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光伏并网发电模拟装置是一种用于模拟太阳能光伏发电系统与电网并网运行的教学与科研设备。该装置主要由光伏阵列模拟单元、逆变器、并网控制单元、负载单元及监控系统等组成，能够真实再现光伏发电系统的电能转换、并网控制、功率调节等全过程。

该装置采用先进的电力电子技术和自动控制策略，实现直流电到交流电的高效转换，并通过并网逆变器将电能稳定馈入模拟电网。系统具备电压、频率同步控制、最大功率点跟踪（MPPT）、孤岛保护、电能质量监测等功能，符合国家相关并网技术标准。

总之【辽】db21∕t 2885-2017：居住建筑节能设计标准，光伏并网发电模拟装置集教学、实训与科研功能于一体，具有安全性高、操作性强、功能全面等特点，是高校和培训机构开展新能源技术教学的理想平台。

初始化模块包括系统初始化、ADC模块初始化、GPIO初始化、Time1初始化、Time2初 始化以及PWM模块初始化，流程图见图30

3.2.3.ADC模块

ADC模块流程图如图31所示。

3.2.4.最大功率点跟踪（MPPT）模块

图30初始化模块流程图

由于本系统是模拟的光伏系统，只要Ua=U/2，则跟踪到了最大功率点。所以本系统采用 PID控制。给定值为Us/2，采集输入电压Ua，相继通过中值、平均值滤波，消除脉冲信号干扰

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经PID环节，得到控制量调制比M。在定时器1中断服务程序中更新调制值。达到最大功率 跟踪。流程图见图32

图31ADC模块流程图

3.2.5.频率跟踪模块

频率跟踪模块流程图如图33所示。本系统中，频率跟踪采用开环控制，经测试，完全能满 足题目要求。本系统使用的主控芯片TMS320F2812有16通道的12位模数转换，即2个8通道 的多路输入、两个采样保持器，有单个采样和同时采样两种模式，最快转换频率为： 80n/12.5MSPS(每秒百万次采样)。采样模拟电网电压的正弦参考信号uREF,相继通过中值、平均 值滤波，消除脉冲信号干扰。定时器2产生一个周期为10ns的计时基准（这与频率计算的精度 有关，基准值越小，精度越高，此精度足以满足要求），用来计算u的周期。判断过零点，开 始计时，20个过零点到，停止计时，也就是10个周波，计时器的值为t2。计算uREF的频率 十二 √ 。每10个周波计算一次频率，也就是0.2s左右，1s内可以跟踪5次左右。 12*10ns/10 所以跟踪速度完全可以达到。再则每10个周波计算一次频率，减小了偶然误差，提高了精度。

3.2.6.相位跟踪模块

相位跟踪流程图如图34所示。相位跟踪采用PID控制，采集反馈信号r，相继通过中值、 平均值滤波，消除脉冲信号干扰。判断ur上升沿过零点，也就是相位为零的时刻，采集正弦参 考信号uREF，查标准正弦表得出正弦参考信号uREF此时的相位，即为给定信号与反馈信号之间 的相位差，以此相位差为误差信号，经PID环节，得出此时的调节量，在定时器1中断服务程 序更新当前输出相位。如此反复，达到相位跟踪的目的。经测试，相位差在5度以内，调节时 间在1s以内

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图33频率跟踪模块流程图

3.2.7.输入欠压保护系模块

图34相位跟踪模块流程图

3.2.8.输出过流保护流程图

输出过流保护流程图如图36所示。采集负载端电流Io，相继通过中值、平均值滤波，消阳 脉冲信号干扰。一周采集足够多次，通过比较，得出一周期中电流最大值Io1，即电流峰值， 通过平均值滤波，消除脉冲信号干扰。当Io2>1.5√2A时，输出过流保护功能启动，PWM车

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出管脚强制低电平，关断MOSFET，并置输出过流保护标志Bz2=1；当Io降低到1.3√2A时， 定时15S后，PWM有效，自恢复。由于输出过流保护功能启动后，电流减为0，此时若不加延 时，系 系统将自恢复，而后若故障末切除，系统将进入过流保护状态，如此反复，系统将出现震 荡。设置15s的延时，可以避免系统在故障切除前自恢复，避免了系统出现震荡。

图35输入欠压保护系流程图

图36输出过流保护流程图

本系统使用的EVA中的定时器1和定时器2。定时器1主要用来比较产生PWM。定时器 1采用增减计数方式，模拟载波三角波。定时器2主要用来产生一个周期为10ns的计时基准， 用来计算UREF的频率。在定时器1中断服务程序开头开总中断是由于定时器2是计时基准，定 时器2中断服务程序不能被打断，也不能等待，所以在定时器1中断服务程序开头开总中断， 允许定时器2中断服务程序打断

37Time1中断服务程序

3.3.1.输入欠压保护电路

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图38Time2中断服务程序流程图

输入欠压保护功能通过采集输入电压Ua，通过DSP芯片处理后，控制MOSFET状态来实 现。如图39所示，POSETIVE和COM分别为输入直流电压Ua的正负极端，经测量电阻R19 和R20分压和低通滤波器滤波后送入ADCIN0。

3.3.2.输出过流保护电路

图39输入欠压保护电压信号采集电路

MOSFET全桥驱动控制电路如图40所示，/HIN1,2,3和/LIN1,2.3分别为IR21363S独立的 三相的上下半桥的控制输入端，低电平有效。其中没用的那相的上半桥接高电平关断，下半桥 接低电平开通，其输出悬空。EN引脚为使能端，由2812DSP的PWM6引脚控制。ITRIP引脚 为过流保护的电流信号输入端，当此引脚与COM引脚的电压差达到0.5V时，IR21363S关闭所 有的输出通道。本文在全桥的底端（接ITRIP引脚)和直流侧的负极（接COM引脚）之间串入一 个0.1欧的检测电阻，来测量直流侧的输入电流，当输入电流大于5A时，IR21363S即判断为 过流，保护动作。/FAULT引脚为故障输出，当出现过流情况时，此引脚输出低电平，送到DSF 的PWM5引脚，供DSP做后续处理。RCIN引脚外接一RC电路，用于确定故障是/FAULT引 脚输出低电平的持续时间。

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图40输出过流保护电流信号采集电路

输出过流保护功能通过输出电流测量电路，由DSP芯片的ADC2读入，经计算判断后， PWM6控制IR21363S的使能端来关断其输出，从而实现输出过流保护

3.3.3.其它保护电路

4.1.测试仪器及测试

信号发生器：Agilent33250A 示波器：TektronixDPO4034 万用表：胜利VC9807A 测试电源：QJ5020S稳流稳压直流电源 电源电阻：滑动变阻器(50Ω2，1.5A) 负载电阻：滑动变阻器（50Ω，1.5A)

1) 电压测量：Us、Ua、Uoi等电压量用万用表直接测量、读数。 2) 电流测量：I、Io1、Lo等电流量将万用表串接入该电流所在支路测量、读数。 3) 电阻测量：滑动变阻器的电阻Rs、RL，在调节之前用万用表的欧姆档测量、读数。 4) 频率测量：波形的频率用示波器的测量功能得到，直接读取测量值。 5） 2 相位测量：两个波形ur和uREF的相位差△用示波器的测量功能得到，直接读取测量 值。 6) 效率测量：稳定运行时用万用表读取同一时刻的Ua、Uoi、I、Io的值，再根据公式 计算出效率7。 7）THD测量：通过TektronixDPO4034示波器自带的NILabVIEWSignalExpress TektronixEdition上位机软件从示波器读取波形后，分析得到THD。

4.2.测试结果及其完整性

4.2.1．最大功率点跟踪功能

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表格2最大功率点跟踪测试结果

4.2.2.频率跟踪功能

表格3频率跟踪测试结果

R=R，=30Ω时，测量效率。

4.2.4.U。的失真度（THD)测量

Rs=RL=30Q时，测量u的波形失真度(THD)。由于没有专门的测试仪器，因此我们 过TektronixDPO4034示波器自带的NILabVIEW SignalExpress TektronixEdition软件从示波 器读取波形后分析得到THD。

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4.2.5.欠压保护及自动恢复功能

图41THD分析截图

调节直流稳压源的电压，使电压不断减小，同时Ua也慢慢减小。当Ua降到25.07V时，车 入欠压保护开始起作用，同时发出声光报警，因此动作电压为25.07V。当Ud增大到30.00V时 系统自动恢复，恢复电压为30.00V，同时声光报警取消，

4.2.6.过流保护及自动恢复功能

调节负载电阻RL，使流过负载的电流不断增大。当电流增大到1.532A时，输出过流保护 开始起作用，同时发出声光报警，因此动作电流为1.532A。当负载减小或故障切除后，15s后 系统自动恢复。

4.2.7.相位跟踪功能

表格5相位跟踪测试结果

（1）本设计加入了声光报警的功能，在输入欠压保护或输出过流保护启动时，红色LED会 亮，同时蜂鸣器会发出持续的警报声。自动恢复后，LED熄灭，蜂鸣器停止鸣叫。

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根据上述测量结果路基土石混填试验路段施工方案，本设计在在基本要求部分均达到指标，发挥部分仅THD的指标略有超 过。

4.3.1.最大功率点跟踪

人表格2的测试结果可以得到最大功率点跟踪误

效率已根据公式n= UId 求的60%，也达到发挥部分要求的80%

从图41中可以看到，当频率调到50Hz附近时，测得的THD为1.283%，该项达到了基矿 部分要求的小于5%，但比发挥部分要求的1%稍微大一点，

欠压保护的功能有，动作电压Ua(th)=25.07V，=Ua(th）－25V=0.07V,小于要求的 0.5V。同时具有自动恢复功能，声光报警功能。

过流保护的功能有，动作电流Io(tb)=1.532V，=Io(th)－1.5A=0.032A,小于要求的 0.2A。同时具有自动恢复功能宾馆扩建工程项目粪池基坑土方开挖施工方案，声光报警功能。

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