风光互补并网发电系统设计实现

制。

　　4、同频同相的控制方法

　　鉴相器模块可实现同频同相的控制。同频同相的控制方法如图3 所示，鉴相器通过硬件电路将反馈信号uf和参考信号Uref的频率和相位信息通过矩形脉冲的形式反映出来，然后送往控制器的捕捉单元模块或中端口，对上升沿和下降沿，以及上升沿到上升沿的时间进行计数，上升沿和下降沿的时间差就是uf和Uref的相位差，上升沿到上升沿的时间就是uf的频率信息，然后通过软件不断的改变SPWM步长与累加器的数值，便可实现频率跟踪，通过对SPWM输出起始地址不断进行修正，实现相位跟踪。

　　3.2 硬件平台选用及资源配置

　　本系统使用EVK1100开发板进行开发。

　　EVK1100是一个基于AVR32 AT32UC3A单片机控制器的评估套件和开发系统。它配备一系列丰富的外设、内存，并且可充分开发AVR32设备的全部潜能。

　　支持AT32UC3A

　　以太网端口

　　传感器：光照、温度、电位器

　　4x20蓝色LCD（PWM变频背光）

　　JTAG连接器、Nexus、USART、USB 2.0接口，TWI接口、SPI。

　　1、DC-AC逆变电路

　　DC-AC逆变电路完成将SPWM信号功率放大的功能，并且要求很高的放大效率。本系统选用IR2010浮栅驱动器对H桥进行驱动，该驱动芯片耐压高达200V，输出电流3.0A，输出电压10-20V，开通关断典型时间分别为95ns和65ns。功率管选用高耐压，导通电阻小，开关损耗小的高效MOS管IRFB23N15D。高效率的驱动电路和MOS管可以保证系统的整体效率。

　　如图7 ，用两个半桥驱动器IR2010组成一个全桥驱动电路。IR2010采用3.3V的逻辑电源和12V的低端驱动通道电源，直接将处理器产生的一对互补对称的SPWM信号加到IR2010的逻辑信号输入端，IR2010的驱动通道输出端的SPWM信号是和输入逻辑同相位的，因此可以实现对H桥的开关控制。IR2010的关断控制端（SD）可以接收过流保护电路的关断信号，来实现过流保护功能。

　　H桥功率变换电路如图8 所示，它由4个MOS功率管（IRFB23N15D）Q1~Q4构成，每个MOS管构成H桥的一个桥臂，OUT1、OUT2可以外接负载。由控制器产生的互补对称的SPWM信号经过全桥驱动电路实现对H桥的开关控制：当Q2、Q3同时导通，Q1、Q4同时截止时，输出电流方向由OUT1到OUT2；当Q1、Q4同时导通，Q2、Q3同时截止时，输出电流方向由OUT2到OUT1，从而实现了DC-AC逆变。

　　2、 过流检测电路

　　如图9 ，VOL管脚输入来自H桥低端取样电阻上的电压，由电阻R16、R18、R20、R21决定预置的门限电压，当采样电压高于门限时，比较器LM2903输出上升沿，将触发器74HC74的1D端高电平锁存到1Q端，而1Q端连接至IR2010的SD端，从而关闭整个H桥输出，实现过流保护。1Q端同时接到AT32UC3A的GPIO上，通过软件检测过流信号，一旦过流可以通过CLR信号将1Q清零，实现过流的自动恢复。

　　3、 输入电压检测电路

　　如图10，输入电压Ud通过电阻分压，调理至合理的输出范围，以电压跟随器的形式接入运放，从而减小输出阻抗，输出信号Ud-OUT可以直接接到AT32UC3A上的ADC输入引脚上。

　　4、反馈电压检测电路

　　如图11，通过有效值测量芯片AD637，将反馈信号Uf的有效值整理成直流分量送入AT32UC3A的AD输入，从而可以在软件中进行相应的幅度调整。

　　5、鉴相电路

　　鉴相电路如图12所示，将反馈电压Uf和正弦参考电压Uref整形通过稳压二极管和运放整形为矩形波，AT32UC3A根据矩形波电平进行计数，计数值反应频率信息，因此根据计数值改变SPWM步长，便可实现频率跟踪。相位信息可以通过两路矩形波的时差得到，两路矩形波作为边沿触发器的时钟信号，从而将矩形波的时差通过触发器的输出phase_out的高电平的脉冲宽度反映出来，phase_out接到AT32UC3A上的IO上，控制器根据该脉宽信号对SPWM输出起始地址进行修正，实现相位跟踪。

　　3.3系统软件架构

　　软件结构图

　　系统软件设计采取模块化设计方法，将完成特定功能的子程序组合成功能模块，由主监控程序统一调用。软件结构图如图13所示。系统软件包含的主要功能模块有：初始化模块，中断模块，按键模块和LCD模块。

　　3.4 系统软件流程

　　3.4 系统预计实现结果

　　实物样机：基于EVK1100的风光互补并网发电系统，包括逆变器，能量采集部分，用户界面部分。