1、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)摘要進(jìn)入二十一世紀(jì)，人類面臨著實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會可持續(xù)發(fā)展的重大挑戰(zhàn)，而能源問題日益嚴(yán)重，一方面是常規(guī)能源的匱乏，另一方面石油等常規(guī)能源的開發(fā)帶來一系列的問題，如環(huán)境污染、溫室效應(yīng)等。人類需要解決能源問題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，只能依靠科技進(jìn)步，大規(guī)模開發(fā)利用可再生能源和新能源。而太陽能和風(fēng)能被看做是最具有代表性的新能源和可再生能源，作為這兩種能源的高級利用太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)受到世界各國的高度重視。由于風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電系統(tǒng)均受到外部條件的影響，光靠獨(dú)立的風(fēng)力或太陽能發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)常會難以保證系統(tǒng)供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性，因此，在采用風(fēng)光互補(bǔ)的混合發(fā)電系統(tǒng)來進(jìn)行相互補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定地

2、供電。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電以其獨(dú)特優(yōu)勢成為新能源研究的熱點(diǎn)之一。本文針對風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計了一套小型模擬裝置，包括太陽能電池模擬，用直流電機(jī)對風(fēng)機(jī)的模擬和交錯并聯(lián)Buck-Boost蓄電池充電主電路，并對交錯并聯(lián)Buck-Boost電路和交錯并聯(lián)Cuk斬波電路進(jìn)行了研究、仿真，以及進(jìn)行了模擬風(fēng)機(jī)裝置的調(diào)試。系統(tǒng)控制全部采用Freescale公司的56F8013 DSP控制實(shí)現(xiàn)，給出了各部分流程圖。對于軟硬件的關(guān)鍵問題還給出了相應(yīng)解決方案。關(guān)鍵詞：風(fēng)光互補(bǔ)BuckBoost電路DSPWind & Solar Hybrid Generating SystemABSTRACTEntering th

3、e 21st century, human beings are facing to realize the sustainable development of economy and society, and energy problem becomes more and more serious, on the one hand, conventional energy is serious short on the other hand, the development of oil and other conventional energy brings a series of pr

4、oblems, such as the environmental pollution, the greenhouse effect and so on. Only by relying on the progress of science and technology and the large-scale exploitation and utilization of renewable energy and new energy can human solve the problem of energy, and realize the sustainable development.

5、And solar and wind power are considered the most representative of new and renewable energy, The power technology of solar energy and wind attrack worlds attention. Because of wind power and solar power system under external conditions, and only by independent wind or solar power systems often hard

6、to ensure the continuity and consistency of power system therefore, using hybrid power system of complementary scenery to complement each other, realize the continuous, stable power supply. Wind-light complementary with its unique advantages become one of new energy research hotspots. Aiming at wind

7、-light complementary this article design a small device, including solar cells in dc motor, the simulation and interlacing of fan parallel Buck - hee, and main circuit batteries to Buck staggered shunt circuit and interlacing parallel hee - Cuk chopper were studied, and the simulation, the simulated

8、 fan unit commissioning. Control system adopt Freescale company 56F8013 DSP control chart, each part. The key question for software and hardware to the corresponding solutions.Keyword:Wind and PV hybridBuckBoost Circuit DSP目錄摘要IABSTRACTII1緒論11.1能源問題11.2風(fēng)能太陽能的概況11.3 風(fēng)光發(fā)電的發(fā)展概況11.4 本文的主要內(nèi)容32風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)總體方

9、案的設(shè)計42.1風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的組成及總體框圖42.2 模擬太陽能電池框圖52.3 模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的組成及框圖63風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的硬件設(shè)計73.1風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計73.2風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)主電路83.3風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的電源模塊9電壓產(chǎn)生電路93.3.2±5V電壓產(chǎn)生電路9電壓產(chǎn)生電路103.4檢測模塊11電壓檢測電路11電流檢測電路113.5驅(qū)動模塊124風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的軟件設(shè)計144.1軟件實(shí)現(xiàn)功能144.1.1模擬太陽能電池輸出裝置軟件主要實(shí)現(xiàn)功能144.1.2直流電機(jī)電樞電流控制軟件主要實(shí)現(xiàn)功能144.1.3蓄電池充電電路軟件主要實(shí)現(xiàn)功能144.2軟件設(shè)計工具144.

10、2.1軟件開發(fā)環(huán)境CodeWarrior概述154.2.2PE(Processor Expert)概述154.3程序?qū)崿F(xiàn)方法及流程圖154.3.1模擬太陽能電池輸出流程圖154.3.2模擬風(fēng)機(jī)流程圖174.3.3蓄電池充電電路流程圖184.4程序關(guān)鍵部分的實(shí)現(xiàn)204.4.1使用DSP芯片實(shí)現(xiàn)PWM移相204.4.2單極性移相PWM控制的實(shí)現(xiàn)214.4.3 雙極性移相PWM控制的實(shí)現(xiàn)214.4.4 DSP定標(biāo)和標(biāo)幺化214定標(biāo)214標(biāo)么化225系統(tǒng)仿真與調(diào)試235.1仿真工具簡介235.2交錯互補(bǔ)buck-boost斬波電路235.2仿真模型235.2.1仿真結(jié)果235.2.3結(jié)果分析265.3

11、模擬風(fēng)機(jī)系統(tǒng)調(diào)試265.3.1調(diào)試設(shè)備275.3.2跟蹤風(fēng)機(jī)I-n曲線實(shí)驗275.3.3模擬太陽能電池輸出曲線306結(jié)論32參考文獻(xiàn)33附錄34謝辭571 緒論1.1能源問題能源是不僅僅是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的基礎(chǔ)，也是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要制約因素。當(dāng)前，包括我國在內(nèi)的絕大多數(shù)國家都以石油和煤炭等礦物燃料為主要能源。隨著礦物燃料的日益枯竭和全球環(huán)境的日益惡化，很多國家都在認(rèn)真探索能源多樣化的途徑，積極開展新能源和可再生能源的研究開發(fā)工作。“解決能源危機(jī)可以有如下三種辦法：一是提高燃燒效率以減少能源消耗，實(shí)現(xiàn)清潔煤燃料以減少污染；二是開發(fā)新能源，積極利用可再生能源；三是開發(fā)新材料、新工藝，最大限度地實(shí)

12、現(xiàn)實(shí)現(xiàn)節(jié)能。太陽能和風(fēng)能被看作是最具有代表性的新能源和可再生能源，作為這兩種能源的高級利用，太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)受到世界各國的高度重視。”11.2風(fēng)能太陽能的概況人太陽能能分布廣發(fā)，可自由利用，取之不經(jīng)，用之不竭，是人類最終可以依賴的能源。而光伏發(fā)電技術(shù)是太陽能利用技術(shù)中最具有發(fā)展前景的方式之一。5它具有無污染、無噪聲、安全可靠、故障率低、維護(hù)簡單、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)。它是今后可替代礦物燃料的戰(zhàn)略性能源，又是當(dāng)前邊遠(yuǎn)地區(qū)能源供應(yīng)的一種有效的補(bǔ)充。隨著礦物燃料的逐漸消耗，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)將越來越顯示其重要性和發(fā)展?jié)摿ΑｏL(fēng)是地球上的一種自然現(xiàn)象，它是由太陽輻射造成地球表面受熱不均引起的，引起大

13、氣層壓力分布不均，以致空氣流動所形成的動能稱為風(fēng)能。風(fēng)能是太陽能的一種轉(zhuǎn)換形式，是一種重要的自然能源，一起蘊(yùn)藏量巨大、可以再生、分布廣泛以及沒有污染等優(yōu)勢而在各國發(fā)展迅速。全球的風(fēng)能約為2.74×109WM，其中可利用的風(fēng)能為2×107WM，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。可以看出，太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電對于改善能源結(jié)構(gòu)、推動生態(tài)環(huán)境建設(shè)，特別是對邊遠(yuǎn)地區(qū)的生產(chǎn)、生活用電等諸多領(lǐng)域的發(fā)展將發(fā)揮積極的作用，具有廣闊的市場前景。1.3 風(fēng)光發(fā)電的發(fā)展概況光伏發(fā)電技術(shù)1839年，法國物理學(xué)家EdmondBecquerel意外的發(fā)現(xiàn)，用兩片金屬浸入溶液結(jié)構(gòu)的付打電池在光照下

14、會產(chǎn)生額外的電視，他將這種現(xiàn)象稱為“光生付打效應(yīng)（Photovoltaic Effect）”。1873年，英國科學(xué)家WilouzhbySmith觀察到對光敏感的硒材料，并推斷出在光的照射下硒導(dǎo)電能力的增加正比與光通量。1880年，Charles Ffitts 開發(fā)出以硒為基礎(chǔ)的太陽能電池，以后人們即把能夠產(chǎn)生光生付打效應(yīng)的器件稱為“光伏器件”。半導(dǎo)體PN結(jié)器件在陽光下的光電轉(zhuǎn)換效率最高，通常稱這類光伏器件為“太陽能電池（Solar Cell）”。1954年，貝爾實(shí)驗室的科學(xué)家們第一次用晶體硅材料制成了光伏電池，光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)4%。始于20世紀(jì)50年代的空間發(fā)展計劃成為光伏發(fā)電技術(shù)的第一個主要

15、應(yīng)用對象，而且光伏技術(shù)的發(fā)展也成為整個空間技術(shù)發(fā)展計劃的一部分，對光伏技術(shù)的發(fā)展起到了巨大的推動作用。今天，幾乎所有的人造衛(wèi)星都是靠光伏電池供電，包括通信衛(wèi)星、軍事衛(wèi)星和科學(xué)家實(shí)驗衛(wèi)星。風(fēng)能發(fā)電技術(shù)20世紀(jì)90年代中后期，在世界范圍內(nèi)形成了一股風(fēng)力發(fā)電熱，風(fēng)力發(fā)電量增長速度居全球之首。全世界風(fēng)力發(fā)電迅猛發(fā)展的原因主要有一下幾個：第一，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)比較成熟。近20年來，美國、丹麥等國家投入了大量的人力、物力和財力研究可以商業(yè)運(yùn)營的風(fēng)力機(jī)，取得了突破性的進(jìn)展。可利用率從原來的50%提高到98%，風(fēng)能利用系數(shù)超了40%。由于采用計算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)自診斷功能，安全保護(hù)措施更加完善，并且實(shí)現(xiàn)了單機(jī)獨(dú)

16、立控制、多機(jī)群控和遙控，完全可以無人職守。現(xiàn)代風(fēng)力機(jī)技術(shù)是現(xiàn)代高科技的完善組合。目前，百千瓦級風(fēng)機(jī)已經(jīng)商品化，投入批量生產(chǎn)，兆瓦級機(jī)組也正小批量生產(chǎn)。第二，風(fēng)力發(fā)電具有經(jīng)濟(jì)性。目前據(jù)美國能源部2000年統(tǒng)計，全世界風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單位造價已降為1000美元/KW，單位發(fā)電成本為47美分/kWh；而火力發(fā)電單位造價為700800美元/KW，單位發(fā)電成本為58美分/kWh。第三，全球有豐富的風(fēng)能資源。據(jù)統(tǒng)計全球風(fēng)能潛力約為目前全球用電量的5倍。美國0.6%的陸地面積安裝了風(fēng)力發(fā)電機(jī)，便可以滿足美國目前電力需求的20%。第四，政府的優(yōu)惠政策。美國政府為風(fēng)力機(jī)行業(yè)提供40%的信貸；德國政府也給風(fēng)力機(jī)投資

17、者提供資助，資助金額最高達(dá)單臺風(fēng)力機(jī)投資的60%；丹麥政府對風(fēng)力機(jī)投資者提供資助，20世紀(jì)80年代初期為30%，以后逐年減少，到1990年資助完全取消。這些優(yōu)惠政策，促進(jìn)了風(fēng)力商品化進(jìn)程，這也是以上3個國家能成為世界上風(fēng)電生產(chǎn)大國的一個主要原因。第五，風(fēng)力發(fā)電是實(shí)現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展的需要。隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，人類對能源的需求明顯增加，而地球上可利用的常規(guī)能源日趨匱乏。據(jù)專家預(yù)測，煤炭還可以開采221年，石油還可以開采39年，天然氣只能用60年。國際能源專家預(yù)言：21世紀(jì)是風(fēng)力發(fā)電的世紀(jì)。綠色能源風(fēng)力發(fā)電將為人類最終解決能源問題帶來新的希望。【2】風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電上世紀(jì)八十年代許多人開始了風(fēng)能、太

18、陽能的綜合利用的研究。丹麥的N.EBusch和Kllenbach（1981年）提出了太陽能和風(fēng)能混合利用技術(shù)問題；美國的C.LAsPliden（1981）研究太陽能風(fēng)能混合轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的氣象問題；前蘇聯(lián)的N.sarin等根據(jù)概率原理，統(tǒng)計出近似的太陽能風(fēng)能潛力的估計值；余華楊等（1987）也提出了太陽能、風(fēng)能發(fā)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換裝置。盡管太陽能和風(fēng)力發(fā)電有上述眾多優(yōu)勢，但是作為獨(dú)立供電設(shè)備二者均存在一定的局限性。獨(dú)立的風(fēng)力發(fā)電裝置在無風(fēng)天氣下無法提供電能的連續(xù)供應(yīng)，而太陽能發(fā)電裝置在夜晚以及陰雨天等氣候條件下無法保證電能的連續(xù)供應(yīng)。采用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)后，可以有效解決單一發(fā)電不連續(xù)問題，保證基本穩(wěn)定的

19、供電。我國屬季風(fēng)氣候區(qū)，一般冬季風(fēng)大，太陽輻射強(qiáng)度小；夏季風(fēng)小，太陽輻射強(qiáng)度大。同時大部分地區(qū)正午太陽光強(qiáng)的時候一般沒有風(fēng)，而在夜間沒有太陽光照的時候風(fēng)力則相對較強(qiáng)。風(fēng)和光在時間上的互補(bǔ)性使得風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)在保障供電連續(xù)性上有重大意義，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)具有電力輸出穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性高、對環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，也解決了太陽能發(fā)展中對電網(wǎng)沖擊等影響。因而風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)正在得到廣泛地應(yīng)用。1.4畢設(shè)任務(wù)的提出將風(fēng)力發(fā)電機(jī)與太陽能電池組合，通過控制系統(tǒng)對蓄電池進(jìn)行充電，就能保證晴天、陰雨天的充電能量能夠持續(xù)。但是由于風(fēng)能和太陽能受氣候影響波動大，輸出不穩(wěn)定，而且二者輸出功率不匹配，使得風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)協(xié)調(diào)工

20、作存在一定困難。因此，本文的主要目的是在模擬一套風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)裝置對風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電匹配進(jìn)行試驗，設(shè)計一種用于小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)儲能環(huán)節(jié)的充電控制器，該控制器能夠?qū)崿F(xiàn)升降壓控制穩(wěn)定輸出電壓，這樣就可以將功率變化較大的風(fēng)電和光電有效的加以利用，從而提高系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率。1.5本文的主要內(nèi)容主要的工作本文對風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)設(shè)計了一套風(fēng)光互補(bǔ)模擬裝置，其中包括風(fēng)機(jī)模擬裝置和太陽能電池輸出模擬裝置，并設(shè)計了蓄電池充電電路，還進(jìn)行了大量理論研究、仿真模擬和實(shí)驗驗證。本文主要章節(jié)如下安排：第一章 介紹了本課題提出的背景，將當(dāng)今世界的能源問題和新的能源的發(fā)展情況進(jìn)行了簡要的概述，明確了自己的設(shè)計任務(wù)

21、。第二章 簡單的介紹了風(fēng)力發(fā)電，太陽能發(fā)電以及風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電的發(fā)展和技術(shù)特點(diǎn)、難點(diǎn)。第三章 給出了總系統(tǒng)的設(shè)計方案，有系統(tǒng)的總框圖、蓄電池充電主電路、模擬太陽能電池輸出裝置和模擬風(fēng)機(jī)裝置的電路框圖。第四章 就本文所涉及到的關(guān)鍵問題進(jìn)行了分析與解決，包括主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇，控制策略的選擇和實(shí)現(xiàn)方法等。第五章 用PSIM對本文提到的兩種交錯拓?fù)溥M(jìn)行了仿真研究，得到了些仿真結(jié)果，證明了設(shè)計思路的合理性和分析結(jié)果的正確性；并對橋式電路的模擬風(fēng)機(jī)和太陽能輸出效果做了實(shí)驗，證明了可行性。第六章 總結(jié)了個人所做的工作和不足之處。2 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)總體方案的設(shè)計2.1風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的組成及總體框圖風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)

22、電系統(tǒng)由太陽能電池板、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、系統(tǒng)控制器、蓄電池組和逆變器等組成。本文基于太陽能模擬電路模擬太陽能電池板輸出，使用直流電機(jī)模擬小型風(fēng)機(jī)帶動直流發(fā)電機(jī)構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，蓄電池充電電路為交錯互補(bǔ)buckboost電路，系統(tǒng)控制器采用Freescale公司DSP56F8013為控制核心對各模塊分別控制實(shí)現(xiàn)。下圖為系統(tǒng)的總體框圖：圖21風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)總體框圖模擬風(fēng)機(jī)所要使用的直流電機(jī)以及永磁發(fā)電機(jī)、增量式編碼器的照片如下：圖22模擬風(fēng)力發(fā)電裝置及測速環(huán)節(jié)（1） 風(fēng)力機(jī)：將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。本實(shí)驗中使用直流電機(jī)模擬。（2） 發(fā)電機(jī)：發(fā)電機(jī)直接與風(fēng)力機(jī)相連，由風(fēng)力機(jī)帶動向外發(fā)電。（3） 整流橋

23、：實(shí)現(xiàn)不可控整流，將發(fā)電機(jī)所發(fā)出的交流換為直流電。（4） 模擬太陽能電池裝置：產(chǎn)生類似于太陽能電池輸出特性的直流電輸出。（5） DC/DC模塊：直流模塊，將整流、濾波后的直流電變換為可供蓄電池和負(fù)載使用的恒壓或橫流電，是系統(tǒng)的主要受控模塊。（6） 蓄電池：系統(tǒng)的儲能裝置，它將系統(tǒng)所發(fā)電能儲存起來，在無風(fēng)的情況下釋放能量向負(fù)載供電。（7） 輔助電源：由多個DC_DC電源模塊組成，產(chǎn)生不同幅值的電壓，向控制板上的各類有源器件提供電能供應(yīng)。（8） DSP控制器：系統(tǒng)的控制核心，用來進(jìn)行檢測信號的分析、處理并得出相應(yīng)的控制策略，從而產(chǎn)生控制信號。（9） 驅(qū)動：用于驅(qū)動控制板上各種功率元件。（10） 上

24、位機(jī)PC:與控制器之間進(jìn)行通信，可向控制器發(fā)出各種控制指令，并可獲得下位機(jī)的工作情況。2.2 模擬太陽能電池框圖圖2-3 太陽能電池模擬裝置總體框圖(1) 交流變壓器：產(chǎn)生一個可以調(diào)節(jié)的交流電壓，一方面降低整流電路器件壓力，另一方面實(shí)現(xiàn)電氣隔離，防止燒毀器件。(2) 整流橋：實(shí)現(xiàn)不可控整流，將發(fā)電機(jī)所發(fā)出的交流電變換為直流電。(3) 濾波電路：電容濾波，產(chǎn)生電壓比較穩(wěn)定的直流電。(4) 全橋變換電路：通過PWM控制，調(diào)節(jié)輸出電壓。(5) 輔助電源：由多個DC-DC電源模塊組成，產(chǎn)生不同幅值的電壓，向控制板上各類有源器件提供電能供應(yīng)。(6) DSP控制器：系統(tǒng)的控制核心，用來進(jìn)行檢測信號的分析、

25、處理并得出相應(yīng)的控制策略，從而產(chǎn)生控制信號。(7) 驅(qū)動：用于產(chǎn)生能夠驅(qū)動IGBT的PWM信號。2.3 模擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的組成及框圖圖2-4模擬風(fēng)機(jī)裝置的總體框圖(1) 交流變壓器：產(chǎn)生一個可以調(diào)節(jié)的交流電壓，一方面降低整流電路器件電壓應(yīng)力，另一方面實(shí)現(xiàn)電氣隔離，防止燒毀器件。(2) 整流橋：實(shí)現(xiàn)不可控整流，將發(fā)電機(jī)所發(fā)出的交流電變換為直流電。(3) 濾波電路：電容濾波，產(chǎn)生電壓比較穩(wěn)定的直流電。(4) 全橋變換電路：通過PWM控制，調(diào)節(jié)輸出電流。(5) 直流電機(jī)：用來模擬風(fēng)機(jī)輸出特性，其輸出In曲線符合風(fēng)力機(jī)輸出曲線。(6) 光電編碼器：用于檢測直流電機(jī)轉(zhuǎn)速。(7) 輔助電源：由多個DC-D

26、C電源模塊組成，產(chǎn)生不同幅值的電壓，向控制板上各類有源器件提供電能供應(yīng)。(8) DSP控制器：系統(tǒng)的控制核心，用來進(jìn)行檢測信號的分析、處理并得出相應(yīng)的控制策略，從而產(chǎn)生控制信號。(9) 驅(qū)動：用于產(chǎn)生能夠驅(qū)動IGBT的PWM信號。3 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計系統(tǒng)硬件電路包括主電路部分，控制板部分，驅(qū)動部分，信號采樣調(diào)理部分和輔助電源部分，設(shè)計原理圖如圖3-1所示，圖3-2為PCB設(shè)計圖。接上一節(jié)去教學(xué)樓的圖3-1風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)硬件設(shè)計原理圖圖3-2 PCB設(shè)計圖圖3-3系統(tǒng)電路板實(shí)物圖3.2風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)主電路系統(tǒng)主電路的原理如圖3-4所示。圖3-4系統(tǒng)主電路原理

27、圖圖中BR為不可控整流橋，E1=E2=630uF/450V為整流濾波電容，R1=330KW、R2=360KW、R3=10KW為輸入側(cè)直流電壓檢測部分，Q1Q4為直流變換開關(guān)器件，Q5為負(fù)載投切控制開關(guān),IGBT選用G40N60B3D。L1=L2=0.5mH為電路主電感，D1、D2為BUCK變換續(xù)流二極管，D3、D4為BOOST變換反關(guān)斷二極管，R8=100KW、R9=10KW為輸出直流側(cè)電壓檢測部分，Ra為流經(jīng)蓄電池電流的檢測電阻，Rb為負(fù)載電流檢測電阻。此外，主電路中還包括各濾波電容、功率器件的緩沖電路、蓄電池和負(fù)載等部分。3.3風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的電源模塊內(nèi)部電源模塊的24V電源直接由主電路獲得

28、，當(dāng)系統(tǒng)開始正常工作時，系統(tǒng)一邊向負(fù)載和蓄電池供電，同時向內(nèi)部電源模塊供電，以保證控制部分的正常工作。而在系統(tǒng)的啟動過程中，蓄電池將提供系統(tǒng)啟動所需的電能，在系統(tǒng)開始正常工作后進(jìn)行補(bǔ)充。15V電壓產(chǎn)生電路15V電壓產(chǎn)生電路如圖3-4所示。該電路使用24V轉(zhuǎn)15V的帶隔離直流電源模塊IB2415LS/D-2W，該模塊體積小，工作穩(wěn)定性好，應(yīng)用靈活，圖3-4 15V電壓產(chǎn)生電路很適合線路板上分布式電源系統(tǒng)中需要產(chǎn)生一組與輸入電源隔離的電源的應(yīng)用場合。系統(tǒng)共有三個該電源產(chǎn)生電路，用于提供功率開關(guān)IGBT的驅(qū)動電壓，其中Q1、Q3由于發(fā)射極與輸入電壓不共地，所以需要單獨(dú)提供驅(qū)動電源，Q2、Q4、Q5發(fā)

29、射極基本處于同一電位，所以可共用一個驅(qū)動電源。±5V電壓產(chǎn)生電路±5V電壓產(chǎn)生電路如圖3-5所示。該電路使用24V轉(zhuǎn)±5V的帶隔離穩(wěn)壓的直流電源模塊IA2405KS-1W，該模塊溫度特性好，且輸出電壓穩(wěn)定紋波小，適合與線路板上產(chǎn)生與輸入隔離的正負(fù)電源的場合。系統(tǒng)只有一個該電路結(jié)構(gòu)，它的輸出參考點(diǎn)和系統(tǒng)模擬地共在一起，用于向電流檢測信號調(diào)理電路的運(yùn)放提供所需的正負(fù)電源。圖3-5 5V電壓產(chǎn)生電路3.3.35V電壓產(chǎn)生電路圖3-6為數(shù)字3.3V電壓產(chǎn)生電路，該電路由兩個直流模塊組成，先使用IB2405LS/D-2W將24V電壓變?yōu)?V電壓，再利用芯片LM3940將5V

30、電壓變?yōu)?.3V電壓。LM3940使用時輸入和輸出側(cè)必須要有濾波電容，否則無法正常工作。該電路主要向控制板的DSP及其外圍電路和驅(qū)動芯片輸入端進(jìn)行供電。圖3-6 數(shù)字3.3V電壓產(chǎn)生電路圖3-7是產(chǎn)生3.3V模擬電源的電路，利用小磁珠將數(shù)字3.3V和模擬3.3V、數(shù)字地和模擬地進(jìn)行隔離，得到干凈的模擬電源，作為運(yùn)放輸入的參考電壓使用。圖中DS為電源指示燈，R55為限流電阻，當(dāng)系統(tǒng)上電后，DS發(fā)光表明供電模塊正常。圖3-7 模擬3.3V電壓產(chǎn)生電路3.4檢測模塊電壓檢測電路電壓檢測電路如圖3-8所示，該系統(tǒng)直接利用電阻分壓進(jìn)行電壓檢測。分壓電阻根據(jù)端電壓的最大值大進(jìn)行選取，當(dāng)端電壓為最大值時，使

31、分壓結(jié)果為3.3V即可。C為濾波電容，濾除高頻噪聲。D1、D2為限壓保護(hù)二極管，當(dāng)檢測電壓低于0V時，下管D2導(dǎo)通，將輸出電壓U牽制在0V，而當(dāng)檢測電壓高于3.3V時，上管D1導(dǎo)通，從而將輸出電壓U牽制在了3.3V，所以輸出電壓U只在0V到3.3V之間，不會對DSP產(chǎn)生損壞。電流檢測電路電流檢測電路如圖3-9所示，利用一個采樣電阻進(jìn)行電流檢測。Ra為50m采樣電阻，最大可通過5A電流，C為濾波電容。由于采樣電阻很小，所以需要進(jìn)行進(jìn)一步的處理才能輸入到DSP，圖3-10為電流檢測信號放大調(diào)理電路。該電路共有兩級運(yùn)放，由于所檢測的蓄電池電流有正負(fù)之分，所以運(yùn)放利用正負(fù)電源進(jìn)行供電。電路選用雙運(yùn)放芯

32、片OP284，該芯片具有供電電壓范圍寬，增益穩(wěn)定，溫漂小，帶寬大，噪聲小等特點(diǎn)，完全可以滿足電路設(shè)計需要。圖3-8 電壓檢測電路 圖3-9 電流檢測電路圖3-10 電流檢測信號放大調(diào)理電路電路第一級為信號放大環(huán)節(jié)，設(shè)其增益為A1，輸入為V1in，輸出為V1out，則有： (3-1)該環(huán)節(jié)放大電路將采樣電阻檢測得到的微小電壓信號，放大為-3.3V+3.3V的電壓信號。由于DSP的輸入只能是0V3.3V的電壓信號，所以需要偏置環(huán)節(jié)將前級放大信號調(diào)整到合適的范圍，調(diào)理環(huán)節(jié)實(shí)際上就是給前級輸出加一個直流偏置，將-3.3V+3.3V的電壓信號變換為0V3.3V的電壓信號。調(diào)理環(huán)節(jié)的輸入為V1out，設(shè)其

33、輸出為V2in，則有： (3-2)第二級運(yùn)放為電壓跟隨電路，設(shè)其輸出為V2out，則有： (3-3)該環(huán)節(jié)將調(diào)整好的電壓信號直接輸出，起緩沖穩(wěn)壓作用。最后的環(huán)節(jié)是對信號進(jìn)行濾波與保護(hù)，該環(huán)節(jié)的作用和電壓檢測電路中介紹的作用相同。3.5驅(qū)動模塊由于DSP發(fā)出的PWM信號不能直接驅(qū)動IGBT工作，IGBT工作時需要+15V的開柵電壓和低于0V的關(guān)柵電壓，所以本文選用惠普公司專用驅(qū)動芯片HCPL3120。它是一種專門用于驅(qū)動IGBT的光耦隔離式集成驅(qū)動芯片，最高開關(guān)頻率可達(dá)2MHz，輸出驅(qū)動電壓變化范圍大，它可以驅(qū)動1200V/100A的IGBT。圖3-11是該芯片的功能框圖和真值表。當(dāng)光耦導(dǎo)通時，

34、如果所加電壓VCCVEE大于13.5V，芯片輸出高電平VO=VCCVEE，驅(qū)動IGBT開通；當(dāng)光耦關(guān)斷時，芯片輸出低電平使IGBT關(guān)斷。圖3-11 HCPL3120的功能框圖和真值表圖3-12 驅(qū)動電路原理圖圖3-12為驅(qū)動電路的原理圖，將芯片中內(nèi)部發(fā)光二極管的正端接3.3V高電平，負(fù)端接控制信號GA_A，當(dāng)GA_A為低電平時，內(nèi)部光耦導(dǎo)通，輸出高電平驅(qū)動IGBT開通，當(dāng)GA_A為高電平，內(nèi)部光耦關(guān)斷，輸出低電平使IGBT關(guān)斷。R10為內(nèi)部二極管的限流電阻，C21為電源濾波電容，該電容必須有，不然芯片可能無法正常工作。C26、R20、D9是為了確保IGBT可靠關(guān)斷，R25用來限制柵極du/dt

35、不至過大，DZ5用來穩(wěn)定驅(qū)動輸出電壓，使之保持在015V之間。4 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1軟件實(shí)現(xiàn)功能軟件實(shí)現(xiàn)以Freescale公司DSP56F8013為控制核心，分別控制太陽能電池輸出模擬裝置的全橋變換器，直流電機(jī)電樞電流控制的橋式整流電路和蓄電池充電電路中的交錯并聯(lián)DC/DC變換器。4.1.1模擬太陽能電池輸出裝置軟件主要實(shí)現(xiàn)功能對采樣檢測到的模擬信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；對AD轉(zhuǎn)換后的采樣信號進(jìn)行軟件低通濾波，對系統(tǒng)進(jìn)行軟件保護(hù)； 根據(jù)檢測信號得到相應(yīng)的控制策略和控制量；產(chǎn)生4路PWM脈沖信號，控制主電路中四只IGBT開關(guān)管的開通和關(guān)斷。4.1.2直流電機(jī)電樞電流控制軟件主要實(shí)現(xiàn)功能對

36、采樣檢測到的模擬信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；對AD轉(zhuǎn)換后的采樣信號進(jìn)行軟件低通濾波，對系統(tǒng)進(jìn)行軟件保護(hù)； 使用外部中斷計算脈沖編碼器的脈沖數(shù)，進(jìn)而計算直流電機(jī)轉(zhuǎn)速； 根據(jù)檢測信號得到相應(yīng)的控制策略和控制量；產(chǎn)生4路PWM脈沖信號，控制主電路中四只IGBT開關(guān)管的開通和關(guān)斷。4.1.3蓄電池充電電路軟件主要實(shí)現(xiàn)功能對采樣檢測到的模擬信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；對AD轉(zhuǎn)換后的采樣信號進(jìn)行軟件低通濾波，對系統(tǒng)進(jìn)行軟件保護(hù)； 根據(jù)檢測信號得到相應(yīng)的控制策略和控制量；產(chǎn)生4路PWM脈沖信號，控制主電路中四只IGBT開關(guān)管的開通和關(guān)斷。4.2軟件設(shè)計工具本系統(tǒng)主要使用的軟件為Motorola公司DSP的軟件開發(fā)調(diào)試工具Cod

37、eWarrior和其嵌入式PE(Processor Expert)軟件包。17對于DSP56800系列產(chǎn)品，飛思卡爾提供了兩個有力的軟件開發(fā)工具。一個是CodeWarrior集成開發(fā)環(huán)境，是一種可靠的用于交叉匯編，交叉C編譯、鏈接和調(diào)試的開發(fā)工具；另外一個是軟件開發(fā)工具PE(Processor Expert)軟件包它提供了各種外設(shè)模塊的驅(qū)動程序和接口。4.2.1軟件開發(fā)環(huán)境CodeWarrior概述CodeWarrior集成開發(fā)環(huán)境包含了一個可視化的工程創(chuàng)建和管理系統(tǒng)，對源代碼文件和庫進(jìn)行全面的管理，降低了工程的復(fù)雜性。它帶有一個代碼編輯器，采用了習(xí)慣的拼寫風(fēng)格，是建立和修改源代碼的理想工具。

38、它還帶有一個C源碼級的調(diào)試器，提供基于WINDOWS的代碼調(diào)試功能，可視化地顯示復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和表達(dá)式的內(nèi)容，大大加快了系統(tǒng)開發(fā)的速度，提高了工作效率。總之，CodeWarrior IDE允許設(shè)計人員可視化地進(jìn)行代碼編輯、鏈接、調(diào)試和內(nèi)核仿真等多種操作。4.2.2PE(Processor Expert)概述PE(Processor Expert)是Codewarrior IDE中集成的軟件包，內(nèi)置自動代碼生成工具；并且具有數(shù)據(jù)可視化和帶模板的項目管理工具，可以根據(jù)用戶的要求選擇需要的外設(shè)模塊，利用圖形化的用戶接口，對選定的模塊進(jìn)行設(shè)置，自動創(chuàng)建初始化代碼，并按照要求生成一些功能代碼。能夠顯著縮

39、短開發(fā)時間、提高代碼質(zhì)量。使用該軟件開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)，可極大減少用戶的工作量，大大提高系統(tǒng)的開發(fā)效率。利用PE可以花較少的時間了解所應(yīng)用的DSP，就可以通過嵌入式豆將所需的功能進(jìn)行配置，并完成驅(qū)動程序的生成，所以用戶就可以快速建立一個初步的應(yīng)用軟件進(jìn)行測試和改進(jìn)，使用戶專心開發(fā)用戶系統(tǒng)特有的程序而不必拘泥于芯片的細(xì)節(jié)設(shè)置。由于Processor Expert具有上述特性，因此對于它的操作就非常簡單便捷。一切操作都是圍繞每一個Embedded Bean的“特性”、“方法”和“事件”這三種屬性產(chǎn)生的。下面就結(jié)合Processor Expert的界面來介紹對它的操作 18。4.3程序?qū)崿F(xiàn)方法及流程圖4.

40、3.1模擬太陽能電池輸出流程圖模擬太陽能電池輸出時，在主函數(shù)進(jìn)行了各模塊的初始化，在ADC中斷中實(shí)現(xiàn)了AD轉(zhuǎn)換與濾波,在PWM重載中斷中實(shí)現(xiàn)PI控制與PWM給定，在定時器中斷中判斷電路有無過流，有過流則關(guān)閉PWM輸出。圖4-1模擬太陽能電池輸出流程圖其中ADC與PWM同步轉(zhuǎn)換。其實(shí)現(xiàn)為每次PWM中斷開啟使能AD轉(zhuǎn)換中斷，進(jìn)入AD中斷之后AD轉(zhuǎn)換濾波完畢后關(guān)閉ADC，等待下一次進(jìn)入PWM重載中斷在此開啟AD后才進(jìn)行下一次AD轉(zhuǎn)換。這樣，沒執(zhí)行一次PWM重載只執(zhí)行一次AD轉(zhuǎn)換。4.3.2模擬風(fēng)機(jī)流程圖模擬風(fēng)機(jī)時，在主函數(shù)進(jìn)行了各模塊的初始化，在ADC中斷中實(shí)現(xiàn)了采樣電壓、電流的AD轉(zhuǎn)換與濾波,在P

41、WM重載中斷中實(shí)現(xiàn)PI控制與PWM給定，當(dāng)脈沖編碼器有脈沖產(chǎn)生時進(jìn)入外部中斷，在外部中斷中進(jìn)行脈沖計數(shù)并判斷電機(jī)是否轉(zhuǎn)速太高，在定時器中斷中判斷電路有無過流，有過流則關(guān)閉PWM輸出，同時進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速的計算。圖4-2 模擬風(fēng)機(jī)流程圖4.3.3蓄電池充電電路流程圖程序控制交錯并聯(lián)BUCK-BOOST變換器實(shí)現(xiàn)電池兩階段充電，程序中應(yīng)用到了ADC中斷和PWM重載中斷。首先在主函數(shù)進(jìn)行了各模塊的初始化，在ADC中斷中實(shí)現(xiàn)了采樣電壓、電流的AD轉(zhuǎn)換與濾波,并判斷是否有過流和過壓的情況，如果有則使CONTROL_STATE置0，然后關(guān)閉ADC跳出中斷，跳出中斷；否則根據(jù)采樣電流電壓判斷蓄電池電量，選擇相應(yīng)

42、的控制策略給CHARGE_STATE賦不同的值。圖4-3 主電路控制流程圖主程序和AD中斷程序在PWM重載中斷中首先判斷CONTROL_STATE狀態(tài)，如果為0則封鎖PWM輸出，否則通過讀取CHARGE_STATE的值來判斷蓄電池充電控制策略，CHARGE_STATE為0，則四路PWM均給0，CHARGE_STATE不等于0則根據(jù)CHARGE_STATE狀態(tài)和采樣電流電壓計算期望的給定電壓Vref，比較Vin和Vref選擇Buck或者Boost控制策略，同時將另一組PI歷史積分值置0，并實(shí)現(xiàn)PI控制產(chǎn)生PWM給定，之后進(jìn)行ADC中斷使能。圖4-4 主電路控制流程圖PWM重載中斷程序4.4程序關(guān)

43、鍵部分的實(shí)現(xiàn)4.4.1使用DSP芯片實(shí)現(xiàn)PWM移相Freescale公司DSP56F8013芯片可以配置成三個互補(bǔ)的PWM輸出或六個獨(dú)立的PWM輸出或二者的組合。可以設(shè)置成為邊沿對齊模式或者中心對齊模式，6個PWM通道共用一個PWM計數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)中心對齊模式下的半周期重載或1-16個PWM周期重載。194.4.2單極性移相PWM控制的實(shí)現(xiàn)觀察單極性移相PWM四路控制信號的波形可以看到PWM1和PWM2的導(dǎo)通中心是相同的，所以在實(shí)現(xiàn)時可以將PWM設(shè)置成中心對齊模式；同時可以看到PWM1和PWM2導(dǎo)通時間之和是一個周期，而PWM1的占空比與PWM2的占空比之差正是實(shí)際的占空比，所以PWM1占空比

44、50%+D/2，PWM2的占空比50%-D/2，重載后四路PWM波形即如圖4-11(c)所示。4.4.3雙極性移相PWM控制的實(shí)現(xiàn)因為Freescale公司DSP56F8013芯片6個PWM通道共用一個PWM計數(shù)器，所以不能夠直接產(chǎn)生移相的PWM波形。對于雙極性的移相PWM控制要求兩個互補(bǔ)的PWM信號，占空比均為50%，但是它們之間要求可以在0-180度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)相差。該P(yáng)WM波形可由以下方法產(chǎn)生：設(shè)置PWM模塊中心對齊模式，半周期重載，第一個PWM信號直接給占空比50%，第二個的PWM信號在前半個PWM周期中給一個占空比D1，后半個周期給一個占空比100-D1，則兩個PWM信號占空比均為50

45、%，而在相位上有一個等于（50-D1）/100的相差，最多可以超前或滯后90度，如果兩個PWM信號均用上述半周期改變占空比的方法，則可以產(chǎn)生最多超前或滯后180度的PWM輸出。4.4.4 DSP定標(biāo)和標(biāo)幺化4.4.4.1定標(biāo)在定點(diǎn)DSP中，采用定點(diǎn)數(shù)進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算其操作數(shù)一般采用整型數(shù)來表示，而且是以2進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示的。以16位定點(diǎn)DSP為例：無符號數(shù)的表示范圍是：065535有符號數(shù)的表示范圍是：-3276832767對于定點(diǎn)DSP而言，內(nèi)部運(yùn)算的操作數(shù)均為16位整型數(shù)。但是在實(shí)際控制系統(tǒng)中許多變量均為小數(shù)。如果要用整型數(shù)來表示一個小數(shù)，就需要確定變量的小數(shù)點(diǎn)在16位整型數(shù)的位置。這一過程就

46、是定標(biāo)。通過設(shè)定小數(shù)點(diǎn)在16位數(shù)中的不同位置，就可以表示不同范圍和不同精度的數(shù)。如果把小數(shù)點(diǎn)放在最低位之前，我們稱Q1定標(biāo)，依次為Q2，Q3，放在最高位的前面是Q16定標(biāo)。取最高位為符號位，我們就可以有Q0，Q1Q15定標(biāo)十六種定標(biāo)方式。定標(biāo)之后的數(shù)在進(jìn)行加減運(yùn)算時要先進(jìn)行統(tǒng)一定標(biāo)，之后才可以加減；在進(jìn)行乘法時，結(jié)果的定標(biāo)是兩個乘數(shù)定標(biāo)之和；除法運(yùn)算結(jié)果定標(biāo)為兩個定標(biāo)之差。4.4.4.2標(biāo)么化將物理量或參數(shù)用實(shí)際值用相對于該量的基準(zhǔn)值來表示的單位制，成為相對單位制。16相對單位制表達(dá)的量也稱為標(biāo)么值，定義為因為在DSP控制中，AD采樣的結(jié)果，占空比的給定都是標(biāo)幺值，所以電壓電流的表示以及其他中

47、間運(yùn)算最好也用標(biāo)幺值，這樣更容易統(tǒng)一單位，而且不需要考慮乘系數(shù)。在定標(biāo)過程中要求所有量定標(biāo)要統(tǒng)一，例如：已經(jīng)給電壓和電流定標(biāo)，那么電阻基準(zhǔn)值就等于電壓基準(zhǔn)值除以電流基準(zhǔn)值。在16位定點(diǎn)DSP的標(biāo)幺化中，所有標(biāo)幺值都是Q15定標(biāo)，實(shí)際值在-1和0.9999695之間，所以要求基準(zhǔn)值大于或等于實(shí)際的最大值。CodeWarrior IDE軟件開發(fā)平臺可以非常容易地實(shí)現(xiàn)Q15作為固定定標(biāo)值的小數(shù)運(yùn)算，集成在嵌入豆DSP Func MFR中。加減乘除分別用Frac16 add(Frac16 x,Frac16 y),sub(Frac16 x,Frac16 y),Frac16 mult_r(Frac16 x

48、,Frac16 y),Frac16 div_s(Frac16 x,Frac16 y)。因為Q15定標(biāo)處理的數(shù)實(shí)際上表示小數(shù)，所以在做除法時要求被除數(shù)小于除數(shù)。5 系統(tǒng)仿真與調(diào)試5.1仿真工具簡介PSIM是趨向于電力電子領(lǐng)域以及電機(jī)控制領(lǐng)域的仿真應(yīng)用包軟件，具有仿真高速、用戶界面友好、波形解析等功能，為電力電子電路的解析、控制系統(tǒng)設(shè)計、電機(jī)驅(qū)動研究等有效提供強(qiáng)有力的仿真環(huán)境。PSIM具有獨(dú)特仿真速度、可控制任意大小的電力變換回路、及對控制回路仿真功能的特點(diǎn)，在各不同系統(tǒng)的仿真領(lǐng)域、控制環(huán)的設(shè)計、以及電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。20PSIM作為仿真工具以及設(shè)計工具使用，可大大提高工作效率和生產(chǎn)

49、性能，對降低開發(fā)成本和縮短研發(fā)周期都起到舉足輕重的作用。5.2交錯互補(bǔ)buck-boost斬波電路5.2.1仿真模型圖5-1 蓄電池充電電路仿真電路圖5.2.2仿真結(jié)果輸入電壓：Vin=10V30V的三角波，頻率20Hz輸出電壓給定：Vref=20V開關(guān)頻率：f=20KHz主電感：L1=L2=0.5mH仿真時間：t=0.2sBUCK變換PI控制參數(shù)：Kp=0.5，Ki=0.000007BOOST變換PI控制參數(shù)：Kp=25，Ki=0.0011按照上述參數(shù)運(yùn)行仿真，得到系統(tǒng)仿真結(jié)果波形如下圖所示：圖5-2為啟動階段仿真波形，圖5-3為輸出電壓的放大圖，從中我們可以看出輸出電壓大約經(jīng)過6ms的調(diào)節(jié)

50、時間即能達(dá)到穩(wěn)定；圖5-4為穩(wěn)定階段的放大圖（100ms到150ms），從中我們可以觀察出控制波形在電路buck和boost工作狀態(tài)之間的切換；圖5-5在圖5-4的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行了放大，從中即可觀察出buck工作狀態(tài)到boost工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中PWM波形的變化；圖5-6為兩相斬波電路PWM波形交錯互補(bǔ)的波形圖，圖形選自137.3ms到137.7ms，波形選擇為boost工作狀態(tài)PWM3和PWM4波形；圖5-7為buck工作狀態(tài)下的電流波形，可以看出輸出電流脈動大為降低；圖5-8為IGBT1驅(qū)動失效情況下輸出電壓波形，可以看出輸出電壓仍然能夠穩(wěn)定在20V左右。圖5-2 啟動階段仿真結(jié)果圖5-

51、3 啟動電流放大圖圖5-4 局部放大圖（已經(jīng)穩(wěn)定）圖5-5 PWM狀態(tài)轉(zhuǎn)換放大圖圖5-6 PWM交錯互補(bǔ)波形圖圖5-7 buck工作狀態(tài)下的電流脈動波形圖5-8 IGBT1驅(qū)動失效輸出電壓曲線5.2.3結(jié)果分析該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)升降壓變換，在10-30V范圍內(nèi)的輸入電壓，均能很好的穩(wěn)定到期望電壓上，在輸入電壓變化過程中能夠很好地判斷升降壓狀態(tài)并進(jìn)行切換，啟動時調(diào)節(jié)時間6ms左右。而且通過仿真確實(shí)看到了兩相buck電路輸出電流脈動要小于兩相電路中電感電流脈動，因此能夠減小感性元件體積。同時通過做IGBT1驅(qū)動失效的仿真證實(shí)了雙相斬波電路能夠增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性這一結(jié)論。5.3模擬風(fēng)機(jī)系統(tǒng)調(diào)試本文控制橋式電

52、路模擬風(fēng)機(jī)P-n特性，并將P-n轉(zhuǎn)化為I-n圖，其曲線近似正態(tài)曲線形狀，本文控制橋式輸出電流跟隨電機(jī)轉(zhuǎn)速以正態(tài)曲線變化。在以下實(shí)驗結(jié)果圖中n均以綠色曲線表示，I均以紅色曲線表示。5.3.1調(diào)試設(shè)備圖5-20 調(diào)試設(shè)備照片5.3.2跟蹤風(fēng)機(jī)I-n曲線實(shí)驗風(fēng)機(jī)I-n曲線近似于其輸出特性P-n曲線（圖1-3），本實(shí)驗實(shí)際跟蹤一條由Matlab產(chǎn)生的正態(tài)分布變化規(guī)律的曲線。本文在測試了DSP控制芯片響應(yīng)正確，電流檢測電路輸出正確之后，又對PWM輸出進(jìn)行了檢測，在各個部分調(diào)試完全正常的情況下對系統(tǒng)整體進(jìn)行了測試，通過PC_Master對系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試并采得了波形。首先調(diào)節(jié)AD采樣偏置，使沒有電流時，A

53、D反饋為零。結(jié)果如下圖6-21：其中綠線表示電機(jī)轉(zhuǎn)速，從0到500r/min；紅線表示期望電流；藍(lán)線表示采樣電流；淺綠色線代表通過低通濾波以后的電流值。圖5-21 沒有輸出電流時的波形然后通過自耦調(diào)壓器逐漸加大電壓，當(dāng)電壓偏小時，電感電流變化較慢會對應(yīng)一個大的PI參數(shù)。增大自耦調(diào)壓器輸出到25V左右，調(diào)節(jié)PI參數(shù)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了很好的跟隨效果，如圖5-22。藍(lán)線去濾波后電流值（以下圖均如此）圖5-22 輸出波形在調(diào)試過程中還得到如下波形，其中圖5-23為參數(shù)P偏小時的波形，圖5-24為參數(shù)P偏大的波形，圖5-25為參數(shù)I偏小的波形。圖5-23 參數(shù)P偏小圖5-24 參數(shù)P偏大圖5-25 參數(shù)I偏小

54、由上可知，PI調(diào)節(jié)器參數(shù)是受硬件參數(shù)影響變化的。對應(yīng)于某個特定的環(huán)境，有一個PI參數(shù)的范圍能使系統(tǒng)達(dá)到要求的控制效果，參數(shù)太大或太小，系統(tǒng)性能都會大打折扣。5.3.3模擬太陽能電池輸出曲線太陽能電池輸出特性曲線如1-4所示，本實(shí)驗控制橋式電路根據(jù)電壓值產(chǎn)生期望電流，控制輸出電流跟蹤太陽能電池輸出曲線。實(shí)驗結(jié)果如圖5-26所示，太陽能電池參數(shù)選擇：Uoc=50V，Isc=5A，Um=40V，Im=4.5A其中綠色線表示輸出電壓Vout，其中500代表50V；紅色線表示期望的電流值，綠色線代表電流霍爾對輸出采樣的采樣電流值，其中7000代表5A。圖5-26 太陽能電池輸出特性跟蹤效果6結(jié)論通過這個

55、實(shí)驗我們也看出了，使用橋式電路來控制電流是可行的，而且效果很好，可以使用橋式電路來進(jìn)行風(fēng)機(jī)和太陽能電池輸出的模擬。本文雖然完成了系統(tǒng)的設(shè)計以及已經(jīng)各部分的模擬和實(shí)驗，但是由于缺少關(guān)鍵設(shè)備導(dǎo)致沒有對整個系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合試驗，無法整個系統(tǒng)的給出確定性結(jié)論。此外，由于時間原因，本文只是完成了一些簡單設(shè)計，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)尚有許多可以更深入思考的地方，比如容量預(yù)測，功率因數(shù)校正等等，值得進(jìn)一步研究。通過兩個月的鍛煉，我的動手能力，分析問題的能力都有了一定提升。我在這個風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)電路板和驅(qū)動板以及主電路板的焊接。主要負(fù)責(zé)了焊接控制板，由于我時間有限在北京的這兩個月時間負(fù)責(zé)了控制板的焊接，尤其是DSP8037芯片的焊接。以及做整個系統(tǒng)仿真模型的連線。雖然我們做完了兩臺風(fēng)光發(fā)電的機(jī)子送到寧夏進(jìn)行試驗的時候出了故障。但是我通過在實(shí)驗室里對整一個系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真結(jié)果是非常好的。我們會在不斷地改進(jìn)我們的方案，使得我們的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)能夠得到真正的應(yīng)用。為國家電網(wǎng)減輕供電負(fù)擔(dān)。我在學(xué)習(xí)這個系統(tǒng)的原理時不斷地查閱文獻(xiàn)過程中豐富了自己的知識，提高了檢索能力，總的來說還是很有收獲的。參考文獻(xiàn)1王曉丹：通信電源設(shè)備使用維護(hù)手冊J，人民郵電出版