2KW正弦波光伏逆变器.docx

《2KW正弦波光伏逆变器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2KW正弦波光伏逆变器.docx（14页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、本文由yxbl320贡献doc文档可能在WAP端阅读体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。扬州高校能源与动力工程学院本科生课程设计题课专班姓目：程：业：级：名：2kw独立发电正弦波逆变器现代电力电子技术电气工程及其自动化电气0703严小波史旺旺2011年3月1日指导老师：完成日期：书目第一章绪论.绪论1.1太阳能应用的背景41.2光伏发电应用现状及探讨的意义41.2.1国内光伏发电应用现状5其次章光伏电池的输出特性及MPPT限制2.1光伏电池的输出特性72.2最大功率点跟踪限制技术82.3常用MPPT限制技术8第三章光伏发电系统基本构成及其工作模式3.1 光伏发电系统的基本构

2、成.113.2光伏发电系统的运行模式12第四章光伏发电逆变器限制技术4. 1SPWM调制技术154.2逆变器反馈限制技术16第五章光伏并网发电系统的构成及电路参数光伏并网发电系统的构成及电路参数5. 1系统的构成.195.2电路主要技术参数195.3主电路拓Jl.205.4主功率管的选择.205.5基于DSP的限制系统设计205.6驱动电路的设计2225.7IGBT过流爱护电路设计225.8电量信号检侧单元235.9主电路仿真263第一章1.1 太阳能应用的背景绪论能源是人类不断发展和进步的动力，人类不断地从自然界探究和获得能源以满意以其生存和发展的种种须要，能源的利用水平映射出人类文明发展程

3、度。但在传统的能源结构中，人类主要利用的一次能源是石油、煤炭和自然气等化石能源。这些化石能源经过人类数千年的消耗，能源危机己经呈现在人类的面前。在21世纪初进行的关于世界能源数据的调查显示，石油的可开采量为39.9年，自然气可采量为61年，煤炭的可采量为227年。可见能源问题的紧迫性。同时，从环境的角度看，大量化石能源的开发和利用，己经对人类的生态环境带来严峻和后果。C02是大气中最主要的温室气体，而化石能源的燃烧是C02的主要排放源，全世界每天约产生1亿吨温室效应气体，假如不对温室气体实行减排措施，人们预料，全球平均气温每10年将上升0.2,到2100年全球平均气温将上升13.503这将对人

4、类生存空间带来极大的威逼。鉴于以上缘由，开发新能源和可再生能源势在必行。太阳能因其分布广泛、可以再生、不污染环境自然成为国际社会公认的志向替代能源，依据国际权威机构预料，到21世纪50年头，全球干脆利用太阳能的比例将会发展到世界能源结构中的13%15%,而整个可再生能源在能源结构中的比例将大于50%。太阳能将成为21世纪最重要的能源之一。1.2 光伏发电应用现状及探讨的意义太阳能的转换利用方式有光一热转换、光一电转换和光一化学转4换等三种形式。接收或聚集太阳能使之转换为热能，是光一热转换的基本形式;光一化学转换尚牌探讨试验阶段，这种转换技术包括光伏电池电极化水制成氢、利用氢氧化钙和金属氨化物热

5、分解储能;光一电转换是利用光生伏打效应原理制成光伏电池，将光能干脆转换成电能加以利用。“光伏发电”是将太阳光的光能干脆转换为电能的一种发电形式。1.2.1 国内光伏发电应用现状我国于1958年起先对光伏电池的生产和应用进行探讨，1971年胜利将其应用到东方红二号卫星上.在1981年1990年间，我国的光伏工业得到肯定的巩固与发展，并在一些应用领域建立了示范工程。同时，国家也加大了对光伏发电系统探讨及生产的投入，先后从国外引进了多条太阳能电池生产线，除了一条1姗。的非晶硅电池生产线外，其余全部是单晶硅电池生产线，使我国太阳难电池的生产能力由每年的IOKTV发展到4.SMWP,售价也由80元/WP

6、下降到40元/WP左右。随着国家对光伏产业的不断重视，我国光伏电池的总装机容量和生产实力有较大的提高，到2005年全国光伏组件装机量已达70聪，光伏电池的制造实力也已超过200姗P,生产企业有十多家。尽管如此与世界光伏产业发达国家相比还有很大的差距，目前光伏应用比较广泛的国家光伏总装机容量己接近或达到500Mw的规模。造成这种差距的缘由，除了一些历史因素外，主要缘由应包括如下几个方面：光伏电池价格昂贵，国家相应的政策支持力度不够。5基础产业较为薄弱，光伏电池所必需的硅材料大量依靠进口，从而使我国光伏成本居高不下；国内生产厂家规模普遍较小，自动化程度低也是导致光伏电池价格高的主要缘由之一。所以总

7、体来说国内光伏电池的质量不如国外产品，但其价格却高于国针对我国可再生能源的应用与探讨现状，2005年2月28日可再生能源法在十届全国人大常委会第十四次会议上获表决通过，并于2006年1月I日起正式实施（,。该法明确了各类可再生能源开发利用主体的权利和义务，确立可再生能源发展目标和规划的法律地位，规定了可再生能源并网发电审批和全额收购制度、可再生能源上网电价与费用分摊制度及可再生能源专项资金和税收、信贷激励政策。同年10月，在上海召开的“第十五届国际光伏科学与工程大会”上，国外专家基本达成共识口：太阳能光伏发电是目前已知发电方式中最清洁、最平安，潜力最大的新兴发电方式，在将来15年左右的时间内，

8、光伏发电成本将持续降低到可与常规发电成本相竞争的水平。这些政策的出台和共识的达成无疑确立了可再生能源在国民发展中的重要地位，明确了可再生能源的发展方向，对可再生能源包括光伏发电的发展具有巨大的推动作用。但到目前为止，我国光伏并网发电的关键技术及设备主要来自进口，面对巨大的国内需求，大力研发具有自主学问产权的相应高技术具有重要的战略意义和市场价值。对太阳能的转换技术和应用装置的探讨无疑成为光伏发电中最热门的课题。6其次章光伏电池的输出特性及MPPT限制2.1光伏电池的输出特性光伏电池输出的电能的大小与其四周环境条件有亲密的关系，其输出功率随太阳光照的强度和电池模块所处的环境温度的变更而变更，并存

9、在最大功率输出问题。为此必需对光伏电池的输出功率加以检测与限制，以使其有最大的功率输出。本章主要分析光伏电池的工作机理和输出特性;依据光伏电池物理机制的数学表达式建立单个电池的电路仿真模型及随意功率级的光伏阵列的仿真模型;并在了解常用最大功率点跟踪限制技术的基础上，采纳双模式最大功率点限制方法进行特地的试验，取得了较好的跟踪限制效果。2.1光伏电池的工作机理在自然界中，物体依据其导电实力和电阻率的大小分为导体、绝缘体和半导体三类，其中把电阻率在IOe310e+8Q.Cm左右的称为半导体。半导体有很多的特性如掺杂特性、热敏特性、光敏特性等，这些特性在现代电力、电子技术中己得到极为广泛的应用。除此

10、之外，半导体还具有很强的光伏效应。所谓光伏效应是指当物体汲取光能后,其内部能传导电流的载流子的分布状态和浓度发生变更，由此产生电流和电动势的效应。光伏电池是以半导体PN结上接受太阳光照射产生光生伏特效应为基础,干脆把光能转换成电能的能量转换器。当光照耀到表面时，部分光线被其表面反射，对发电不起作用；部分被电池汲取，给电池加热，产生电池的温升:其它部分太阳光进入半导体内部，冲击N区和P区的价电子，使其得到超过禁带宽度Eg的能量，从而脱离共价键的束缚，形成非平衡状态的电子一空穴对。这7些被激发的电子一空穴对，部分复合后对外不显电性，属于光伏电池能量损耗部分;剩下部分处于非平衡状态的电子一空穴对，在

11、原PN结垫垒电场的作用下，把P区的光生非平衡少子电子拉入N区，同样把N区的光生非平衡少子空穴拉入P区,从而形成一个与原垫垒电场Ei方向相反的光生电场Epv,如图2一1(b)所示。当光伏电池的外部与负载接通后，就会形成电流,电流方向由电池的外部从P区流向N区。这就是光伏发电的基本机理。PN结的饱和电流越小，光生电压Up,就越大。2.2最大功率点跟踪限制技术通过对光伏电池的输出特性分析和试验仿真，已经清晰地看到光伏电池的输出与环境条件的关系。所以，为了使光伏电池有更大的功率传输，必需实时检测电池的输出功率，以刚好调整光伏阵列的工作点，使之始终工作在最大工作点附近，即进行最大功率点跟踪(MaXimU

12、mPOWCrPOintTraeking,MPPT)。目前最大功率点跟踪限制的方法有很多，较为常用的MPPT限制技术有恒压法、扰动视察法、电导增量法等。2.3常用MPPT限制技术81恒电压限制(COnStantv。ItageTraeking,CVT)依据2.2节分析，当光伏电池的结温不变的前提下，其输出功率的变更随电压的变更状况如图2一3(b)所示。当光照强度发生变更时，电池输出的开路电压变更不大，最大输出功率会随光照强度的增加而增加，但在最大功率点处对应的输出电压基本不变，为Unb见图中虚线，该值近似为电池开路电压的0.76倍()S0依据电池的这一特性，只要知道电池的开路电压，即可得到最大功率

13、点对应的工压Umo这就是CVT法的理论基础。实际限制时，只要以某一温度下最大功率输出对应的工作电压呱作为限制目标，实际电池输出电压叽与之比较，P工调整后与三角波比较得到的P枷波去驱动功率管，经从而改变电池阵列的负载阻抗，最终使其工作在最大功率点上。CVT限制框图如图220所示。这种限制方法限制简洁，牢靠性和稳定性较高，但受工作场合季节、早晚时间、天气状况及环境温度变更的影响较大,实际运用时一般在CVT算法的基础上实行肯定的措施以补偿这些影响。如手工调整给定电压、软件依据测量的环境温度查表得到给定等。另外依据2.2.1节中光伏电池的V一工特性分析，同样也可以采纳固定电流的方法实现最大功率限制。9

14、2.扰动视察法(PertUrbObserve,服0)扰动视察法是目前最常用的MPPT方法之一。依据图27(b)可知，光伏电池的输出工作点在最大功率点的左侧，dPdV0,而在最大功率点的右侧，在最大功率点时，dPdy=0o依据这个特点，P&o法的限制过程为首先初设一个光伏电池工作电压，然后通过调整功率管的占空比给光伏阵列输出电压周期性的扰动，例如使其增加，然后比较扰动前后光伏的输出功率，如果输出功率也因此增加，即dPdVO,说明光伏工作于最大功率点的左侧，则应在下一扰动周期接着保持当前的扰动方向，增大光伏电池输出端电压;反之，若输出功率减小，即dPdVO,则说明光伏工作于最大功率点的右侧，当前扰

15、动方向将使工作点远离最大功率点,所以应变更扰动方向，使光伏电池输出端电压减小。经过反复:的调整，最终使光伏电池的工作点逼近最大功率点。这种限制算法限制简洁、简洁实现，对参数检测精度要求不高，限制效果在日照变更不是很猛烈的状况下能满意光伏系统对最大功率点跟踪的要求。但这种算法存在以下缺点：须要周期性的扰动，且当扰动方向确定后，只能在下一个扰动周期去影响输出电压，这将导致光伏阵列的输出在最大功率点旁边振荡，从而减小系统的输出效率；当环境条件变更猛烈时有可能导致跟踪失败。10第三章光伏发电系统基本构成及其工作模式3.1光伏发电系统的基本构成太阳能光伏发电系统的典型结构主要由光伏阵列、直流变换与控制系

16、统、储能系统与逆变器四个部分组成。(1)光伏电池阵列光伏电池是组成太阳能光伏发电系统的最小单位,单个光伏电池功率较小，最大输出功率不超过5佛(8),为满意不同等级负载供电须要,人们将光伏电池串、并联后统一封装构成光伏模块(Ph。tV0ItaiCModule,PV),这是目前光伏器件的主要存在及应用方式，用户可依据须要构建I(M到300W。的光伏模块。因大功率光伏模块安装、维护便利，因此在光伏发电系统中200Wo以上的光伏模块更受欢迎。假如光伏发电系统中所需功率超过光伏模块功率,则须要依据光伏发电系统的功率要求，将同规格的光伏模块串联起来构成光伏阵列(PVArray)为系统供应更高的输出功率和输出电压。(2)直流变换及限制