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  随着世界经济的迅速发展,环境问题与能源危机日益突出,可以说,环境问题和能源危机已经成为当今世界人类所面临的最大威胁之一。因此新能源的探求与利用已经成为世界的研究热点。中国拥有丰富的新能源可供开发使用,但开发使用率普遍较低,但随着社会经济的发展,新能源也在稳步想商品化能源的方向转变。

  太阳能与风能是目前应用比较广泛的两种可再生能源,他们有着自身的优点:取之不尽用之不竭,就地可取无需运输,分布广泛可靠性高,绿色能源利于生态。但也有一些弊端:1.能量密度低;2.能量稳定性差。正因如此,一个平稳清洁的电能转化并网系统显得尤为重要。

  太阳能与风能在时间上有很强的互补性(如右图),白天阳光最强时,风很小,晚间没有阳光却有很强的风,利用这两种可再生资源的互补性,会使发电系统在资源上具有最佳的匹配性。风光互补并网发电系统在缓解电网压力、电力调峰、节能减排等方面都能够起到重要的作用。

  本项目旨在使每个家庭都可以使用新能源,将太阳能与风能这两种时间上互补的能源结合起来,并通过技术手段平稳转化为50Hz交流电,使每个家庭用既是电能消费者,又是电能制造者。本项目具有绿色环保,减轻电力系统负担等优点。

  风能与太阳能平稳逆变成交流电,并自动选择时机并网,使太阳能风能供电与电网的接入,实现其监测(双向电量的计量);

  采集各个部分的电压电流数值,计算效率,谐波大小和产生的功率,显示并发回上位机;

  SPWM 控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或者其他波形。

  的宽度和间隔便可以准确计算出来。然后按照计算的结果控制电路中各开关器件的通断,就可以得到所需要的波形。但在实际应用中,人们常采用正弦波与等腰三角波相交的办法来确定各矩形脉冲的宽度。等腰三角波上下宽度与高度成线性关系且左右对称,当它与任何一个光滑曲线相交时,即得到一组等幅而脉冲宽度正比该曲线函数值的矩形脉冲,这种方法

  称为调制方法。希望输出的信号为调制波,把接受调制的三角波称为载波。当调制信号是正弦波时,所得到的便是 SPWM 波形。

  逆变桥式电路主要实现电能的变换,把直流电压变换为高频矩形脉冲形式的交流电压,低通滤波器把脉冲电压变为光滑的工频交流电。采样调理电路用来采样输出的状态变量,并把变量调节为数字控制平台接受允许范围内的信号。数字控制部分是主要的运算处理环节,运用合适的算法和措施,使输出满足系统设计的要求,驱动电路是执行环节。

  PI控制器的原理框图如2 所示。PI控制算法采用增量式PI控制算法,它的目标输入量是输入电压Ud的幅值为30V时的AD输入,实际输入量是输入的电压Ud的AD输入,它们之间的相减得到偏差信号e(t),然后用PI算式得到控制量的偏差,最后将控制量转换为SPWM的控制数据,使整个系统成为一个闭环系统,实现对SPWM的控制。

  鉴相器模块可实现同频同相的控制。同频同相的控制方法如图3 所示,鉴相器通过硬件电路将反馈信号uf和参考信号Uref的频率和相位信息通过矩形脉冲的形式反映出来,然后送往控制器的捕捉单元模块或中端口,对上升沿和下降沿,以及上升沿到上升沿的时间进行计数,上升沿和下降沿的时间差就是uf和Uref的相位差,上升沿到上升沿的时间就是uf的频率信息,然后通过软件不断的改变SPWM步长与累加器的数值,便可实现频率跟踪,通过对SPWM输出起始地址不断进行修正,实现相位跟踪。

  如图7 ,用两个半桥驱动器IR2010组成一个全桥驱动电路。IR2010采用3.3V的逻辑电源和12V的低端驱动通道电源,直接将处理器产生的一对互补对称的SPWM信号加到IR2010的逻辑信号输入端,IR2010的驱动通道输出端的SPWM信号是和输入逻辑同相位的,因此可以实现对H桥的开关控制。IR2010的关断控制端(SD)可以接收过流保护电路

  H桥功率变换电路如图8 所示,它由4个MOS功率管(IRFB23N15D)Q1~Q4构成,每个MOS管构成H桥的一个桥臂,OUT1、OUT2可以外接负载。由控制器产生的互补对称的SPWM信号经过全桥驱动电路实现对H桥的开关控制:当Q2、Q3同时导通,Q1、Q4同时截止时,输出电流方向由OUT1到OUT2;当Q1、Q4同时导通,Q2、Q3同时截止时,输出电流方向由OUT2到OUT1,从而实现了DC-AC逆变。

  鉴相电路如图12所示,将反馈电压Uf和正弦参考电压Uref整形通过稳压二极管和运放整形为矩形波,AT32UC3A根据矩形波电平进行计数,计数值反应频率信息,因此根据计数值改变SPWM步长,便可实现频率跟踪。相位信息可以通过两路矩形波的时差得到,两路矩形波作为边沿触发器的时钟信号,从而将矩形波的时差通过触发器的输出phase_out的高电平的脉冲宽度反映出来,phase_out接到AT32UC3A上的IO上,控制器根据该脉宽信号对SPWM输出起始地址进行修正,实现相位跟踪。

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