1、本科毕业设计(论文)题目：太阳能光伏发电并网馈电系统硬件部分院 （系）： 电子信息工程学院专 业： 自动化 2011 年 6 月 I太阳能光伏发电并网馈电系统硬件部分摘要随着我国国民经济和现代社会的迅速发展,资源匮乏问题也越来越受人们关注，人们对太阳能、风能等绿色洁净能源的渴求日趋强烈。在计算机、光电子、电力电子等制造及应用技术日趋成熟的今天，此亦成为广大科学工作者关注及研究的热点。光伏发电就是其中之一。虽然光伏发电的实际应用存在着种种的局限，但是随着光伏发电成本的降低和矿物能源的减少，在不久的将来光伏发电的成本将会与传统发电成本相当。到时候太阳能并网馈电系统在高压输电网络中，可以参与电力的输
2、送和调配，是世界各国未来可再生能源发电的重要发展方向。在今后的十几年，我国太阳能光伏市场将会向并网光伏发电方向发展。如何使用安全、高效和实用的太阳能光伏发电并网馈电系统，以满足太阳能光伏发电系统对公网的实际需要,提高我国的太阳能光伏发电并网馈电系统，成为一个重要的课题。本题目采用单片机、电力电子、计算机等技术，实现典型的太阳能光伏发电并网馈电系统的公网光电隔离、相位检测、放大和电力电子 SPWM 逆变技术，构成一个典型的太阳能光伏发电并网馈电系统。关键词：单片机 ；逆变器 ；相位检测 ；电流放大IISolar photovoltaic powergrid feeder system hardw
3、areAbstractWith Chinas national economy and the rapid development of modern society, resource scarcity problems are becoming more and more people to pay attention to, people like solar and wind power green longing become increasingly intense clean energy. In computer, optical-electronic, power elect
4、ronics and other manufacturing and application technology matures today, this also to become broad scientific workers attention and research hotspot. Photovoltaic power generation is one of them. Although photovoltaic power of practical application of various limitations exist, but as photovoltaic e
5、nergy cost reduction and mineral energy reduction, someday photovoltaic energy costs will and traditional power costs quite. When high-voltage transmission network, can participate in power transmission and allocate, the future of the countries around the world of the important renewable power gener
6、ation development direction. In the next ten years, our solar photovoltaic market will to grid (pv) power direction. How to use the safe, efficient and practical solar photovoltaic power grid feeder system, to satisfy the solar photovoltaic power generation system of the public networks actual need,
7、 enhance Chinas solar photovoltaic power grid feeder system, becoming a very important issue.Key Words: single-chip computer ; Inverter ; Phase detection ; Current amplificationIIIi目录摘要 .IAbstract.II1 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 课题研究的实际意义 .11.3 光伏并网系统的发展历史与趋势 .11.3.1 国外光伏发电历史及现状 .21.3.2 国内光伏发电历史及现状 .21.4 课题
8、主要研究的内容 .31.5 课题主要研究的任务 .32 系统方案 .52.1 太阳能光伏发电并网馈电系统基本结构 .52.2 太阳能光伏发电并网馈电系统实现方案 .52.2.1 系统微处理器选择 .52.2.2 C8051F330 单片机概述 .62.3 太阳能光伏发电并网馈电系统硬件各部分的介绍 .82.2.1 电源部分 .82.2.2 逆变部分 .82.3.3 系统检测、保护部分 .122.3.4 系统控制部分 .152.4 系统抗干扰设计 .152.4.1 系统干扰原因 .152.4.2 单片机应用系统的硬件抗干扰设计 .16ii3 原理图的设计 .173.1DXP2004 原理图的设计
9、 .173.2 印制电路板的制作 .183.2.1 布局 .183.2.2 布线 .183.2.3 退藕电容配置 .193.2.4 可靠性 .193.2.5 地线设计 .193.2.6 电磁兼容性设计 .204 结论 .224.1 全文总结 .224.2 设计过程的重点难点 .22参考文献 .23致谢 .24毕业设计（论文）知识产权声明 .25毕业设计(论文) 独创声明 .26附录 .27附录 A：系统硬件原理图 .27附录 B：PCB 图（总图） .28外文原文及翻译 .291 绪论11 绪论1.1 课题背景随着世界性能源紧张和环境污染加剧，已经迫使人们更加努力的寻找和开发新能源。在寻找和开
10、发新能源的过程中，人们很自然的把目光投向了各种可再生的替代能源。我国正处在经济转轨和蓬勃发展期，能源问题将更加突出，主要体现在：能源短缺、环境污染、温室效应，实现可持续发展和人与自然和谐相处，只能依靠科技进步，大规模的开发可再生洁净能源，而太阳能具有储存量大、普遍存在、经济、清洁环保等优点，因此太阳能的利用越来越受到人们的广泛重视，如发电过程无污染、无需生产原材料、不占用空间，光伏发电作为常规能源的补充，无论在解决特殊应用领域，如通信、信号电源和偏远无电地区民用生活用电需求方面，还是从环境保护及能源战略上都具有重大的意义。目前太阳能光伏发电系统大致可分为三类，第一种是离网光伏蓄电系统，这是一种
11、常见的太阳能应用方式。在国内外应用已有若干年，系统比较简单，而且适应性广。只因其一系列种类蓄电池的体积偏大和维护困难而限制了使用范围。第二种是光伏并网发电系统，当用电负荷较大时，太阳能电力不足就向市电购电，而负荷较小时，或用不完电力时，就可将多余的电力卖给市电。在依靠电网的前提下，该系统省掉了蓄电池，从而扩大了使用的范围和灵活性，降低了造价。第三种是两者的混合系统，这是介于上述两个方案之间的系统。该系统有较强的适应性，但是其造价和运行成本较上述两个方案高。而太阳能光伏利用的主要形式将是并网发电系统，所以说太阳能并网发电代表了太阳能电源的发展方向，是 21 实际最具吸引力的能源利用技术。1.2
12、课题研究的实际意义太阳能光伏发电并网馈电系统是通过把太阳能转化为电能，经过蓄电池储能，通过并网逆变器，把电能送上电网。太阳能光伏发电并网馈电技术是太阳能利用技术的一个重要方面，其理论指导意义在于利用该系统采集的太阳能系统运行数据，可更为深入的进行太阳能的研究开发，推动太阳能利用和研究事业的发展，进而使得光伏并网逆变技术越来越趋于成熟。现实意义在于光伏发电作为常规能源的补充，越来越受人们的重视；并网系统从环境保护以及能源战略上具有重大意义。并网发电系统具有可以利用清洁干净、可再生的自然能源太阳能发电，不耗用不可再生的、资源有限的含碳化石能源，使用中无温室气体和污染物排放，与生态环境和谐，符1 绪
13、论2合经济社会可持续发展战略等特点。1.3 光伏并网系统的发展历史与趋势西安工业大学毕业设计（论文）31.3.1 国外光伏发电历史及现状近几年，国际上光伏发电快速发展，美国、欧洲及日本制定了庞大的光伏发电发展计划。国际光伏市场开始由边远农村和特殊应用，向并网发电和与建筑结合的方向发展，光伏发电已由补充能源向替代能源过渡。美国政府最早光伏发电的发展计划，1997 年又提出“百万屋顶”计划，能源部和有州政府制定了光伏发电的财政补贴政策，总光伏安装量已达到 3000MW 以上。日本于 1974 年开始执行“阳光计划” ，投资 5 亿美元，一跃成为太阳电池的生产大国，1994 年提出朝日七年计划，计划
14、到 2000 年推广 16.2 万套太阳能光伏屋顶，已完成。1997 年又宣布 7 万光伏屋顶计划，到 2010 年将安装 7600MW 太阳电池。1993 年，德国首先开始实施由政府投资支持，被电力公司认可的 1000 屋顶计划，继而扩展为 2000 屋顶计划，现在实际建成的屋顶光伏并网系统已经超过5000。德国政府并于 1999 年开始实施 10 万太阳能屋顶（每户约 3kW5kW）计划。并且 1999 年德国光伏上网电价为每千瓦时 0.99 马克，极大地刺激德国乃至世界的光伏市场。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。印度、马
15、来西亚等东南亚国家，也制定了国家的光伏发展计划。2008 年世界各国太阳能发电装机的比较，西班牙新增太阳能发电装机容量达2511MW，扩展规模为全球最大，同时也几乎占了全球市场的一半。而德国、美国、韩国分别以 1500MW、342MW、274MW 的扩容规模分列二到四位，德国的安装总量仍居世界首位。1.3.2 国内光伏发电历史及现状我国的太阳能光伏发电应用始于 20 世纪 70 年代，但直到 1982 年以后才真正发展起来，在 1983 年至 1987 年短短几年内先后从美国、加拿大等国引进了七条太阳电池生产线使我国太阳电池的生产能力从 1984 年以前的年产 200 千瓦跃到 1988年的
16、4.5 兆瓦。在应用方面，我国目前太阳能电池主要用于通信系统和边远无电地区，在 1995 年销售才约 1.1 兆瓦。在 1995 年西藏的无水力无电力县中，已建成 2个功率分别为 10 千瓦和 20 千瓦的光伏电站。地区而言，当前我国光伏发电的重点在青海、西藏、新疆、内蒙、甘肃等无电和严重缺电的农牧区。据不完全统计，在这些地区已建成 10100kW 光伏电 40 多座，推广家用光伏电源 15 万台，总功率达2.9MW。2004 年 9 月，广东首座总容量为 1 兆瓦的太阳能发电系统在深圳通过验收。西安工业大学毕业设计（论文）42004 年 9 月，我国首座屋顶太阳能发电站在北京竣工投产。这套太
17、阳能发电系统，可以单独供电也可以并网供电，总装容量 140 千瓦，年发电量约 15 万千瓦时，能让 4 万盏 100 瓦的路灯亮上一年。2005 年初，甘肃敦煌 8 兆瓦并网光伏发电系统建设预可行性报告也通过有关部门组织的专家评审。据悉，敦煌 8 兆瓦系统目前即使在全世界也是最大的，光伏发电技术领先的德国也只有 5 兆瓦光伏发电系统。据有关方面人士介绍，甘肃省敦煌 8 兆瓦光伏发电系统建设项目工程，建设投运后年均发电量可达 1280 万千瓦时。我国在光伏并网发电技术方面的研发起步较晚,至今尚处于研究试验阶段。近几年来，光伏并网发电技术得到了业内人士的广泛关注。在上海市电力公司在发展常规能源的同
18、时,极其关注和支持再生能源的发展,为了进一步推动我国太阳能光伏并网技术的发展，上海市电力公司在 1999 年委托上海新能源环保工程有限公司，开展“太阳能利用技术在电力生产中的应用可行性研究”项目的研究与开发工作。在上海新能源环保工程有限公司的主持下，会同上海太阳能科技有限公司、合肥阳光电源有限公司、合肥工业大学电气与自动化工程学院，联合开发成功 10 K W 屋顶光伏并网系统（以下简称“10KW 系统” ） ，并于 2002 年 11 月在上海奉贤海湾旅游区安装完成并投入试运行。随后，在 2004 年 10 月底，又完成了两套屋顶光伏并网发电系统（以下简称“屋顶系统” ） ，一套为总功率 6.
19、6KW、三相、380V 的光伏并网发电系统(A 系统)；另一套为总功率 3.3K W 单相、220V 的光伏并网发电系统（B 系统） ，这 3 套系统目前都已投入无故障运行。根据国家可再生能源中长期发展规划 ，要大力推广应用小功率光伏系统，建立分散型和集中型兆瓦级联网光伏示范性电站。其中主要用于解决西部无电区通电问题，其次为工业应用，包括通讯、铁路设备等，最后是提供照明部分。我国国内光伏市场十分巨大。表 1.1 是 2010 年全国年累计光伏并网发电量。表 1.1 2010 年全国年累计光伏并网发电量（MW）年份 2006 2007 2008 2009 2010荒漠并网发电 8 18 30 45 60屋顶并网发电 8 18 30 45 601.4 课题主要研究的内容（1）完成太阳能并网馈电系统拟用 80C51F330 单片机来实现控制。（2）给出了并网逆变器控制方案，并分析了每个环节具体控制思路和控制方法，设计好公网电压光电隔离、相位检测、放大整形等环节（3）完成 1012 位蓄电池电压、电流取样、放大（非隔离、内部）等设计方法。
