(要求：正文部分一律用五号字，宋体，单倍行距。一级大标题靠左，四号，宋体，加粗。二级大标题靠左，小四，宋体，不加粗。)

工程训练的内容如下：

一、封面 二、目录

三、摘要 四. 工程训练的目的与要求（含任务要求）

五. 方案选择与确定（架构设计）

六. 硬件原理图、PCB图、软件流程图、源程序设计（含思路和做法）

七. 功能实现与测试报告（或调试）

八．分析与总结 九．参考文献

十．致谢

 

第二篇：工程实训报告

目 录

第1章 绪论 ................................................................................................. 错误！未定义书签。

1.1 研究意义.................................. 错误！未定义书签。

1.2.国内外发展概况 ............................ 错误！未定义书签。

1.3 工程训练的内容 ............................ 错误！未定义书签。

第2章 并网型光伏逆变器的简介 ............................................................. 错误！未定义书签。

2.1并网型光伏发电系统对逆变器的要求 .......... 错误！未定义书签。

2.2光伏发电系统并网逆变器的功能 .............. 错误！未定义书签。

2.3光伏并网逆变器的工作原理 .................. 错误！未定义书签。

2.4光伏并网发电系统的组成框图（图2-1） ....... 错误！未定义书签。

2.5控制电路的构成 ............................ 错误！未定义书签。

2.6控制原理图 ................................ 错误！未定义书签。

第3章 TI公司TMS320F2812简介 ........................................................ 错误！未定义书签。

3.1 概述 ..................................... 错误！未定义书签。

3.2 TMS320F2812 芯片特点 ...................... 错误！未定义书签。

第4章 软件设计初步 ............................................................................... 错误！未定义书签。

4.1 最大功率点跟踪(MPPT)控制算法 .............. 错误！未定义书签。

4.2并网同步的软件实现 ........................ 错误！未定义书签。

第五章 总 结 ............................................................................................... 错误！未定义书签。

单相并网型光伏逆变器的设计

第1章 绪论

1.1 研究意义

能源是人类生存和发展的重要物质基础，近年来，世界化石能源的有限性和开发利用的过程中引起的环境污染问题日益突出，已经成为制约世界经济可持续发展的主要瓶颈。清洁的可再生能源的开发利用受到世界各国的高度重视，太阳能作为一种巨量的可再生能源，以其清洁、安全的特点，成为具有高度污染性化石能源的主要替代能源。太阳能的利用形式众多，其中光伏并网发电作为主要利用形式之一，受到人们的倍加关注。所以，在世界化石能源紧缺和环境污染严重的今天，深入开展太阳能光伏发电的技术的研究，对于缓解能源危机和加强环境保护、促进经济的可持续发展等具有深远而重大的理论和现实意义。

1.2.国内外发展概况

目前国际上对太阳能资源十分重视，促使太阳能开发利用技术发展很快，自20世纪50年代太阳能光伏集成建筑的兴起，世界范围内的太阳能利用技术已经走过了半个世纪的历史，特别是上世纪70年代爆发的世界性的石油危机有力的促进了太阳能的开发利用。

当前国际上对光伏发电的研究主要有两个方向，一个是光伏电池的研究，光伏电池的发电原理是当太阳光线照射到光伏电池的表面时，一部分光子被硅材料吸收而转换成电能。光伏电池主要以半导体材料为基础，研究不同材料电池板的发电效率，力求找到一种价格低、转换效率高的太阳能电池板材料；另一个研究热点主要集中在低成本、高效率、高稳定性的光伏逆变器件和光伏建筑集成应用系统等方面。在世界各国尤其是美、日、德等发达国家先后发起了大规模的国家光伏发电计划和太阳能屋顶计划，在它们的刺激和推动下，光伏产业近几年保持着年均30％以上的高速增长，许多企业和研究机构成功地推出了多种不同的高性能逆变器，并网光伏发电已经成为光伏发电领域研究和发展的最新亮点。

我国于19xx年开始研究太阳能电池，并于19xx年成功地首次应用于我国发射的东方红二号卫星上，80代以后，国家开始对光伏发电和光伏市场的发展给以支持，经过十多年的努力，我国光伏发电技术有了很大的发展，光伏电池技术不断 2

进步，与发达国家的差距越来越小，光伏电池转换效率不断提高，目前单晶硅电池实验室效率达20％，批量生产效率为14％，多晶硅实验室效率为12％，在20xx年以后，多晶硅产品逐步走出实验室，开始形成规模生产，其效率与发达国家相比，差距在不断缩小。在国家实施西部大开发发展战略和国内绿色环保工业升温的背景下，20xx年国家计委启动了西部地区送电到乡的项目，耗资近20亿人民币，有力地推进了我国光伏产业的发展。国家科技部已把“光伏屋顶并网发电系统”列入了“国家十五科技攻关计划”，并在北京建成20kWp、50kWp等容量等级的光伏屋顶并网系统，成功地实现了并网发电。在大型光伏电站方面，中科院电工研究所于20xx年在深圳世博园成功地实施了1MWp容量的大型光伏并网电站。随着我国光伏产业发展政策的出台和市场的发展，我国《1996-20xx年新能源和可再生能源发展纲要》中明确指出，要按社会主义市场经济的要求，加快新能源和可再生能源的发展和产业化建设，并且将可再生能源的发展计划纳入我国的“十五”能源规划，要求采取措施调整能源结构，提高清洁能源在能源消费中所占的比重；要求通过技术进步来推动可再生能源事业的发展，鼓励发展太阳能；鼓励改造传统能源利用技术，提高能源利用效率，降低污染排放，并给予税收优惠等支持政策．

综上可知，我国的光伏发电产业必将得到快速地发展.

1.3 工程训练的内容

1、了解TI公司DSP的发展状况，并熟悉掌握TI2812的使用;

2、了解单相光伏逆变器系统基本构成，设计其硬件电路并分析

3、熟悉掌握PROTELL99绘制其原理图及PCB图；

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第2章 并网型光伏逆变器的简介

2.1并网型光伏发电系统对逆变器的要求

输出交流电的太阳能光伏发电系统，由太阳能光伏阵列、充放电控制器、蓄电池和逆变器四部分组成（并网发电系统一般可省去蓄电池），而逆变器是系统中的关键部件。光伏发电系统对逆变器的要求如下：

1. 要求具有较高的效率。由于目前太阳电池的价格偏高，为了最大限度地利用太阳电池，提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率。

2. 要求具有较高的可靠性。目前光伏发电系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变器具有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变器具备各种保护功能，如输入直流极性接反保护，交流输出短路保护，过热、过载保护等。

3. 要求直流输入电压有较宽的适应范围，由于太阳电池的端电压随负载和日照强度而变化，蓄电池虽然对太阳电池的电压具有重要作用，但由于蓄电池的电压随蓄电池剩余容量和内阻的变化而波动，特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大，如12Ｖ蓄电池，其端电压可在10Ｖ～16Ｖ之间变化，这就要求逆变器必须在较大的直流输入电压范围内保证正常工作，并保证交流输出电压的稳定。

4. 在中、大容量的光伏发电系统中，逆变电源的输出应为失真度较小的正弦波。这是由于在中、大容量系统中，若采用方波供电，则输出将含有较多的谐波分量，高次谐波将产生附加损耗，许多光伏发电系统的负载为通信或仪表设备，这些设备对电网品质有较高的要求，当中、大容量的光伏发电系统并网运行时，为避免与公共电网的电力污染，也要求逆变器输出正弦波电流。

2.2光伏发电系统并网逆变器的功能

并网逆变器是并网光伏发电系统的核心部件和技术关键，并网逆变器与独立逆变器的不同之处是，它不仅可将太阳能电池方阵发出的直流电转化为交流电，并且还可以对转换的交流电的频率、电压、电流、相位、有功功率与无功功率、同步、电能品质（电压波动、高效谐波）等进行控制。对电网的跟踪控制是整个逆变系统的控制核心，直接关系到系统输出电能的质量和运行效率。并网逆变器应具有如下功能：

1. 自动根据从日出到日落的日照条件，尽量使太阳能电池方阵输出最大功率，在此范围内逆变器实现自动运行。

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2. 采用最大功率点跟踪（MPPT）控制技术，跟随太阳能电池方阵表面温度变化和太阳辐照度变化而产生的输出电压与电流的变化进行跟踪控制，是太阳能电池方阵保持在最大输出的工作状态，以获得最大的功率输出。

3. 将太阳能光伏发电系统剩余电能并入电网时，因电能输送至电网时导致并网点电压上升，有可能超过公共电网的运行范围，为保持系统的电压正常，逆变器在运行中要能够自动调整电压，以抑制并网点电压上升。

4. 当系统所在地电网或逆变器发生故障时，安全接触并网，控制逆变器停止运行，并应具有故障诊断和显示报警功能。

2.3光伏并网逆变器的工作原理

逆变器将直流电转化为交流电，若直流电压较低，则通过交流变压器升压，即得到标准交流电压和频率。对大容量的逆变器，由于直流母线电压较高，交流输出一般不需要变压器升压即能达到220V，在中、小容量的逆变器中，由于直流电压较低，如12V、24V，就必须设计升压电路。

中、小容量逆变器一般有推挽逆变电路、全桥逆变电路和高频升压逆变电路三种，推挽电路，将升压变压器的中性插头接于正电源，两只功率管交替工作，输出得到交流电力，由于功率晶体管共地边接，驱动及控制电路简单，另外由于变压器具有一定的漏感，可限制短路电流，因而提高了电路的可靠性。其缺点是变压器利用率低，带动感性负载的能力较差。

全桥逆变电路克服了推挽电路的缺点，功率晶体管调节输出脉冲宽度，输出交流电压的有效值即随之改变。由于该电路具有续流回路，即使对感性负载，输出电压波形也不会畸变。该电路的缺点是上、下桥臂的功率晶体管不共地，因此必须采用专门驱动电路或采用隔离电源。另外，为防止上、下桥臂发生共同导通，必须设计先关断后导通电路，即必须设置死区时间，其电路结构较复杂。

2.4光伏并网发电系统的组成框图（图2-1）

光伏并网发电伏阵列送来的直流电经过DC—DC变换器升压，进入逆变器主回路，经逆变器转换成交流方波，再经滤波器滤波成为正弦波电压送至电网。采用SG3525系统的结构框图如图所示，其工作过程为：由光控制芯片确保光伏电池的输出电压稳定在给定的最大功率点电压上，采用TMS320F2812控制芯片保证并网逆变器输出的正弦电流与电网电压同步。

2.5控制电路的构成

控制电路框图如图2-1所示，采用脉宽控制型芯片SG3525调节太阳能电池的输出电压，确保光伏电池的输出电压稳定在给定的最大功率点电压上。采用32位定点DSP芯片TMS320F2812控制芯片保证并网逆变器输出的正弦电流与电网电压同步。TMS320F2812芯片作为本系统的控制核心，需要实时检测直流侧太阳能电池的电流和电压信号，中间环节DC—DC变换后的直流电压，并网电流和电压信号。DSP输出四路脉冲信号对逆变器的开关管IGBT进行控制以实现输出电流的并网同步，并给SG3525发出最大功率点跟踪的电压指令和启动、停止信号。

2.6控制原理图

单相光伏并网逆变系统的控制原理图如图3所示。采用双闭环控制结构，内环为并网电流环，外环为直流电压环。外环的给定电压是光伏阵列的最大功率跟踪模块的输出值Ur，反馈量为光伏阵列实际的电压值Udc,对误差进行PI调节，此时系统通过检测电网电压的上升沿过零点，一旦出现上升沿过零，则产生同步中断，DSP内部的参考正弦表的值sin(wt)与电压误差调节后的值ir相乘作为内环的电流幅值给定ir，反馈量为逆变后实际输出的电流值io，二者的误差再经过PI调节，所得到的波形与三角载波比较产生四路PWM调制信号。由于是在电网电压的上升沿过零点产生中断，控制输出电流，从而可以保证输出电流和电网电压同步同相，功率因素为l。

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第3章 TI简介

3.1 概述

TMS320F2812 是由德州仪器公司生产的，工业界首批32 位的控制专用、内含闪存以及高达150MIPS 的数字信号处理器，专门为工业自动化及自动化控制等应用而设计。其内核是当今世界上在数字控制应用方面性能最高的DSP 内核，能够实时地处理许多复杂的控制算法。同时也是世界上程序代码效率最高的，且与目前所有的C2000 DSP 的程序代码兼容。TMS320F2812 的CPU 是基于TMS320F28xx 的32 位定点低功耗内核。体系结构采用级流水线技术，加快程序的执行。采用增强的哈佛结构，芯片内部具有6 条32 位总线，程序存储器总线和数据存储器总线相互独立，支持并行的程序和操作数寻址，因此CPU 的读/写可在同一周期内进行。这种高速运算能力使精确PID 和多变量控制、自适应控制、参数估计、神经网络、遗传算法等复杂控制算法得以实现。。

3.2 TMS320F2812 芯片特点

TMS320F2812 芯片是工业界首批32位的控制专用、内含闪存以及高达150MIPS的定

点数字信号处理器，其主要特点是：

(1)高性能32位CPU：运行频率高达150MHz， 4MB的程序／数据寻址空间；高效的代码转换功能(支持C／C++和汇编)；与TMS302F24x／F240x系列DSP代码兼容。

(2)高性能低功耗，采用1．8v内核电压和3．3v外围接口电压。

(3)128K×16位的内部FLAsH存储器；18K×16位的单周期访问SARAM。

(4)引导ROM(BooT RoM)：带有软件启动模式；数学函数库IQmath

(5)芯片内部有3个32位定时器，时钟和系统控制：支持动态改变锁相环的倍频系数；看门狗定时模块。

(6)具有两个事件管理器模块(EvA、EvB)，每个管理器模块包括：两个16位的通用定时器；8通道的PWM；不对称、对称或四个空间矢量PWM波形发生器；死区产生和配置单元；驱动保护中断(PDPINT)；三个完全比较单元；三个捕捉单元；正交脉冲编码电路等。

(7)拥有两个SCI口和一个SPI口，增加了数据缓存功能，传输频率可达MHz数量级。

(8)16个信道的12位A/D接口可灵活设置采样方式，单通道最快转换周期为200ns。

(9)可使用多达56个可编程且可复用的I/O口。

(10)外设中断扩展模块(PIE)：灵活的中断响应，支持45个外设中断

(11)先进的仿真调试功能：分析和断点功能；硬件支持实时仿真功能。 7

第4章 软件设计初步

4.1 最大功率点跟踪(MPPT)控制算法

太阳能电池输出特性是非线性的，受光照强度和环境温度以及阴、雨、晴、雾等气象条件的影响。如图所示为温度一定时太阳能电池的输出特性。为了充分地利用太阳能，应使太阳能电池工作在最大功率点附近，这就需要研究太阳能电池最大功率点跟踪策略。最大功率点跟踪算法有干扰观测法、电导增量法、模糊逻辑控制法、滞环比较法、神经元网络控制法、最优梯度法等方法。本设计采用的是电导增量法，电导增量法控制精确，响应速度较快，适用于大气条件变化较快的场合，硬件要求较高，各部分响应速度要求比较快，采用TMS320F2812控制芯片可以满足速度快的要求。

4.2并网同步的软件实现

光伏并网逆变器实现并网必须满足两个条件：一是逆变器输出的电压与电网的电压同频同相同幅值；另一个条件是输出的电流必须与电网的电同频同相。若逆变器的输出控制采用电流控制方式，电网可以视为容量无穷大的交流电压源，则只需控制逆变器的输出电流相位与电网电压的相位同步，幅值保持正弦输出，即可达到并联运行的目的。

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第五章 总 结

本文结合实验室建设以及各类相关理论著作，简单介绍了单相并网型光伏逆变器设计初步思路。采用TI公司TMS320F2812 芯片为核心的芯片对整个系统的输出电压和电流进行有效控制，通过软件编程实现太阳能输出电压与电网电压的同步。单相并网型光伏逆变器的研究，对于缓解能源危机和加强环境保护、促进经济的可持续发展等具有深远而重大的理论和现实意义。

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