高耐压值（ 600v）的MOSFET，常用于功率变换装置中快速开通和关断电力供应，门极电压 ,导通保持电压低。 导通阻抗小，只有  ， 通过最大电流为 5A ，门极和源极之门 需要 电压低，只有 10V。 为了使得 MOS 管可靠的导通和安全关断 ，必须保障一个桥臂 不能出现。