一、项目概述
1.1 导言
跟着国际经济的迅速开展，环境问题与动力危机日益突出，能够说，环境问题和动力危机已经成为当今国际人类所面对的最大要挟之一。因而新动力的根究与运用已经成为国际的研讨热门。我国具有丰厚的新动力可供开发运用，但开发运用率遍及较低，但跟着社会经济的开展，新动力也在稳步想商品化动力的方向改动。
1.2 项目布景
太阳能与风能是现在运用比较广泛的两种可再生动力，他们有着本身的长处：取之不尽用之不竭，就地可取无需运送，散布广泛可靠性高，绿色动力利于生态。但也有一些坏处：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体系显得尤为重要。
太阳能与风能在时刻上有很强的互补性(如右图)，白日阳光最强时，风很小，晚间没有阳光却有很强的风，运用这两种可再生资源的互补性，会使发电体系在资源上具有最佳的匹配性。风景互补并网发电体系在缓解电网压力、电力调峰、节能减排等方面都能够起到重要的效果。
本项目旨在使每个家庭都能够运用新动力，将太阳能与风能这两种时刻上互补的动力结合起来，并经过技术手段平稳转化为50Hz沟通电，使每个家庭用既是电能顾客，又是电能制造者。本项目具有绿色环保，减轻电力体系担负等长处。
二、需求剖析
2.1 功用要求
风能与太阳能平稳逆变成沟通电，并主动挑选机遇并网，使太阳能风能供电与电网的接入，完结其监测(双向电量的计量);
完结电源改换时，负载发动、中止时对电网谐波影响的监测操控;
欠压和过流维护;
太阳能电池板最大功率点追寻;
收集各个部分的电压电流数值，核算功率，谐波巨细和发生的功率，显现并发回上位机;
检测电网动作，避免孤岛效应的发生;
检测电网电能质量，记载用电记载;
考虑与上位机通讯，给用户供给用电辅导，如当时电价，用户用电量等。
图1 体系架构
2.2 功用要求
1.谐波总失真系数THD<4%;
2.体系功率>85%;
三、方案规划
3.1 体系功用完结原理
1、运用SPWM 调制原理
SPWM 调制原理见图 2-2，能够看出，等效的脉冲宽度是按正弦规则改动的。依据采样操控理论，脉冲频率越高，SPWM 波形便越挨近正弦波。逆变器的输出电压为 SPWM 波形时，其低次谐波得到很好地按捺和消除，高次谐波又能很简单滤去，然后可得到畸变率极低的正弦波输出电压。
SPWM 操控办法便是对逆变电路开关器材的通断进行操控，使输出端得到一系列幅值持平而宽度不持平的脉冲，用这些脉冲来替代正弦波或许其他波形。
调制原理从理论上讲，在给出了正弦半波频率、幅值和半个周期内的脉冲数后，脉冲波形的宽度和距离便能够精确核算出来。然后依照核算的成果操控电路中各开关器材的通断，就能够得到所需求的波形。但在实践运用中，人们常选用正弦波与等腰三角波相交的办法来确认各矩形脉冲的宽度。等腰三角波上下宽度与高度成线性关系且左右对称，当它与任何一个润滑曲线相交时，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，这种办法
称为调制办法。期望输出的信号为调制波，把承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。
2、DC-AC全体结构和作业原理
数字操控逆变器的体系构成示意图如图3-1所示，包含逆全桥逆变电路、低通滤波器、驱动电路、数字操控部分、采样调度电路等五部分。维护功用是由数字操控部分采样并履行。
逆变桥式电路首要完结电能的改换，把直流电压改换为高频矩形脉冲方式的沟通电压，低通滤波器把脉冲电压变为润滑的工频沟通电。采样调度电路用来采样输出的状态变量，并把变量调度为数字操控渠道承受答应规模内的信号。数字操控部分是首要的运算处理环节，运用适宜的算法和办法，使输出满意体系规划的要求，驱动电路是履行环节。
3、MPPT的操控办法
图2 中的电压检测模块用来完结最大功率点盯梢(MPPT)功用，由操控器的AD采样输入电压Ud，与最大功率点(假设为30V)进行比较，选用PI算法进行调度。当Ud大于30V时，减小SPWM调制信号的起伏，当Ud小于30V时增大SPWM调制信号的起伏，然后使完结最大功率点盯梢功用。
图2 PI操控器的原理框图
PI操控器的原理框图如2 所示。PI操控算法选用增量式PI操控算法，它的方针输入量是输入电压Ud的幅值为30V时的AD输入，实践输入量是输入的电压Ud的AD输入，它们之间的相减得到误差信号e(t)，然后用PI算式得到操控量的误差，最终将操控量转换为SPWM的操控数据，使整个体系成为一个闭环体系，完结对SPWM的操控。
4、同频同相的操控办法
图3 频率相位信息图
鉴相器模块可完结同频同相的操控。同频同相的操控办法如图3 所示，鉴相器经过硬件电路将反响信号uf和参阅信号Uref的频率和相位信息经过矩形脉冲的方式反映出来，然后送往操控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刻进行计数，上升沿和下降沿的时刻差便是uf和Uref的相位差，上升沿到上升沿的时刻便是uf的频率信息，然后经过软件不断的改动SPWM步长与累加器的数值，便可完结频率盯梢，经过对SPWM输出开始地址不断进行批改，完结相位盯梢。
图4 体系硬件结构框图
3.2 硬件渠道选用及资源配置
本体系运用EVK1100开发板进行开发。
EVK1100是一个依据AVR32 AT32UC3A单片机操控器的评价套件和开发体系。它装备一系列丰厚的外设、内存，而且可充沛开发AVR32设备的悉数潜能。
支撑AT32UC3A
以太网端口
传感器：光照、温度、电位器
4×20蓝色LCD(PWM变频背光)
JTAG衔接器、Nexus、USART、USB 2.0接口，TWI接口、SPI。
1、DC-AC逆变电路
DC-AC逆变电路完结将SPWM信号功率扩大的功用，而且要求很高的扩大功率。本体系选用IR2010浮栅驱动器对H桥进行驱动，该驱动芯片耐压高达200V，输出电流3.0A，输出电压10-20V，注册关断典型时刻分别为95ns和65ns。功率管选用高耐压，导通电阻小，开关损耗小的高效MOS管IRFB23N15D。高功率的驱动电路和MOS管能够确保体系的全体功率。
如图7 ，用两个半桥驱动器IR2010组成一个全桥驱动电路。IR2010选用3.3V的逻辑电源和12V的低端驱动通道电源，直接将处理器发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，因而能够完结对H桥的开关操控。IR2010的关断操控端(SD)能够接纳过流维护电路的关断信号，来完结过流维护功用。
图7 全桥驱动电路
H桥功率改换电路如图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能够外接负载。由操控器发生的互补对称的SPWM信号经过全桥驱动电路完结对H桥的开关操控：当Q2、Q3一起导通，Q1、Q4一起截止时，输出电流方向由OUT1到OUT2;当Q1、Q4一起导通，Q2、Q3一起截止时，输出电流方向由OUT2到OUT1，然后完结了DC-AC逆变。
图8 H桥开关电路
2、 过流检测电路
如图9 ，VOL管脚输入来自H桥低端取样电阻上的电压，由电阻R16、R18、R20、R21决议预置的门限电压，当采样电压高于门限时，比较器LM2903输出上升沿，将触发器74HC74的1D端高电平锁存到1Q端，而1Q端衔接至IR2010的SD端，然后封闭整个H桥输出，完结过流维护。1Q端一起接到AT32UC3A的GPIO上，经过软件检测过流信号，一旦过流能够经过CLR信号将1Q清零，完结过流的主动康复。
图9 过流检测电路
3、 输入电压检测电路
如图10，输入电压Ud经过电阻分压，调度至合理的输出规模，以电压跟从器的方式接入运放，然后减小输出阻抗，输出信号Ud-OUT能够直接接到AT32UC3A上的ADC输入引脚上。
图10 输入电压检测电路
4、反响电压检测电路
如图11，经过有效值丈量芯片AD637，将反响信号Uf的有效值整理成直流重量送入AT32UC3A的AD输入，然后能够在软件中进行相应的起伏调整。
图11 反响电压检测电路
5、鉴相电路
鉴相电路如图12所示，将反响电压Uf和正弦参阅电压Uref整形经过稳压二极管和运放整形为矩形波，AT32UC3A依据矩形波电平进行计数，计数值反响频率信息，因而依据计数值改动SPWM步长，便可完结频率盯梢。相位信息能够经过两路矩形波的时差得到，两路矩形波作为边缘触发器的时钟信号，然后将矩形波的时差经过触发器的输出phase_out的高电平的脉冲宽度反映出来，phase_out接到AT32UC3A上的IO上，操控器依据该脉宽信号对SPWM输出开始地址进行批改，完结相位盯梢。
图12 鉴相电路
3.3体系软件架构
软件结构图
体系软件规划采纳模块化规划办法，将完结特定功用的子程序组合成功用模块，由主监控程序一致调用。软件结构图如图13所示。体系软件包含的首要功用模块有：初始化模块，中止模块，按键模块和LCD模块。
图13 软件整体框图
3.4 体系软件流程
图14 程序运转流程图
3.4 体系估计完结成果
什物样机：依据EVK1100的风景互补并网发电体系，包含逆变器，能量收集部分，用户界面部分。
