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湖北民族学院信息工程学院毕业设计（论文）开题报告课题名称：基于单片机控制的太阳能逆变电源设计学生学号：031040501学生姓名：贾玉明学科专业：电气工程及其自动化导师姓名：孙先波信息工程学院制年月日填写填表需知一、填写本表前，学生应根据本表各部分要求写出初稿，由指导老师审查通过。二、参照指导教师意见修改初稿后正式填写本表，所填内容一经确定，一般不随意变动。三、本表各部分如不够填写，可自行加页。四、本表一式两份，指导教师一份（可以电子稿），所在系部一份（打印稿）。一、课题来源通过论文管理系统由指导老师出题本人自主选题所选出的二、选题的国内外研究现状及水平、研究目标及意义（包括应用前景、科学意义、理论价值）以及主要参考文献由于全球工业化进程的逐步发展，全世界对能源的需求急剧增加，而石油、煤炭、天然气三大化石能源却日渐枯竭，全球面临着严重的能源危机。因此开发新型能源势在必行，而太阳能作为一种巨量的可再生能源，是目前大量应用的化石能源的主要替代能源之一，是人类可利用的最直接的清洁能源之一，因此开发利用太阳能具有重大的战略意义。自20世纪50年代太阳能电池的应用到如今的太阳能光伏集成建筑，全世界在太阳能应用领域已走过了半个世纪。光伏发电以独特的前景优势被定为未来最有优势的能源，有着无穷的潜力。作为光伏应用系统中的重要部分，光伏逆变电源将会快速发展。在我国，从20世纪80年代起开始对光伏逆变器进行研究和开发，现在已有专门的公司研究和开发生产并网逆变器。由于终端市场启动时间较晚，国内光伏逆变器厂普遍规模较小，结构、工艺、做工、性能稳定性等指标跟国外一流企业有一定差距，但在小功率逆变器上与国际处于同一水平。在大功率并网逆变器上占据国内市场超过60%的龙头企业合肥阳光电源公司已经取得快速发展，并已进入到欧洲市场及国外其他大功率市场。近几年，随着西班牙、德国、美国、意大利等国对本国光伏产业的大力扶持，全球光伏逆变器销售不断增加，光伏逆变器进入一个快速增长的阶段。全球光伏逆变器市场基本被国际几大巨头所瓜分，他们具有成熟的技术和产品，同时欧洲作为全球市场的兴起区域，其本土的逆变器发展在世界上独占鳌头。由于全球光伏市场的快速发展，欧洲的光伏逆变器厂家开始了扩张之路。美国、日本也具有雄厚的工业基础和先进的半导体技术，他们在电路结构设计、电气和自动控制设计方面具有很强的实力，所以他们依靠公司的品牌在光伏逆变器生产设计方面也具有很强的实力和竞争优势。逆变器的先行者德国SMA2009年市场占有率为44%，销售额9.3亿欧元，逆变器出货量达3.4GW，2010年销售额达到11亿~l3亿欧元，同比增长18%~40%。传统光伏逆变器厂商纷纷扩充产能，建设完善渠道，同时传统电气、自控等工业巨头也加速进入新能源逆变器市场。我国太阳能利用尚处于起步阶段，研究高效率太阳能逆变电源的开发技术主要是为了解决偏远无电地区的生活用电问题、夏季高温电荒问题以及野外工作用电不便的问题。我国太阳能资源非常丰富，全国2/3的国土面积年均日照在2200小时以上。其中，西藏、青海、新疆、甘肃、宁夏及内蒙古等地总辐射量和日照数为全国之最，特别是西藏西部地区，年太阳辐射量居世界第二，仅次于撒哈拉大沙漠。针对这一现状，我们可以充分利用这些地区日照时间长的优势，利用小型高效率太阳能逆变电源对这些地区的公共设施，如路灯等进行供电。随着我国经济的快速发展，对电力资源的需求也在不断增加，尤其是在夏季，在一些工业相对发达的省份经常会出现用电荒的现象，这就会给居民的日常生活早成一定的不变，小型高效率太阳能逆变电源可在夏季解决家庭日常用电问题，帮助缓解电荒现象。与此同时，它还可用于野外作业、车载电源、应急抢险和移动办公等其他方面逆变电源按变换方式可分为工频变换和高频变换。工频变换逆变电源是利用分立器件和集成块产生50HZ交流信号，然后利用升压器产生220V交流电。这种逆变器结构简单，工作可靠，但是体积大，笨重、噪音大、价格高。效率也有待进一步提高。高频变换逆变电源是通过高频DC-DC变换技术，先将低压直流变成高频低压直流，经过高频升压器升压成高压直流，在对其进行正弦变换，即可得到220V、50HZ正弦波交流电。但这种逆变器控制环节较多，电路比较复杂。因其采用高频变换，所以体积小，重量轻、噪音小、效率高。且其采用闭环控制稳压技术，输出电压非常稳定，负载能力强，性价比较高，是目前可再生能源发电中的首选。逆变电源的主电路均需要有控制电路来实现，一般有方波和正弦波两种控制方式。方波输出逆变电源电路简单，成本低，但效率低，谐波成分大，噪音高。正弦波输出是目前逆变电源的应用趋势，随着又PWM功能的微处理器问世，正弦波输出逆变技术已经相当成熟。未来逆变电源要求更高的效率，更低的成本和更高的可靠性。太阳能逆变电源的研究方向正朝着数字化控制，模块化方向发展。即采用微处理器软件智能控制和采用不同的模块组合，就可以构成不同的电压、波形变换电源系统。三、研究的主要内容、研究方案及准备采取的技术路线、拟解决的关键问题（注：本部分内容必须详细填写）本课题主要是实现光伏电源的逆变且能够智能控制，为了使逆变电源的效率更高，结构简单、成本低、数字化控制和显示，输出电压质量高，系统响应快且更加实用本文将采用单向全桥逆变+高频升压+LC滤波来实现逆变器的设计。当然光伏电源系统应包括太阳能直流充电系统和逆变系统两大部分，本文将介绍太阳能电池的输出及蓄电池的充电，然后是直流升压电路再就是逆变器的设计还有电路的检测和保护，为使其智能化，我们将采取单片机进行控制，最后将会用MATLAB进行仿真。其系统流程图如下图所示太阳能电池板可以用我校实验室的太阳能小型方阵作为设计所用的供电装置。而蓄电池我们将采用铅酸蓄电池串联来组成蓄电池组，其具体计算值将会在论文中给出，蓄电池组的充电将采用两段式充电法，以实现太阳能电池的最大功率输出和对蓄电池进行合理的充电。对于直流升压环节的设计实际就是DC-DC开关电源，只需采用有电气隔离的DC-DC变换器作为逆变电源直流升压。逆变器的设计将采用单向全桥逆变电路和输出LC滤波器。由于要求逆变器输出电压为正弦电压且输出的电压谐波含量尽可能小，所以逆变控制方式将采用SPWM控制技术。然后就是保护电路的设计，保护电路主要是对蓄电池的充放电和交流输出进行电路保护。对于硬件设施器件的选择，将通过具体去做时的效果选择。最后就是软件的设计环节，其简单的流程图如下所示太阳能电池板直流升压逆变器交流负载充电器蓄电池单片机控制器检测电路参考文献【1】.赵争鸣.刘建政.孙晓瑛.袁立强太阳能光伏发电及其应用2005【2】李安定太阳能光伏发电系统工程2001【3】2013-2017年中国太阳能逆变器行业市场现状调查及投资策略研究分析报告2013【4】鲁延武、杨鸿雁10KV并网型光伏发电系统示范工程、阳光能源2013【5】李钟实太阳能光伏发电系统设计施工与维护【6】黄汉云太阳能光伏发电应用原理电子工业出版社2009【7】沈辉曾祖勤太阳能光伏发电技术化学工业出版社2005【8】董密罗安光伏并网发电系统中逆变器的设计与控制方法电力系统自动化2006【9】周志敏，纪爱华.高效功率器件驱动与保护电路设计及应用实例[M].北京：人民邮电出版社，2009.10【10】张兴，曹仁贤.太阳能光伏并网发电及逆变控制[M].北京：机械工业出版社,2010.9【11】王长贵，王斯成.太阳能光伏发电实用技术[M].北京：科学出版社,2000【12】丁元杰单片微机原理及接应用（第三版）机械工业出版社2005【13】李清政叶斌雷辉陈世强C语言程序设计教程（第二版）中国铁道出版社2008【14】康华光，邹寿彬电子技术基础（第五版）高等教育出版社2008【15】王兆安，刘进军电力电子技术（第五版）机械工业出版社2009开始初始化蓄电池充电控制模块SPWM逆变控制模块保护控制模块【16】胡寿松自动控制原理科学出版社2007【17】钟健伟电路基础中国电力出版社2008四、已进行的科研工作基础和已具备的科学研究条件（包括已经取得的科研成果、已经完成的科学实验及调查研究、具备的主要仪器设备及资料与数据等），以及可行性分析光伏发电系统已经走过了半个世纪，现今只要分为两大类，意识独立光伏发电系统，二是光伏并网发电系统。现今技术已经基本成熟，光伏电源已经走进了我们的生活之中，为我们的生活带来便利。现今的趋势就是数字化控制和模块化发展，本课题就是基于单片机控制的光伏电源的逆变属于数字化控制的简单研究，在光伏发电系统中应用较多且应经进入应用领域，所以研究是可以实现的。我校实验室比较齐全，有完善的硬件设施，和软件开发平台，所以研究此课题是可行的。对于设计所用到的模块，软硬件设施等都可以满足。天阳能电池已发展了几十年目前市场上太阳能电池板可以轻松买到，学校也拥有小型太阳能电池板方阵，可满足使用。蓄电池将采用铅酸蓄电池。逆变电源主要由全桥逆变电路、高频开关升压器、同波变换电路及输出LC滤波器组成。逆变控制采用SPWM技术已相当成熟。控制器采用单片机控制，简单实用且比较经济。五、课题研究起止年限、任务安排、分阶段要求和预期结果课题从2013年9月22号确定至2014年5月答辩结束10月查找相关资料，充分了解课题内容，进行光伏逆变电源设计的课题调研。11月完成开题报告。12月-2月初步完成系统原理图和升压电路以及逆变电路的设计，进行调制滤波和保护电路的设计及其他硬件设施的设计。3月完成论文硬件的主要框架、计算相关计算量，编写论文软件程序进行MATLAB仿真。4月继续阅读相关文献，初步完成论文，提交给指导老师，然后根据老师的意见进行修改和完善。5月论文定稿并提交，准备论文答辩。六、指导教师审查意见指导老师签字：年月日