户用型中小功率独立光伏逆变器毕业设计

PAGEIX毕业设计（论文）题目户用型中小功率独立光伏发电系统的研究与设计毕业设计（论文）专用纸PAGEVI毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名：日期：

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摘要太阳能光伏发电是一种将太阳光辐射能量直接转化为电能的发电技术，它是可再生能源和新能源的重要组成部分，被认为是当今世界上最有发展前景的新能源技术。打印部分：83031参考文献本文系统地介绍了独立光伏系统的结构、工作原理、控制方法等方面的内容，为降低系统体积及提高系统效率，提出“推挽升压+全桥逆变”的设计方案。推挽升压的控制器采用电压型控制芯片SG3525,采用电压反馈，增加了系统的动态响应速度，同时详细讨论了高频变压器的设计、滤波元件参数的选择等。逆变环节采用PWM调制方式，控制芯片为PIC16F73，简化了驱动电路设计。软件设计中，采用瞬时电压反馈，增加了电路保护等功能，论文阐述了软件设计总体思想构架，给出了程序代码。最后,利用单片机仿真软件proteus对系统进行仿真并给出仿真原理图及仿真波形。关键词：光伏发电推挽升压单相全桥逆变PIC16F73AbstractSolarphotovoltaicpowergenerationisakindoftechnologywhichcanconvertsolarradiationenergyintoelectricitydirectly,solarenergyisrenewableenergyandanimportantpartofnewenergy,whichisconsideredtobetheworld'smostdevelopmentprospectsofnewenergytechnology.Thispaperintroducestheindependentphotovoltaicsystemstructure,workingprincipleandcontrolmethodsdetailedly.Inordertoreducesystemvolumeandimprovetheefficiencyofthesystem,thepaperputsforwardtoaninverterbyusing"thepush-pullconverterandsingle-phasefull-bridgeinverter"designproposal.Inthepush-pullcontrollerpart,thepaperusesthevoltagetypecontrolchipSG3525,choosingvoltagefeedbacktoincreasethesystemdynamicspeedofresponse,atthesametime,thepaperalsodiscussesthehigh-frequencytransformerdesign,thefiltercomponentsparameterschoicesindetail;intheinverterpart,thepaperusePWMinverterlink,andthecontrolchipisPIC16F73,thismakesthesystemsimple.Inthesoftwaredesign,thepaperusesthetransientvoltagefeedbackandmeanwhile,increasecircuitprotectionfunction,thepaperalsoelaboratestheoverallframeworkofsoftwaredesignanddisplaysprogramcode.Finally,thepaperusessinglechipcomputersimulationsoftwaretheproteussimulinkthesystemandgivesthesimulationprinciplediagramandwaveform.Keywords:photovoltalcpowersystemPush-PullConvertersingle-phasefull-bridgeinverterPIC16F73目录1绪论 11.1太阳能光伏发电技术 11.1.1太阳能光伏发电的概况 11.1.2太阳能光伏发电的发展现状及应用前景 11.1.3太阳能光伏发电的优点 21.2太阳能光伏发电系统 21.2.1太阳能光伏发电的基本原理 21.2.2太阳能光伏发电系统的分类 31.3本文的研究内容 52独立光伏发电系统的研究与设计 62.1独立光伏发电系统的组成 62.1.1太阳能电池 62.1.2蓄电池组 62.1.3逆变器 72.1.4控制器 72.2独立光伏发电系统对逆变电源设计的要求 72.3主电路拓扑结构的设计 82.3.1升压环节拓扑结构比较 82.3.2逆变电源的基本工作原理 102.3.3光伏发电系统中逆变器主电路拓扑结构比较 112.3.4独立光伏发电系统中逆变器控制方法的比较 112.3.5独立光伏发电逆变电源的系统结构框图 123光伏发电电池容量及光伏阵列的设计 143.1太阳能光伏发电蓄电池组的设计 143.1.1蓄电池容量设计的基本原理 143.1.2蓄电池容量的计算 163.2太阳能光伏阵列的设计 173.2.1太阳能电池组件设计的基本原理 173.2.2太阳能电池组件配置计算 184独立光伏发电系统逆变电源的设计 204.1推挽式DC／DC变换器原理介绍 204.2推挽式电路变压器的偏磁现象 204.2.1推挽式变压器偏磁现象产生的原因 204.2.2推挽式变压器偏磁的抑制方法 214.3推挽式升压电路设计 224.3.1推挽式DC／DC升压电路拓扑结构 224.3.2控制电路的设计 224.3.4电压采样隔离电路 254.3.5独立光伏发电系统推挽升压电路的原理图 264.3.6推挽升压电路环节电路参数的选择 274.4逆变主电路的设计 295系统软件设计与仿真 345.1主程序的设计 345.2程序设计原理 355.3PWM波形产生程序 355.4系统仿真 366结论 39致谢 40参考文献 41附录1（程序清单） 43附录2（英文文献） 50PAGE611绪论1.1太阳能光伏发电技术1.1.1太阳能光伏发电的概况随着人类工业化的进程，人类对能源的需求不断增长，与此同时，也带来了不可再生能源的日渐减少和环境污染的日益严重等问题。面对全球范围内的能源危机和环境压力，人类要解决能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模开发利用可再生能源和新能源。太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点，丰富的太阳辐射能是重要的可再生能源，取之不尽、用之不竭、无污染、廉价、是人类能够自由利用的能源。太阳能光伏发电是一种将太阳光辐射能量直接转化为电能的发电技术，它是可再生能源和新能源的重要组成部分，被认为是当今世界上最有发展前景的新能源技术。1.1.2太阳能光伏发电的发展现状及应用前景（1）世界太阳能光伏发电发展现状及前景近几年国际上光伏发电快速发展，世界上已经建成了10多座兆瓦级光伏发电系统，6个兆瓦级的联网光伏电站。美国是最早制定光伏发电的发展规划的国家。1997年又提出“百万屋顶”计划。日本1992年启动了新阳光计划，到2003年日本光伏组件生产占世界的50%，世界前10大厂商有4家在日本。而德国新可再生能源法规定了光伏发电上网电价，大大推动了光伏市场和产业发展，使德国成为继日本之后世界光伏发电发展最快的国家。瑞士、法国、意大利、西班牙、芬兰等国，也纷纷制定光伏发展计划，并投巨资进行技术开发和加速工业化进程。世界光伏组件在1990年—2005年年平均增长率约15%。20世纪90年代后期，发展更加迅速，1999年光伏组件生产达到200兆瓦。商品化电池效率从10%～13%提高到13%～15%，生产规模从1～5兆瓦/年发展到5～25兆瓦/年，并正在向50兆瓦甚至100兆瓦扩大。光伏组件的生产成本降到3美元/瓦以下。2006年的光伏行业调查表明，到2010年，光伏产业的年发展速度将保持在30%以上。年销售额将从2004年的70亿美金增加到2010年的300亿美金。（2）国内太阳能光伏发电发展现状及前景中国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17000亿吨标准煤。太阳能资源开发利用的潜力非常广阔，具有巨大的开发潜能。中国光伏发电产业于20世纪70年代起步，90年代中期进入稳步发展时期。太阳电池及组件产量逐年稳步增加。经过30多年的努力，已迎来了快速发展的新阶段。在“光明工程”先导项目和“送电到乡”工程等国家项目及世界光伏市场的有力拉动下，我国光伏发电产业迅猛发展。根据《可再生能源中长期发展规划》，到2020年，我国力争使太阳能发电装机容量达到1.8GW（百万千瓦），到2050年将达到600GW（百万千瓦）。预计，到2050年，中国可再生能源的电力装机将占全国电力装机的25%，其中光伏发电装机将占到5%。未来十几年，我国太阳能装机容量的复合增长率将高达25%以上。1.1.3太阳能光伏发电的优点太阳光辐射能经太阳能电池转换为电能，再经过能量存储、能量变换控制等环节，向负载提供合适的直流或者交流电能。与常规发电及其他绿色能源发电技术相比，太刚能光伏发电技术有以优点：(1)是真正的无污染排放、不破坏环境的可持续发展的绿色能源；(2)能量具有广泛性，随处可得，不受地域的限制；(3)由于无机械转动部件而运行可靠，故障率低；(4)维护简单，可以无人值守；(5)应用场合广泛和灵活，既可以独立于电网运行，也可以与电网并网返行；(6)无需架设输电线路，可以方便地与建筑物相结合；(7)建站周期短，规模大小随意，发电效率不随发电规模的大小而变。1.2太阳能光伏发电系统1.2.1太阳能光伏发电的基本原理太阳能光伏发电的基本原理是利用太阳能电池（一种类似于晶体二极管的半导体器件）的光生伏特效应直接把太阳的辐射能转变为电能的一种发电方式，太阳能转化为电能的转换器件就是太阳能电池。当太阳能光照射到由P、N型两种不同导电类型的同质半导体材料构成的太阳能电池上时，其中一部分光线被反射，一部分光线被吸收，还有一部分光线透过电池片。被吸收的光能激发被束缚的高能级状态下的电子，产生电子—空穴对，在PN结的内建电场作用下，电子、空穴相互运动，N区的空穴向P区运动，P区的电子向N区运动，使太阳能电池的受光面有大量负电荷（电子）积累，而在电池的背光面有大量正电荷（空穴）积累。若在电池两端接上负载，负载上就有电流通过，当光线一直照射时，负载上将源源不断地有电流流过。1.2.2太阳能光伏发电系统的分类从结构特征上看，太阳能光伏发电系统可分为三种基本类型：独立运行、并网型和混合型光伏发电系统。(1)独立型光伏发电系统独立型光伏发电系统的结构如图l-1所示。独立型光伏系统一般由屋顶的太阳能电池阵列、蓄电池、逆变器及控制系统组成，太阳能电池阵列将太阳光能量收集之后由充电系统储存到蓄电池中。在蓄电池没有充满的情况下，一般由蓄电池提供电能进行逆变提供给用户，如果天气晴朗，当蓄电池充满电的情况下，也可以由太阳能电池板直接提供电能进行逆变，用户可以根据天气情况和蓄电池剩余电量的多少来判断是由蓄电池进行逆变还是直接由太阳能电池板进行逆变过程。作为家用的小型系统，独立光伏系统有其独特的优势，它体积小，便于安装使用和维护，成本较小，由于独立光伏系统中有并网系统所没有的蓄电池部分，所以可以应用更长时间，基本能够满足普通用户的需要。独立光伏系统一般将太阳能转化为电能储存在蓄电池中，然后再通过逆变成为普通用户所使用的交流电。(2)并网型光伏发电系统并网型光伏发电系统的结构如图l-2所示。并网光伏系统是指太阳能发出的直流电转化为和电网同频同相的交流电，既向负载供电，也可以向电网发电，可以分为带蓄电池的和不带蓄电池的并网发电系统。带有蓄电池的并网发电系统具有可调度性，可以根据需要并入或退出电网，还具有备用电源的功能，当电网因故停电时可紧急供电。带有蓄电池的光伏并网发电系统常常安装在居民建筑；不带蓄电池的并网发电系统不具备可调度性和备用电源的功能，一般安装在较大型的系统上。(3)混合型光伏发电系统混合型光伏发电系统的结构如图l-3所示。混合型光伏发电系统是在系统中增加一台备用发电机组，当光伏阵列发电不足或蓄电池容量不足时，可以启动备用发电机组，它既可以直接给交流负载供电，又可以经整流后给蓄电池补充充电，在混合系统中，还可以由两种可再生能源发电技术构成混合系统。最常见的是风光互补系统。1.3本文的研究内容本论文研究的目的是开发出一个高性能、价格低廉的修正正弦波输出的独立型光伏逆变系统。针对独立光伏系统进行较为深入的分析，对于系统的工作原理、结构、控制方法、参数选择等方面进行论证，主要有以下几方面内容：(1)在介绍太阳能电池板的分类特点，蓄电池的特性的基础上对太阳能电池板和蓄电池进行选型和设计，并对蓄电池的充放电的控制进行研究。(2)对独立型光伏系统的不同主电路结构拓扑结构，工作原理，控制策略进行详细的分析，并根据设计要求选择合适的拓扑结构。(3)对系统进行可靠性设计，提出对系统的保护方法和系统设计可靠的辅助电路。(4)根据系统设计目标，用高频技术研制了500W修正正弦波输出逆变电源，具体设计指标如下：输入电压：12V输出电压：220V输出频率：50Hz输出功率：500W效率：80%过载能力：110%-120%2独立光伏发电系统的研究与设计2.1独立光伏发电系统的组成独立太阳能光伏发电系统的典型结构框图如上图2-1所示，主要由太阳能电池方阵、太阳能控制器、蓄电池组、逆变器四部分构成。图2-1独立光伏发电系统的组成2.1.1太阳能电池太阳能电池是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光能通过半导体物质转变为电能的一种器件，这种光电转换过程是通过“光生伏特效应"实现的，因此又被称为“光伏电池”，其作用是将太阳能转化为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。2.1.2蓄电池组蓄电池是独立光伏发电系统中必须的储能部件。在设计选择光伏系统蓄电池时需要考虑的指标因素很多，如容量、电压、放电深度、循环寿命、充放电性能、自放电率、运行温度及维护要求等等。光伏系统对蓄电池组的要求是：（1）自放电率低；（2）使用寿命长；（3）深放电能力强；（4）充电效率高；（5）少维护或免维护；（6）工作温度范围宽；（7）价格低廉。综合考虑以上各因素，本系统采用市场上普遍使用的VRLA蓄电池。2.1.3逆变器光伏电池阵列所发出电能为直流电，而大多数用电设备需交流供电，所以系统必须将直流电转换为用户所需要的交流电。逆变器是一种由半导体器件组成的电力调整装置，主要用于把直流电力转换成交流电力。一般由升压电路和逆变桥式电路构成。升压电路把太阳电池的直流电压升压到逆变器输出控制所需的直流电压；逆变桥式电路则把升压后的直流电压等价地转换成常用频率的交流电压。对逆变器的基本要求是：（1）能输出一个电压稳定、频率稳定的交流电，无论是输入电压发生波动还是负载发生变换，都要能达到一定的电压精度；（2）具有一定的过载能力，一般能过载120%-150%；（3）输出电压波形含的谐波成分应尽量少；2.1.4控制器控制器是光伏发电系统的核心部件之一，主要用于实现整套系统地充、放电管理控制。对于蓄电池部分，太阳能光伏阵列发出的直流电能，经过控制器对蓄电池进行充放电控制，如MPPT控制；但由于本文设计的的光伏逆变系统低电压输入，太阳能电池板满足输出电流小，蓄电池组处于充放电的循环状态，综合考虑成本，经济效益等方面，因此不考虑对蓄电池的控制，只进行基本的稳压措施即可。2.2独立光伏发电系统对逆变电源设计的要求逆变电源部分将太阳能电池或蓄电池的直流电转化为交流电供用户使用，是光伏系统的关键部件。光伏发电系统对逆变电源有较高的要求：（1）具有较高的效率。由于目前太阳电池的价格偏高，为了最大限度地利用太阳电池，提高系统效率，必须设法提高逆变电源的效率。（2）具有较高的可靠性。目前光伏发电系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变电源具有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变电源具备各种保护功能，如输入直流极性接反保护，交流输出短路保护，过热，过载保护等。（3）直流输入电压具有较宽的适应范围。由于太阳电池的端电压随负载和日照强度而变化，蓄电池虽然对太阳电池的电压具有钳位作用，但由于蓄电池的电压随蓄电池剩余容量和内阻的变化而波动，特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大，如12V蓄电池，其端电压可在10V～16V之间变化，这就要求逆变电源必须在较大的直流输入电压范围内保证正常工作，并保证交流输出电压的稳定。（4）在中、大容量的光伏发电系统中，逆变电源的输出应为失真度较小的正弦波。这是由于在中、大容量系统中，若采用方波供电，则输出将含有较多的谐波分量，高次谐波将产生附加损耗，许多光伏发电系统的负载为通信或仪表设备，这些设备对电网品质有较高的外，当中、大容量的光伏发电系统并网运行时，为避免对公共电网的电力污染，也要求逆变电源输出正弦波电流。2.3主电路拓扑结构的设计2.3.1升压环节拓扑结构比较升压环节实际上是DC-DC开关电源，DC-DC变换器的拓扑结构有很多，但本设计的是作为逆变电源的直流升压环节，需要有电气隔离。故此，只介绍以下几种结构：(1)正激式如图2-2所示，电路拓扑简单，在变压器绕组中加一去磁绕组就可以实现去磁，是中小功率变换器常用的设计方案。但是，这种拓扑存在许多不足之处。首先变压器铁芯单向磁化，利用率低，主功率管承受两倍的输入电压，只能适合低压输入电路。其次，主功率管一般占空比小于0.5。另外，由于添加了去磁绕组使变压器的结构复杂化，变压器工艺水平的高低将直接影响到电路的性能。图2-2正激式变压器电路结构(2)推挽式如图2-3所示，电路结构简单，可以看成两个完全对称的单端反激式交换器的组合。因此变压器铁芯是双向磁化的，相同铁芯尺寸下，推挽电路比正激式电路输出更大的功率。但电路必须有良好的对称，否则铁芯容易引起电流偏磁饱和。另外，由于变压器原边漏感的存在，使主功率管必须承受超过两倍电源电压，因此功率管电压尖峰很大，承受较大电压应力。适合低压大电流场合。图2-3推挽式变压器电路结构(3)半桥式如图2-4所示，变压器铁芯不存在直流偏磁现象，变压器两象限工作，利用率高，功率管只承受电源电压，适合高压中功率场合。图2-4半桥式变压器电路结构(4)全桥式如图2-5所示，功率管只承受电源电压。并且铁芯利用率高，易采用软开关的工作方式，但功率器件较多，控制及驱动较复杂，并且存在直通现象，适合大功率场合。图2-5全桥式变压器电路结构(5)反激式如图2-6所示，它的电路形式与正激式变换器相似，主功率管的承受的电压也相同，只是变压器的接法不同。从输出端看，反激式是电流源，不能开路。图2-6反激式变压器电路结构此外，目前市场流行的升压方式为BUCK-BOOST，但本系统输入端电压12V，属于低压，若想得到工频220V输出电压，必须含有变压器升压环节，综合考虑上述各拓扑结构的优劣，选择推挽变换方式。推挽电路结构简单，适用于低压大电流的场合，正好满足本文独立光伏系统的设计要求。2.3.2逆变电源的基本工作原理逆变电源的拓扑结构有很多，根据结构不同，可分为单相半桥、单相全桥、三相桥式逆变器；但是，其基本原理相同，都是把直流电变为交流电输出，因此本文对结构简单的电压型单相全桥逆变电路为例进行介绍,电路如图2-7所示。图2-7电压型单相全桥逆变电路结构全控型开关器件T1、T4同时导通与关断；T3、T2同时导通与关断；T1（T4）与T2（T3）的驱动信号互补，即T1、T4和T2、T3周期性地改变通断状态，周期T对应2π弧度，输出电压基波频率f=1/T。在每个周期各对开关管通断半个周期就产生180度的方波电压。2.3.3光伏发电系统中逆变器主电路拓扑结构比较（1）工频变压器（DC-AC)将直流电压逆变成有效值基本不变的PWM波形，由工频变压器升压得到220V交流电压。这种电路方式效率比较高(可达90％以上)、可靠性较高、抗输出短路的能力较强。但是，它响应速度较慢，波形畸变较重，带非线性负载的能力较差，而噪声大。由于采用工频变压器，体积大，质量大，价格也较贵。（2）高频变压器构(DC-AC-DC-AC)首先将直流电压逆变成高频方波，经高频变压器升压，再整流滤波得到一个稳定的高压直流电(一般300V以上)。然后高压直流通过逆变电路实现逆变得到220V或者380V交流电。系统逆变效率可以达到90％以上，由于这种电路形式采用了高频变压器，体积、重量、噪音等均明显减小。该电路的缺点是电路相对复杂。2.3.4独立光伏发电系统中逆变器控制方法的比较光伏逆变器实现输出正弦波的工频电压，控制方案的实现通常分为模拟控制和数字控制，具体实现方案有以下几种：(1)模拟控制。控制脉冲的生成，控制算法的实现全部由模拟器件完成。优点是技术前常成熟。但存在很多固有缺点：①控制电路的元器件比较多，体积庞大,结构复杂；②灵活性不够，硬件电路一旦设计完成，控制策略就不能改变；③由于元器件特性的差异，致使电源一致性差，且模拟器件的工作点漂移。会导致系统参数的漂移，从而给调试带来不便。（2)由单片机实现数字控制。为改善系统的控制性能，通过模拟、数字(A\D)转换器，将微处理器与系统相连，在微处理器中实现数字控制算法，然后通过输入、输出口或脉宽调制口(PWM)发出开关控制信号。但单片机控制也存在一些缺点，比如控制灵活行不够，由于程序执行的时间限制导致在升压及逆变环节的稳压控制跟随性差，不能有效起到稳压作用；另外，当系统复杂时，对单片机要求比较高，芯片发热问题等等都是设计时需要考虑的因素。(3)由DSP实现数字控制。数字信号处理（DSP-digitalsignalprocessing）是一门涉及许多领域的新兴学科，在现代科技发展中发挥着极其重要的作用。近年来，数字信号处理理论在不断取得进步的同时，随着半导体技术的突飞猛进，专用的数字信号处理器芯片也获得了飞速发展。数字信号处理器是在模拟信号变换为数字信号后对数字信号进行高速实时处理的专用处理器，它具有计算速度快、体积小、功耗低等优点，是实现数字信号处理的强大工具。但DSP入门门槛较高，开发成本高，造价也较高。本系统的逆变拓扑是两级变换，前级DC-DC推挽式升压部分采用PWM控制，利用专用集成芯片SG3525对输入电压进行稳压；逆变部分采用单相全桥的PWM控制，考虑本设计性能指标以及开发能力，价格成本等因素，采用PIC16F73单片机对逆变环节进行PWM调制，具有成本小，易于生产制作的特点。2.3.5独立光伏发电逆变电源的系统结构框图太阳能电池板将太阳能转换成源源不断的直流电，经过单片机对其充放电进行控制，使输出为稳定的12V，12V的直流电经过推挽升压后滤波，进行全桥整流得到360V的高压直流电，再经过逆变电路输出工频交流电。直流升压采用推挽电路，工作频率在100kHz。升压变压器采用高频磁芯材料，因而具有体积小、重量轻的特点；后级的单相全桥逆变电路，采用PWM调制，经滤波电路得到220V50Hz的工频交流输出。3光伏发电电池容量及光伏阵列的设计本文设计的目标是开发出500W的户用型中小功率光伏发电系统，在考虑设计指标和开发成本的基础上，基于目前比较普遍的容量计算方法，对本系统的蓄电池容量以及太阳能电池板的设计如下：3.1太阳能光伏发电蓄电池组的设计3.1.1蓄电池容量设计的基本原理设计思想是保证在太阳光照连续低于平均值的情况下负载仍可以正常工作。为了量化评估太阳光连续低于平均值的情况，首先需要引进一个参数：自给天数，即系统在没有任何外来能源的情况下，负载仍然能正常工作的天数。一般来说，自给天数由两个因素决定：负载对电源的要求程度和光伏发电系统安装处的最大连续阴雨天数。本文的光伏系统中使用的蓄电池为VRLA铅酸蓄电池。(1)基本公式将每天负载需要的用电量乘以根据实际情况确定的自给天数就可以得到初步的蓄电池容量，再除以蓄电池的允许最大放电深度即可得到所需的蓄电池容量。最大放电深度的选择需要参考光伏系统中使用的蓄电池的性能参数，通常情况下，深循环型蓄电池推荐使用80%的放电深度（DOD）；浅循环型蓄电池推荐使用50%的放电深度（DOD）。基本公式如下：（3-1）每个蓄电池都有它的标称电压，为了达到负载工作的标称电压，我们将蓄电池串联起来给负载供电，需要串联的蓄电池的个数等于负载的标称电压除以蓄电池的标称电压。当蓄电池总容量大于单个蓄电池容量时，我们需要将单个蓄电池并联起来组成总容量。公式如下：（3-2）（3-3）(2)公式的修正对于铅酸蓄电池，蓄电池的容量不是一成不变的与两个重要因素有关：蓄电池的放电率和环境温度。=1\*GB3①放电率对蓄电池容量的影响。蓄电池的容量随放电率的降低（即蓄电池放电时间变长）而相应增加，这样就会对我们的容量设计产生影响。进行光伏系统设计时就要为所设计的系统选择在恰当的放电率下的蓄电池容量。通常，生产厂家提供的是蓄电池额定容量是10小时放电率下的蓄电池容量。但是在光伏系统中，因为蓄电池中存储的能量主要是为了自给天数中的负载需要，蓄电池放电率通常较慢，光伏供电系统中蓄电池典型的放电率为100～200小时。在设计时我们要用到在蓄电池技术中常用的平均放电率的概念。公式如下：（3-4）对于多个不同负载的光伏系统，负载的工作时间可以使用加权平均负载工作时间。公式如下：（3-5）根据上面两式就可以算出光伏系统的实际平均放电率，根据蓄电池生产商提供的该型号电池在不同放电速率下的蓄电池容量，就可以对蓄电池的容量进行修正。=2\*GB3②温度对蓄电池容量的影响。一方面，蓄电池的容量随温度的下降而下降通常，铅酸蓄电池容量是在25℃时标定的，随着温度的降低，0℃时的容量大约下降到额定容量的90%,而在-20℃的时候大约下降到额定容量的80%，所以必须考虑蓄电池的环境温度对其容量的影响。如果光伏系统安装地点的气温很低，这就意味着按照额定容量设计的蓄电池容量在该地区的实际使用容量会降低，也就是无法满足系统负载的用电需求。在实际工作的情况下就会导致蓄电池的过放电，减少蓄电池的使用寿命，增加维护成本。这样，设计时需要的蓄电池容量就要比根据标准情况（25℃）下蓄电池参数计算出来的容量要大，只有选择安装相对于25℃时计算容量多的容量，才能够保证蓄电池在温度低于25℃的情况下，还能完全提供所需的能量。蓄电池生产商一般会提供相关的蓄电池温度-容量修正曲线在该曲线上可以查到对应温度的蓄电池容量修正系数。另一方面，蓄电池的最大放电深度受低温的影响在寒冷气候条件下，如果蓄电池放电过多，电解液凝结点上升，电解液就可能凝结，以致损坏蓄电池。如图二给出了一般铅酸蓄电池的最大放电深度与蓄电池温度的关系。图3-1蓄电池最低温度与最大放电深度关系图修正后公式如下：（3-6）3.1.2蓄电池容量的计算根据上述蓄电池容量的设计原理及分析，对每个参数设计时的分析总结如下：（1）最大允许放电深度：一般而言，浅循环蓄电池的最大允许放电深度为50％，而深循环蓄电池的最大允许放电深度为80％。如果在严寒地区，就要考虑到低温防冻问题对此进行必要的修正。设计时可以适当地减小这个值扩大蓄电池的容量，以延长蓄电池的使用寿命。例如，如果使用深循环蓄电池，进行设计时，将使用的蓄电池容量最大可用百分比定为60％而不是80％，这样既可以提高蓄电池的使用寿命，减少蓄电池系统的维护费用，同时又对系统初始成本不会有太大的冲击。根据实际情况可对此进行灵活地处理。（2）温度修正系数：当温度降低的时候，蓄电池的容量将会减少。温度修正系数的作用就是保证安装的蓄电池容量要大于按照25℃标准情况算出来的容量值，从而使得设计的蓄电池容量能够满足实际负载的用电需求。（3）指定放电率：指定放电率是考虑到慢的放电率将会从蓄电池得到更多的容量。使用供应商提供的数据，可以选择适于设计系统的在指定放电率下的合适蓄电池容量。本文设计的光伏发电系统为中小功率的小型系统，假设负载每天耗电为5kWh／天，负载平均工作时间lOh，系统所处地平均最低温度为典型温度-10℃，选择自给天数为5天，蓄电池选用深度循环电池，放电深度为80％。设逆变器效率为85％，输入直流电压为12V。则计算的日平均负载需求为5kWh／(85％x12V)=490.196Ah系统所在地平均最低温度-10℃，则根据相关文献资料的铅酸蓄电池最大放电深度-温度曲线，选放电深度为70％，典型温度-放电率一容量变化图中，在平均放电率接近50小时率，-10℃时的放电率下，温度修正因子为0．8。由公式（3-4）得平均放电率为：由公式（3-6）得蓄电池容量为：经分析计算可知，本系统设计可选用蓄电池规格为12V100Ah，则串联蓄电池数量为1，并联蓄电池数量为4376.75Ah/100Ah=43.7675，取整为44块。3.2太阳能光伏阵列的设计3.2.1太阳能电池组件设计的基本原理太阳能电池组件设计的主要原则是满足负载的每日用电需求，当设计的太阳能电池组件输出等于全年负载需求的平均值时，太阳能电池组件将提供负载所需要的所有能量，但这意味着每年将有近一半的时间蓄电池处于亏电状态。蓄电池长时间处于亏电状态将使蓄电池的极板硫酸盐化。而在独立光伏系统中没有备用电源在天气较差的情况下给蓄电池进行再充电，这样蓄电池的使用寿命和性能将会受到很大影响，使整个系统的运行费用也将大幅度增加。所以在计算系统容量过程中要以该地方光照最恶劣季节里的负载需求来计算，也就是保证在光照最差的情况下蓄电池也能够完全的充满电，这样蓄电池全年可达到全满状态，可延长蓄电池的使用寿命减少维护费用。3.2.2太阳能电池组件配置计算(1)基本公式计算太阳能电池组件数量的基本方法是用负载平均每天所需要的能量（安时数）除以一块太阳能电池组件在一天中可以产生的能量即组件日输出（安时数），这样就可以算出系统需要并联的太阳能电池组件数，其中组件日输出的计算为太阳能光伏组件最大工作点电流（安）乘以每日太阳辐照最小时数（小时），使用这些组件并联可以产生系统负载所需要的电流。用系统的标称电压除以太阳能组件的标称电压，就可以得到需要串联的太阳能组件数，使用这些太阳能电池组件串联就可以产生系统负载所需要的电压。基本公式如下：（3-7）（3-8）（3-9）(2)公式的修正太阳能电池的输出，会受到一些外在因素的影响而降低，根据上述基本公式计算出的太阳能电池组件，在实际情况下通常不能满足光伏系统的用电需求，为了得到更加正确的结果，有必要对上述基本公式进行修正，首先对引入的几个术语进行说明：=1\*GB3①库仑效率在蓄电池的充放电过程中，铅酸蓄电池会电解水，产生气体逸出，所以太阳能电池组件产生的电流中将有一部分不能转换存储起来而是耗散掉。我们用蓄电池的库仑效率来评价这种电流损失，不同的蓄电池库仑效率不周，通常认为有5%-10％的损失，设计中一般将负载增加10％以应付库仑效率。=2\*GB3②衰减因子由于太阳能电池实际工作中会受到外界环境的影响。将太阳能电池组件输出降低10%在实际工作情况下，太阳能电池组件的输出会受到外在环境的影响而降低，如泥土、灰尘的覆盖和组件性能的慢慢衰变等。通常的做法就是在计算的时候减少太阳能电池组件的输出的10%来解决上述不可预知和不可量化的因素。③组件日输出计算用峰值小时数的方法来估算太刚能电池组件的输出。该方法是将倾斜面上的太阳辐射转换成等同的利用标准太阳辐射1000W／1112照射的小时数。而组件的日输出=峰值小时数×组件的峰值电流。修正后公式如下：（3-10）（3-11）（3-12）本文设计的独立光伏发电系统，采用典型的12V50W的光伏组件，最大工作点电流为2.9A，假设平均每天辐照5小时，则组件日输出为2.9A5.0h=14.5Ah/天。根据对库伦效率及衰减因子的理论分析，取库伦效率为0.9，衰减因子为0.9，则根据公式计算结果如下：并联组件数量490.196Ah/（0.9*14.5*0.9）=41.74，取整42串联组件数量12V12V=1故取12V50W的光伏组件，并联组件数量为42，串联组件数量为1，总计42块。4独立光伏发电系统逆变电源的设计4.1推挽式DC／DC变换器原理介绍图4-1所示推挽电路工作原理如下，开关Sl、S2交替导通。当Sl通时，D2、D3导通；当S2通时，D1、D4导通。当Sl或S2通时，电感工的电流逐渐上升；两个开关都断开时，电感L的电流逐渐下降。为避免两管均导通造成变压器原边短路，Sl、S2的占空比均不能大于50％，并相互错开以留有一定的死区。4.2推挽式电路变压器的偏磁现象推挽变换器电路拓扑的特点就是结构有很好的对称性，应用方便。但是这种变换器中普遍存在一个非常棘手的问题，即变压器的偏磁现象。偏磁严重时会导致变压器磁心单向饱和，致使原边绕组瞬时过流，损毁功率器件。因此要采取相应的偏磁抑制措施来保证变压器处于对称平衡运行状态。4.2.1推挽式变压器偏磁现象产生的原因理论上对于两个MOSFET管正，负半周的电压波形对称，磁通在正负两个方向变化时，在一个管道通时有正的增量，另一个管导通时有负的增量，理论上无直流磁化分量，故磁通正负对称，励磁电流也正负对称。但是在实际中导致变压器偏磁的原因主要有以下几种：(1)功率管中器件通态压降存在差异。两个MOSFET开关管上的压降不等。这将导致加在变压器原边绕组上的电压波形正、负幅值不等。(2)两路驱动信号传输过程中的延迟不同，功率器件自身开关速度上存在差异。这将导致变压器绕组上的电压波形正、负脉宽不等。(3)由滤波电感的滤波作用使两个二次侧绕组电流最大值差别较小，每个二次绕组与相应一次绕组的磁动势受到牵制。（每个二次绕组磁动势接近于两个一次绕组磁动势的平均值）。（4)推挽电路的全部时间都被强制箝位，没有像单端电路那样的负电压面积自动和正电压面积相平衡的时间上和电压上的自由度。4.2.2推挽式变压器偏磁的抑制方法推挽式变压器偏磁抑制方法，可从主电路和控制电路两方面着手。(1)尽量选用特性一致的开关管，并适当增大变压器磁芯面积，或使磁芯保留一定的气隙，使之在电路不平衡的状态下，磁通不至于饱和。加大功率器件的容量，可以使偏磁的危害得到缓解。其缺点是使开关电源的效率降低。(2)在高频变压器的原边串联一无极性电容，可以有效地防止直流偏磁。但是电容的存在降低了功率传递的效率，影响了装置的动态性能；同时，脉冲电压严重不对称时电容上压降有可能超过电源电压的lO％，从而使装置在电源电压下降或负载波动较大时运行不稳定。(3)控制电路采用电流型控制芯片，利用其自动平衡伏秒积的特点，通过检测流过器件的电流，并以此来调整PWM控制器两路输出脉冲的宽度，将变压器励磁电流控制在一定范围内，来达到防止偏磁的目的，这是最有效的措施。本文设计采用特性一致的MOSFET作为功率开关器件，变压器设计时也适当增大磁芯面积、使磁芯保留一定的气隙。然而控制芯片采用的是SG3525。由于这是电压型控制芯片，其优点是只有电压环，单环控制容易设计和分析；波形振幅坡度大，因而噪声小，工作稳定；多模块输出时，低阻抗输出能提供很好的交互控制。缺点是扰动必须转化为输出扰动，才能被电压环反馈，系统响应慢。因此抑制变压器运行过程中的偏磁现象，除了在主电路的设计上有效抑制偏磁现象之外，对于控制芯片SG3525的软启动时间可以适当延长，使电压缓慢建立。4.3推挽式升压电路设计推挽式升压电路环节的设计包括主电路拓扑结构的设计、控制电路、输出整流滤波电路以及保护电路等。4.3.1推挽式DC／DC升压电路拓扑结构推挽式升压电路也有不同的拓扑结构，在变压器部分副边电路不同，本文采用图4-1的电路拓扑结构。4.3.2控制电路的设计（1）控制方式在对电路的反馈控制时，根据反馈方式的不同，控制方式可以分为电压控制型和电流控制性。脉宽调制（PWM）型高频开关稳压电源只对输出电压进行采样，实行的是闭环控制，这种控制方式属电压控制型，是一种单环控制系统。而电流控制型DC／DC开关变换器是在电压控制型的基础上，增加了电流反馈环，形成了双环控制系统，这使得高频开关稳压电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有所进步，是目前较为理想的工作方式。=1\*GB3①电压控制型的基本原理电压控制型的基本原理图如图4-2所示。电源输出电压与参考电压比较放大，得到误差信号再与斜坡信号比较后，由PWM比较器输出一定占空比的系列脉冲，这就是电压控制型的基本原理。电压型控制方式的优点是控制简单，易于设计和分析，抗干扰性能强，其最大缺点是动态响应速度慢。当输入电压变换时，开关管电流首先变换，而检测电路对电流的变化没有直接的反映，要等到输出电压发生变化后才去调节脉宽，由于滤波电路的滞后效应，这种变化需要多个周期后才能表现出来，动态响应速度缓慢，输出电压的稳定性也受到一定的影响。从控制系统的角度来说，开关变换器是个二阶系统，有两个状态变量。电压控制型中电源电路的电感没有参与控制，是个独立变量，只有对控制电路进行仔细设计才能使闭环系统稳定工作。因此，电压型控制系统的静态性能，动态性能与稳定性之间存在着矛盾。图4-2电压控制型原理=2\*GB3②电流控制型的基本原理电流控制型正是基于电压控制型的缺点而发展起来的，从如图4-3所示的电路中可以看到，它除保存了电压控制型的输出电压反馈外，又增加了一个电流反馈环节。所谓电流控制型，就是在脉宽比较器的输进端将电流采样信号与误差放大器的输出信号进行比较，以此来控制输出脉冲的占空比，使输出的峰值电流跟随误差电压变化。图4-3电流控制型原理电流控制型的工作原理是：首先采用恒频时钟脉冲置位锁存器的输出脉冲驱动功率管，使其导通，此时电源回路中的电流脉冲逐渐增大，当电流在采样电阻R两端电压幅度达到时，脉宽比较器状态翻转，锁存器复位，驱动信号变低，开关管关断，直到下一个时钟脉冲使RS锁存器置位，这样逐个检测和调节电流脉冲，就可达到控制电源输出的目的了。电流控制型具有快速的瞬态响应和高度的稳定性。当电源输入电压或负载发生变化时，反馈的电感电流变换率能直接跟随输入电压和输出电压变换，只要开关管电流脉冲一达到设定的幅值。脉宽比较器就动作，开关管关断，保让了输出电压的稳定。从控制系统的角度来说，电流控制器既有形成误差的外环，又有开关管瞬态电流内环，是一种双环控制。在本文的系统设计中，由于系统前级采用模拟芯片进行控制，对整个系统的抗干扰性有特别高的要求，考虑电压型控制方式抗干扰性能强、控制简单、易于设计，因此采用电压型控制方案，对于其动态响应速度慢的固有缺点，采SG3525控制芯片时通过调整软启动延时时间来缓解。（2）PWM控制芯片SG3525的介绍=1\*GB3①PWM控制芯片SG3525功能简介SG3525为美国硅通用半导体公司（SiliconGeneral）推出的用于驱动N沟道功率MOSFET的电压控制性PWM控制器，在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。=2\*GB3②SG3525引脚功能及特点工作电压范围宽：8—35V。5.1V微调基准电源。振荡器工作频率范围宽：100Hz—400KHz.具有振荡器外部同步功能。死区时间可调。内置软启动电路。具有输入欠电压锁定功能。具有PWM琐存功能，禁止多脉冲。逐个脉冲关断。双路输出（灌电流/拉电流）（3）SG3525控制电路的原理图图4-4SG3525控制外围电路工作频率100KHz，计算公式为：锯齿波的基本周期T为：频率：f=1/T4.3.4电压采样隔离电路推挽升压电路实现了输入与输出之间的隔离，因此，输出是浮地的。由于输入与输出通过控制系统形成了另一个回路。因此在反馈环中也需要某种形式的隔离。否则，电源会由于主电路对控制电路的干扰而不能正常工作，甚至会危及人身安全。常用的隔离方法有：（1）变压器隔离通常在驱动电路与开关器件之间使用脉冲变压器来驱动和隔离。（2）光耦隔离这种隔离方法简单，价格便宜，体积也小。然而光耦是一种非线性元件，需要增加偏置电路来产生线性的传输函数。其控制精度在光耦线性变化范围内还可以，但在光耦饱和时精度不高。（3）采用专门隔离器件如电压霍尔或电流霍尔元件，这种办法控制精度高，但是价格昂贵。综合考虑各种因素，本文采用TL431和TLP521组成的光耦隔离电路。如图4-5所示：图4-5光耦隔离电路TLP521的原边相当于一个发光二极管，原边电流If越大，光强越强，副边三极管的电流Ic越大。副边三极管电流Ic与原边二极管电流If的比值称为光耦的电流放大系数，利用原边电流变化将导致副边电流变化来实现反馈。TL431的工作原理相当于一个内部基准为2.5V的电压误差放大器，所以在1脚与3脚之间接补偿网络。TL431和TLP521组成的光耦隔离电路的工作原理为当输出电压升高时，TL431的1脚(相当于电压误差放大器的反向输入端)电压上升，3脚(相当于电压误差放大器的输出脚)电压下降，光耦TLP521的原边电流If增大，光耦的另一端输出电流Ic增大，电阻R23上的电压降增大，FN引脚电压下降，FN接SG3525的PWM反相输入端，占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压降低时，调节过程类似。4.3.5独立光伏发电系统推挽升压电路的原理图根据上文的设计说明，对独立光伏发电系统推挽升压环节的原理图设计如图4-6所示：图4-6推挽升压电路的原理图4.3.6推挽升压电路环节电路参数的选择推挽升压电路中主要的元件包括：高频变压器、N沟道MOSFET开关管、高频整流二极管、输出滤波电容、输出滤波电感。对于SG3525外围电路参数设计参考SiliconGeneral公司提供的数据手册。本文设计的光伏发电系统指标如下：输入12V输出频率为50Hz输出功率为500W输出电压220V额定负载时变换效率80％过载能力110％-120%由于输出电压220v，因此有单相全桥整流的工作原理可知，对于输入电压最小值为，因此，本文设计时使直流升压输出电压为360V。（1）变压器参数设计对于500W用EE42的磁芯足够，设定原边为2匝，副边为360V/12V=60匝，但在12V的情况下，要做到500W，主要问题是绕线比较难，可能绕不下。此时可以用EE55的。考虑到110%-120%的过载能力，对参数设计计算如下：初级2+2初级平均电流：(500*120%/12)/0.85=58.82A以每平方MM5A估算：58.82/5=11.76平方MM0.8的线截面积为0.5平方MM股数=11.76/0.5=23.53根（12根一边）次级60T次级平均电流=500*120%/360V=1.67A导线截面积=1.67A/5=0.33平方MM故采用0.8MM的一根线就足够。（2）N沟道MOSFET开关管的选择推挽升压电路中开关管承受的最高稳态电压为两倍的最大输入电压。输入电压为12V考虑到变压器漏感引起的电压尖蜂的影响，VDm为取3倍左右，即选择的MOSFET开关管承受电压在50V左右较合适。对于电流，一般电压峰值时的电流峰值为最大值的2倍，即为58.82×2=117.64A。因此选用锐俊半导体的RU6099，参数为VDs=60V，Id=120A，RDs=6m欧，能够满足设计要求。（3）DC/DC整流二极管的选择整流二极管的设计要去为具有正向压降小，反向漏电流小，反向恢复时间短等的特点。通常使用的整流二极管有快恢复二极管和肖特基二极管。肖特基二极管的上正向通态压降很小，为0．3-0．8V，而快恢复二极管的导通压降都在1V以上。因此，采用肖特基二极管可以减小通态损耗；但肖特基二极管的反向耐压较低而且反向漏电流较大。本文设计中，整流输出电压为360V而实际考虑电压尖峰的因素，一般整流二极管需要承受2-3倍的电压，因此本文选用RHRP8120快恢复二极管，Vrrm为1200V，Ifs最大100A，最高结温175℃，能够满足设计要求。（4）DC/DC输出滤波电感与电容的选择电感的阻抗与频率成正比，可以阻扼高频通过。电感滤波属于电流滤波，是靠通过电流产生电磁感应来平滑输出电流，防止电流尖峰。输出整流滤波电容的作用主要是通过利用吸收开关频率及其高次谐波频率的电流分量而滤除其纹波电压分量。也就是说是利用电容的低阻抗而将交流电流分量的绝大部分，更希望是全部分流到滤波电容器上，使输出电流没有或非常小的交流电流分量。在本文的系统设计中，根据工程设计经验，取电感10mH,滤波电容100pF即可。4.4逆变主电路的设计独立光伏发电系统逆变电路的设计主要包括逆变主电路的设计、控制电路、保护电路、驱动电路等的设计。单相逆变电路最常用的结构有半桥和全桥两种，半桥电路结构简单，但输出电压低；全桥电路相对复杂，但控制灵活，且输出电压是半桥电路的两倍，因此逆变主电路采用单相全桥电压型。如图4-7所示为逆变环节主电路图。对输入的直流电进行PWM调制，经过LC滤波输出。采用电压瞬时值反馈，对输出电压进行采样隔离，反馈信号送给控制芯片，通过PWM生成环节产生各功率管的开关信号，控制功率管的通断，使输出电压尽可能跟踪给定信号。图4-7逆变电路的拓扑图（1）控制方法对于独立型光伏逆变电源的逆变部分，本文采用脉宽调制方式，得到修正正弦波。PWM(PulseWidthModulation)控制就是脉宽调制技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值)。（2）控制芯片控制芯片为Microchip公司的PIC16F73单片机。PIC单片机是采用RISC结构的高性价比嵌入式控制器，采取数据总线和地址总线分离的Harvard双总线结构，具有很高的流水处理速度。PIC16F73最高时钟频率为20MHZ，每条指令执行周期200ns，由于大多数指令执行时间为一个周期，因此速度相当快。其内含192字节的RAM，4K程序存储器、5路A/D转换及2路PWM波发生器，应用时外围电路极其简单，是理想的单相逆变电源数字控制器。单片机通过内部软件产生两路PWM控制信号，然后经过逻辑门变换电路变换成逆变全桥所需的四路驱动信号，再经专用驱动芯片TLP250隔离放大后，分别加到逆变全桥四个IGBT的栅极，进行驱动控制。（3）PWM控制电路=1\*GB3①PIC16F73供电电源由于本文设计的光伏发电系统只有蓄电池提供的12V电压，故此芯片的5V供电电源需要进行电压转换，采用78L05三端集成稳压器，其电路接法如图4-8所示：图4-878L05电平转换电路②时序和死区电路在电路工作中,开关管的关断时间往往长于接通建立时间,会出现上下桥臂直通的危险,为此,电路设有死区时间。设置死区时间是为了避免由于功率开关的时延存在,功率桥的同一桥臂上下开关管可能出现“直通”尖峰电流现象。另外，PIC16F73只有两路PWM输出，因此需要采用时序电路，得到四路PWM输出，如图4-9所示： 图4-9时序死区电路 ③光耦隔离电路后级输出驱动开关管时同样需要进行光耦隔离，为了简化电路，采用4个TLP250光藕，如图4-10所示。图4-10后级光耦隔离电路同时，H桥的二个上管用了自举式供电方式，因为BT电压会在10-15V之间变化，为了可靠驱动H桥，光藕250的图腾输出级工作电压一定要在12-15之间，不能低于12V，否则可能使H桥功率管触发失败。所以，这里用了一个MC34063（U9），把BT电压升至15V，如图4-11所示。图4-1112V-15V电平转换电路④电压反馈检测电路系统交流输出电压为工频220V的交流电，因此需要对输出电压进行控制及稳压，如图4-12，调节R7便可把整流电压调节到0-5V接入单片机，能够使输出电压稳定到220V。图4-12电压反馈检测电路⑤保护电路当系统中出现负载短路、过载或者控制电路失效等意外情况时，会引起流过稳压器中开关三极管的电流过大，使管子功耗增大，发热，若没有过流保护装置，大功率开关三极管就有可能损坏。因此在系统中添加保护电路十分有必要，电路如图4-13所示。图4-13保护电路（4）PWM控制电路系统图根据以上模块的设计，得出PWM控制电路如图4-14所示。图4-14PWM控制电路原理图5系统软件设计与仿真在光伏逆变电源中，软件设计完成的目标是：产生两路PWM信号，控制系统输出的交流电压稳定，输入电压的监控和故障保护功能。系统软件由主程序和中断服务程序组成，所有的外部事件都以中断方式进入控制器来操作。5.1主程序的设计NYNY开始数据单元清零工作单元赋初值端口初始化启动按下？调用子程序关中断空操作，等待复位图5-1系统主程序流程框图系统时钟初始化系统时钟初始化管脚功能的初始化定时器初始化PWM初始化返回中断控制初始化启动、定时器复位图5-2初始化子程序流程框图5.2程序设计原理以PIC单片机内部的两个外围功能模块（CCP）为基础，利用该模块具有的PWM功能，软件控制两路PWM波形的输出。再将这两路PWM波利用互补导通原则变换成4路，经隔离放大后驱动IGBT逆变器，实现对输出的控制。PIC16F73单片机内部含有两个CCP模块，都可以用来产生PWM波。由单片机产生SPWM波的基本思想就是在初始化时将PWM周期值设定，然后用定时器定时，每个周期产生一次中断，来调整脉宽，从而得到脉宽不断变化的PWM波。5.3PWM波形产生程序voidCCP2_pwm()//ccp2pwm初始化,CCP1比较初始化{TMR2ON=0;CCP1IE=0;//复位ccp//CCP2M3=0;CCP2M2=0;CCP2M1=0;CCP2M0=0;CCP1M3=0;CCP1M2=0;CCP1M1=0;CCP1M0=0;//GIE=0;ccp1=0;//禁止总中断和外围中断CCP1IF=0;CCP1M3=1;CCP1M2=0;CCP1M1=0;CCP1M0=1;//比较模式CCPR1H=0x17;CCPR1L=0xe8;//每隔6个指令周期发生比较操作TMR1L=TMR1H=0;//CCP2IF=0;CCPR2L=0X70;//设置80%的脉宽输出CCP2X=CCP2Y=0;CCP2M3=CCP2M2=1;//PWM模式PR2=0Xc7;//设置PWM的工作周期,20mhz,PWM周期=(PR2+1)*4*TOSC*TIMER2预分频比=25khzT2CKPS1=T2CKPS0=0;//timer2预分频器1TOUTPS3=TOUTPS2=TOUTPS1=TOUTPS0=0;//后分频器1//CCP1IE=1;TMR2ON=1;GIE=1;}5.4系统仿真本文首先在MPLAB集成开发环境的自带的PICC工具中编写程序，并对其进行编译，生成hex文件。然后，利用单片机仿真软件PROTEUS对系统PWM驱动模块进行仿真，仿真原理图，如图5-3所示。图5-3系统仿真原理图由附录1程序可知，设置PWM的工作周期为20mhz,PWM周期=(PR2+1)*4*TOSC*TIMER2预分频比=25khz，得到50hz的方波，设置在半个周期内，有250个高频方波即可。仿真结果如图5-4、5-5所示。图5-4系统仿真结果一图5-5系统仿真结果二6结论本文围绕对小型独立光伏发电系统的设计，从光伏电池的基本工作原理入手，对系统的光伏电池、蓄电池、变换电路和控制电路等四部分分别进行了较全面的理论分析和方案研究，对器件选用原则、设计方法和部分重要器件的相关选用进行了分析计算。本文所做的工作如下：首先，阐述了光伏发电的优点、国内外现状及发展前景。介绍了光伏发电原理和系统分类等。其次，介绍了独立光伏发电系统的构成和组建，对光伏发电系统的容量匹配进行了设计。分析并比较了现有的逆变电源总体构架，拓扑结构和逆变控制方案，确定了本系统逆变电源设计方案。逆变电源采用先升压得到高压直流后再逆变的主电路结构。再次，针对直流升压电路的设计，对推挽电路原理进行了分析，讨论了解决磁偏饱和的措施。并对电路中变压器、功率管和滤波电路的参数进行了详细合理的设计。对于逆变电路设计，逆变电路采用单相全桥逆变电路,给出控制电路硬件结构,介绍了各种保护措施的实现。最后，对系统逆变环节进行了仿真，得出了仿真波形。本文对户用型中小功率独立光伏系统的研究注重论述的全面性与设计的简单实用性，限于本人自身的理论水平和实践能力，以及实验条件和时间的有限，没对系统做出样机进行测试，对逆变部分的仿真，通过波形可以看出，没有输出50hz的频率，程序还存在缺陷，需要修改，可能是由于仿真软件本身造成，最好进行样机测试。因此在整个系统的实用化方面还有很多工作要做，需要日后做进一步的补充与改进。致谢独立型光伏发电系统是一个较新的研究领域，涉及到很多学科的理论知识，本文的研究工作虽然比较艰难，但是却具有理论与实践意义。在湖北工业大学的浓厚学术氛围中，我深深地牢记“厚德博学，求实创新”的校训，不断努力，四年的历练使我懂得了做学问最基本的修养与素质；最终，我终于完成了本科阶段的学业，并按时完成我的毕业设计论文。在此，我对那些曾经或正在帮助、支持我的老师、家人、同学和朋友表示衷心的感谢!首先，由衷感谢悉心指导我完成毕业论文的赵阳老师，学业上她给了我良师般的精心指导，她的严谨的治学态度、精深的学术造诣和乐观的生活态度，都留给我极为深刻的印象，使我受益匪浅；特别是在学习方法的授予上，给予了我深刻的启发。从她的身上，我深深地感受到作为一名真正的科技工作者所应具备的崇高道德品质、严谨求实