有比较大的优势。而GTO一般存在于在特大容量(100kVA以上)系统中。针对上述电路的特点，开关器件我们应该选用IGBT。 2.3.5光伏系统最大功率跟踪的方法

在光伏发电系统中，除了光伏电池的内部特性影响光伏电池的利用率之外，还受使用环境的影响，比如温度、负载、辐射度等因素影响。由于工作的外界环境不同，光伏电池运行的最大功率点是不同的，但是每种情况下确是唯一的。因此，对于光伏发电系统来说，我们应当探索光伏电池工作的最优状态，尽可能大的将光能转变为电能。利用控制方法实现光伏电池的最大功率输出运行的技术被称为最大功率点跟踪技术。最大功率点的跟踪从本质上讲是一个自寻优的过程，即对光伏阵列端电压进行控制，使得光伏阵列能够在不同的温度和光照条件下智能的将最大功率输出。介绍下面几种典型的跟踪方法：

（1）定电压跟踪法：在温度的变化不是很大且辐射度大于一定值时，光伏电池的输出P-U曲线上的最大功率点几乎分布于一条垂直直线的两侧附近。因此，若能将光伏电池输出电压控制在最大功率点附近上的某一定电压处，光伏电池将会获得近似的最大输出功率，这种MPPT控制称为定电压跟踪法。定电压跟踪法的优点是拥有简单的控制策略、有较高的稳定性且易于实现。缺点就是它没有考虑到太阳能电池结温会影响开路电压，所以能量的损失会比较大，定电压跟踪法跟踪最大功率点的误差也会越大，这只是最大功率的一种近似跟踪方法。

（2）扰动观测法：扰动观测法是实现MPPT最常见的自寻优类方法之一。其基本原理是在正常工作下的光伏阵列，每隔一个固定的时间，都会利用一个较小的步长，来将太阳能电池输出的电压改变。方向即可以减少也可以增加，并对功率的变化方向进行检测，以此确定寻优的方向。若输出的功率增大，那么会继续按照上述的方法以周期的方向继续进行“干扰”，否则会改变扰动的方向。算法的流程图如下图2-9所示，其中I(k)、U(k)是光伏列阵当前的输出电流，输出电压，P(k-1)是上一个周期采样值。 由于系统始终存在着“扰动”，系统虽然在最大功率点旁边工作，但无法稳定下来，只能振荡运行在其附近，而步长决定着振荡的幅值。如果扰动的步长过大，则振荡在最大功率点附近就会比较大，就会损失较大的功率，但是跟踪的速度会比较快；相反如果取得较小的步长，虽然会减小功率的损失，但是同时也会降低跟踪的速度，系统的响应速度会降低。当光照随时间变化不大时，用这种算法是很有效的；当光照强度突变时，跟踪算法很有可能失效，得出错误的跟踪方向。

优点：原理很简单，测量的参数较少，转换的效率较高，硬件的实现比较方便，所以应用很广泛。

缺点：步长对速度和控制精度影响会比较大，即步长同精度不可以兼顾；系统的工作点是无法在最大功率点上稳定下来，将会导致部分功率损失；因为此种方法没有一套严谨的算法，对外界变化的环境有较低的适应能力，所以只有在光强变化不大的环境中才得以运用；复杂的控制算法，对控制系统的要求很高。

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初始功率读取 施加扰动输出 检测U(k)、I(k) 计算当前功率P(k)-P(k-1)>1 保持原扰动方 改变原扰动方输出控制信号

图2-9 扰动观测法的流程图

2.3.6 逆变器驱动电路

逆变器的驱动电路采用的是在AT89C51单片机控制下，SA4828芯片生成SPWM调制

信号，其中SA4828芯片是专用产生三相SPWM信号的。驱动电路作用主要是：当电压突然不正常时，相位依次相差180?，频率为50HZ的两路矩形电压脉冲依次产生，这两路脉冲分别驱动两个IGBT。

当电压出现不正常状态时，控制信号就会由AT89C51单片机迅速发出，SA4828芯片就会在此时立即工作，IGBT的通断便是由它发出的六路脉冲控制进行控制的。此时会有导通三个管子，同一桥臂上下的两个管子依次轮流导通180?，根据PWM控制技术，逆变器将会输出50HZ频率的交流电。

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第三章 硬件电路的设计

硬件电路的设计主要介绍直流侧欠电压、过电压检测电路，交流侧的过电流检测电路。 3.1直流侧欠电压检测电路

+12VD01R10+5VZ2R14R08PVC00R11R09R12+5VR13+-P1.1U2

图3-1 直流侧欠电压检测电路

直流侧欠电压检测电路如上图3-1所示，当太阳能电池板工作在正常状态时，输出的电压大约为96V，由分压电阻R10和R11分压，此时比较器的U?大约是2.4V，U?近似为1.8V，比较器的输出电压为12V，光耦合器U2会导通，发光二极管Z2由于承受了正向电压会发光，输出P当太阳能电池板工作在欠压时，U+会小于1.8V，比较器会输出0，1.1为0；

光耦合器U2不会导通会使灯息灭，输出P1.1为1。

3.2直流侧过电压检测电路

直流侧过电压检测电路如下图（3-2）所示，将Boost电路里电容C的两侧电压采集，通过电阻输入到比较器的负端。直流侧的电压值大约是240V，分到2管脚上的电压大概是2.5V，+5V的电压施加在R06的电阻上，通过R04,R05分压，落在1管脚上大约3.0V，在设计电路时使得U1>U2，这样就使3管脚稳定在+12V，Z1承受了正压而发光，输出P 1.0为0。 当直流侧的电压过高时，2管脚的电压也会相应的升到比3.0V还有高，此时比较器3管脚输出为0V，D00会导通，导致发光二极管Z1关断从而不发光，输出P1.0为1。 当直流侧的电压降至临界电压时，虽然2管脚的电压可下降到3.0V,但是因为1管脚已从3.0V降低到了2.5V，所以3管脚仍是0V，因此只有当直流侧的电压继续降到某一定值的时候，2管脚才降到低于2.5V，3管脚才能上升至12V。这时D00会截止，1管脚将会上升至3.0V,从而准备进行下次的过电压检测。

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+5V+12VR06D00R04R051+直流侧电压R022-R033R01Z1+5VR07P1.0U0

图3-2 直流侧过电压检测电路

3.2直流侧过电压检测电路

AC+12VR17R15+5VR16R18R1912+-U33Z3R20+5VA相电流检测C相电流检测&P1.5

图3-3 交流侧过电流检测电路

如上图3-3是交流侧过电流检测电路。工作在正常的状态下，比较器的1管脚的电位比2管脚电位低，3管脚的输出0V，光耦合器U3不会导通，发光二极管Z3将会截止，A相输出高电平“1”；负载电流过大时，1管脚的电位会上升，当电压比2管脚高时，3管脚的输出为+12V，光耦合器U3导通，使得发光二极管Z6发光，这时A相输出低电平“0”。 虽负载是三相的，但是由于对称性，我们只用对其中的两相电流进行检测，另一相电流就可以算出。为了增加单片机的管脚利用率，在检测电路内加上一个与门，检测到A和C相的电流都工作正常时才输出P1.5为1，要是存在任一相的负载过流，电路中的灯就会亮且P1.5为0，输出的即为“0”。

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第四章 系统软件设计

4.1 软件设计的目的

要是在光伏发电系统中写入了有关计算机辅助设计，一方面大大缩短了设计系统所用的时间，将系统设计的效率提高，另外一方面能保证写出的方案拥实用性较好，而且可以最大程度的利用各种资源。

4.2 基于AT89C51的系统软件设计

对整个控制系统来说，单片机可以当作这个系统的核心。在MCS-51系列中，各种型号芯片基本上引脚都是互相兼容的。以HMOS为制作工艺的MCS-51单片机都是采用的方式为40只引脚的双列直插封装（DIP），目前以此类封装方式居多。制作工艺为CHMOS的80C51/80C52除了运用DIP封装的方式之外，另外还采用了方形的封装方式，其引脚为44只。

按其功能的不同，我们可以将40只引脚进行三类的划分：

（1）电源和时钟引脚：VCC，VSS；XTAL1、XTAL2。 （2）控制引脚：PSEN、ALE、EA、RST.。

（3）I/O口引脚：P0、P1、P2、P3为4个8位的I/O口的外部引脚。

4.3 系统的主程序流程图

主程序流程图如下（4-1）图所示，下面对整个系统的流程图作简单的介绍：当主程序开始之后，首先应进行初始化设置，初始化的设置应该要包括单片机系统初始化和显示器初始化，其次判断是否按下开机键，若按下，将显示子程序调用，用来显示当前的逆变工作状态，若不正常，要使系统开始工作，就马上调用和发送PWM波子程序。最后检测判断P1.5是否为1，这是来检测负载会不会过流，如果出现过流，必须停止发送PWM波使逆变器停止工作，如果不会过流，那么程序再次返回至显示子程序循环执行下去。

系统对电路的控制还可以使用键盘来实现，利用中断1产生中断信号来实现的；利用中断0来产生过流中断检测输出是否过流，同时会播出报警信号，利用单片机来控制逆变使整个系统安全工作。

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