2010年湖北省高校電子信息類專業(yè)教學(xué)改革與電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽工作研討會(huì)

A題--光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置4/2/20231題目分析方案選擇參數(shù)計(jì)算測(cè)試說(shuō)明參賽結(jié)果4/2/20232題目分析方案選擇參數(shù)計(jì)算測(cè)試說(shuō)明參賽結(jié)果4/2/20233圖1并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置框圖4/2/202351．基本要求（1）具有最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）功能：RS和RL在給定范圍內(nèi)變化時(shí)，使相對(duì)偏差的絕對(duì)值不大于1%。（2）具有頻率跟蹤功能：當(dāng)fREF在給定范圍內(nèi)變化時(shí)，使uF的頻率fF=fREF，相對(duì)偏差絕對(duì)值不大于1%。（3）當(dāng)RS=RL=30Ω時(shí)，DC-AC變換器的效率≥60%。（4）當(dāng)RS=RL=30Ω時(shí)，輸出電壓uo的失真度THD≤5%。（5）具有輸入欠壓保護(hù)功能,動(dòng)作電壓Ud（th）=(25±0.5)V。（6）具有輸出過(guò)流保護(hù)功能,動(dòng)作電流Io（th）=(1.5±0.2)A。

4/2/202362．發(fā)揮部分(1)提高DC-AC變換器的效率，使≥80%（RS=RL=30Ω時(shí)）。(2)降低輸出電壓失真度，使THD≤1%（RS=RL=30Ω時(shí)）。(3)實(shí)現(xiàn)相位跟蹤功能：當(dāng)fREF在給定范圍內(nèi)變化以及加非阻性負(fù)載時(shí)，均能保證uF與uREF同相，相位偏差的絕對(duì)值≤5°。(4)過(guò)流、欠壓故障排除后，裝置能自動(dòng)恢復(fù)為正常狀態(tài)。(5)其他。4/2/20237題目分析方案選擇參數(shù)計(jì)算測(cè)試說(shuō)明參賽結(jié)果4/2/20239《電子制作》2010/02武漢大學(xué)-聞長(zhǎng)遠(yuǎn)王雨曦江超光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置(1)福州大學(xué)-張錦吉戴榮東吳家彪光伏并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置(2)武漢理工大學(xué)、三峽大學(xué)報(bào)告4/2/202310圖1并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置框圖4/2/2023112.正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）方式正弦波脈寬調(diào)制，根據(jù)其調(diào)制方式不同可分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。模擬調(diào)制制方式基于自然采樣原理，在三角波和正弦波的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制功率開(kāi)關(guān)器件的通斷。數(shù)字調(diào)制法同樣基于自然采樣原理，以可編程邏輯器件為載體將正弦波表存入存儲(chǔ)器，經(jīng)過(guò)數(shù)字比較產(chǎn)生對(duì)應(yīng)波形。數(shù)字調(diào)制方式生成波形相位分辨率可以達(dá)到很高精度，改變調(diào)制比（正弦波與三角波幅度比）即可改變輸出電壓。由于數(shù)字調(diào)制方式控制簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，故選用數(shù)字調(diào)制方式產(chǎn)生逆變電路的控制信號(hào)。4/2/2023134/2/202314方案一：?jiǎn)螛O性控制方式urucuOwtOwtuouofuoUd-Udur正半周，V1保持通，V2保持?jǐn)唷．?dāng)ur>uc時(shí)使V4通，V3斷，uo=Ud

。當(dāng)ur<uc時(shí)使V4斷，V3通，uo=0。4/2/202315方案三：?jiǎn)螛O倍頻正弦脈寬調(diào)制vr>vc時(shí)，VA為正，T1通態(tài)，T2截止。vr<vc時(shí)，VA為負(fù)，T1截止，T2通態(tài)。vr+vc>0時(shí)，VB為正，T4通態(tài)，T3截止。vr+vc<0時(shí)，VB為負(fù)值，T4截止，T3通態(tài)。vr+vc>0vr>-vc；4/2/2023174/2/202318uREF為模擬電網(wǎng)電壓的正弦參考信號(hào)，其峰峰值為2V，頻率fREF為45Hz-55Hz；頻率測(cè)量過(guò)零點(diǎn)測(cè)量相位的適當(dāng)修正4/2/2023194.保護(hù)電路系統(tǒng)具有欠壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)以及故障后的自恢復(fù)功能。利用單片機(jī)監(jiān)測(cè)輸入電壓Ud和輸出電流IO，采用試觸方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)恢復(fù)功能。當(dāng)檢測(cè)到欠壓狀態(tài)和過(guò)流狀態(tài)時(shí)，單片機(jī)斷開(kāi)繼電器，經(jīng)過(guò)4s延時(shí)后再次導(dǎo)通電路進(jìn)行檢測(cè)，直到故障排除為止。此外系統(tǒng)還附加短路保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)功能，短路保護(hù)電路具有自鎖功能。4/2/2023214/2/2023224/2/202323圖1并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置框圖4/2/202325方案二：雙極性控制方式urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud當(dāng)ur

>uc時(shí)，給V1和V4導(dǎo)通信號(hào)，給V2和V3關(guān)斷信號(hào)當(dāng)ur<uc時(shí)，給V2和V3導(dǎo)通信號(hào)，給V1和V4關(guān)斷信號(hào)4/2/202326U基波感性電流Id4/2/2023294/2/202330電容電流：Ic=Id-Is4/2/2023314/2/202332RS和RL在給定范圍內(nèi)變化時(shí)，Ud相對(duì)偏差的絕對(duì)值不大于1%30*1%=0.3VC=6000--10000UF4/2/202333直流輸入電壓極端情況下為60V，逆變器輸出交流電流有效值為2A，橋路上開(kāi)關(guān)管承受的最大反壓為直流電源電壓，考慮到一定的余量，選取IRF25OMOS管，其最大電壓為200V，最大電流為30A，最高開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)40kHz。4/2/202334LC低通濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)逆變器輸出濾波器的截至頻率取10倍工頻，鑒于系統(tǒng)功率不大，濾波電感的電感量可以稍大，濾波電容的容量稍小。實(shí)際制作中，濾波電感的電感量為1mH，滿足截至頻率的電容量為：實(shí)際測(cè)得，濾波電感的等效電阻為0.13Ω，考慮到橋路的等效電阻等，取總的等效電阻為0.2Ω，則有阻尼比：基波相移：4/2/202335頻率、相位同步方案由于逆變器開(kāi)關(guān)頻率取10kHz，從調(diào)制信號(hào)（電網(wǎng)電壓信號(hào)）到逆變橋的輸出最多一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的延遲0.1ms（1.8°）。所以，逆變器輸出總相位延遲：由于課題要求的頻率跟蹤范圍不大（45～55Hz），在整個(gè)頻率變化的范圍內(nèi)，都可以滿足相位跟蹤指標(biāo)要求。4/2/202336效率分析影響逆變器效率的主要因素是開(kāi)關(guān)損耗和濾波電感損耗開(kāi)關(guān)損耗與開(kāi)關(guān)頻率的平方成正比濾波電感損耗主要取決于繞制電感的導(dǎo)線銅損和磁芯的損耗為降低損耗，選用導(dǎo)通電阻為85mΩ的開(kāi)關(guān)管IRF250,SPWM載波頻率為10KHZ，對(duì)橋路開(kāi)關(guān)管的控制采用單極倍頻方法，可以降低一倍的開(kāi)關(guān)損耗。濾波電感的磁芯采用非晶態(tài)磁芯，大大降低高頻渦流損耗和磁滯損耗，并且由于高的導(dǎo)磁率，繞線較短，銅耗也大為降低，用直徑為1.8mm的銅絲繞制電感。4/2/202337保護(hù)電路設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通緩沖電路、關(guān)斷緩沖電路及吸收電路等，使之工作在安全區(qū)內(nèi)，且可以改變開(kāi)關(guān)軌跡，減少開(kāi)關(guān)損耗。（軟開(kāi)關(guān)）MSP430系列單片機(jī)具有多種低功耗模式，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)?shù)氖箚纹M(jìn)入低功耗模式，以減少系統(tǒng)的損耗。4/2/202338題目分析方案選擇參數(shù)計(jì)算測(cè)試說(shuō)明參賽結(jié)果4/2/202339測(cè)試記錄與評(píng)分表4/2/202340測(cè)試記錄與評(píng)分表4/2/202341測(cè)試記錄與評(píng)分表4/2/202342測(cè)試說(shuō)明4/2/202343測(cè)試說(shuō)明4/2/202344測(cè)試-注意事項(xiàng)相位差測(cè)量：波形不標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量波形（過(guò)零點(diǎn)）比較有一定難度嚴(yán)格按照要求：RS=30，值小電壓降不下來(lái)電路形式：有價(jià)升壓電路的濾波問(wèn)題：波形無(wú)法測(cè)量-不穩(wěn)、方波（無(wú)PWM控制）功率：散熱問(wèn)題、連線太細(xì)等濾波：RC濾波—不對(duì)接線：所有在實(shí)驗(yàn)室接好，不能現(xiàn)場(chǎng)接線自制信號(hào)源：使用實(shí)驗(yàn)室儀器4/2/202345題目分析方案選擇參數(shù)計(jì)算測(cè)試說(shuō)明參賽結(jié)果4/2/202346A題測(cè)試情況基本部分發(fā)揮部分測(cè)試總分設(shè)計(jì)報(bào)告總分50.0039.0089.0029.00118.0050.0037.0087.0025.33112.3345.3337.0082.3327.00109.3345.0033.5078.5023.50102.0038.0036.0074.0026.33100.3347.0031.0078.0021.0099.0043.0027.0070.0027.1797.1746.0023.0069.0023.1792.1739.3330.5069.8318.8388.66湖北省A題參賽隊(duì)：54（總隊(duì)數(shù)：466）4/2/202347項(xiàng)目主要內(nèi)容滿分設(shè)計(jì)報(bào)告方案論證比較與選擇方案描述4理論分析與計(jì)算MPPT的控制方法與參數(shù)計(jì)算同頻、同相的控制方法與參數(shù)計(jì)算提高效率的方法濾波參數(shù)計(jì)算9電路與程序設(shè)計(jì)DC-AC主回路與器件選擇控制電路或控制程序保護(hù)電路9測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果測(cè)試方案及測(cè)試條件測(cè)試結(jié)果及其完整性測(cè)試結(jié)果分析5設(shè)計(jì)報(bào)告結(jié)構(gòu)及規(guī)范性摘要設(shè)計(jì)報(bào)告正文的結(jié)構(gòu)圖標(biāo)的規(guī)范性3總分304/2/202348序號(hào)獎(jiǎng)項(xiàng)賽區(qū)組別參賽隊(duì)學(xué)校1一等獎(jiǎng)福建本科福州大學(xué)2一等獎(jiǎng)廣東本科華南農(nóng)業(yè)大學(xué)3一等獎(jiǎng)河北本科河北科技大學(xué)4一等獎(jiǎng)黑龍江本科哈爾濱工業(yè)大學(xué)5一等獎(jiǎng)黑龍江本科哈爾濱工業(yè)大學(xué)6一等獎(jiǎng)湖北本科華中科技大學(xué)7一等獎(jiǎng)湖北本科武漢大學(xué)8一等獎(jiǎng)湖北本科武漢大學(xué)9一等獎(jiǎng)江蘇本科南京航空航天大學(xué)10一等獎(jiǎng)遼寧本科大連理工大學(xué)11一等獎(jiǎng)山東本科中國(guó)石油大學(xué)（華東）12一等獎(jiǎng)山西本科運(yùn)城學(xué)院13一等獎(jiǎng)陜西本科空軍工程大學(xué)14一等獎(jiǎng)陜西本科西安電子科技大學(xué)15一等獎(jiǎng)上海本科同濟(jì)大學(xué)16一等獎(jiǎng)四川本科電子科技大學(xué)17一等獎(jiǎng)四川本科西南交通大學(xué)18一等獎(jiǎng)?wù)憬究茰刂荽髮W(xué)19一等獎(jiǎng)?wù)憬究茰刂荽髮W(xué)國(guó)家獎(jiǎng)69：一等19、二等504/2/202349ThankYou!三峽大學(xué)歡迎您！4/2/202350最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）太陽(yáng)能作為一種清潔、安全、取之不盡的可再生能源對(duì)于解決世界面臨的能源短缺和環(huán)境污染問(wèn)題起著重要的作用,而光伏發(fā)電作為可再生能源利用的重要的技術(shù)方式之一,在最近幾年得到了快速地發(fā)展。由于太陽(yáng)能電池是典型的非線性電源,輸出特性受光照、溫度等因素的影響,使得光伏電池的輸出功率隨著環(huán)境的變化不斷發(fā)生變化,其實(shí)際的光電轉(zhuǎn)換效率受到一定的限制。為了充分利用太陽(yáng)能,降低建造成本,就有必要對(duì)太陽(yáng)能的輸出功率進(jìn)行跟蹤控制即最大功率跟蹤