【正文】 邊防哨所、微波通訊站、公路道班、輸油管線維護站、鐵路信號站等用電問題。使他們達到人均擁有發(fā)電容量 100 瓦的水平。 (2)深圳園博 園 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，該項目總投資 750 萬美元，這是國內第一座 MW 級太陽能發(fā)電站。是目前中國乃至亞洲最大的太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電能力約為 100 萬千瓦。該電站采用與市電并網(wǎng)形式。投入使用以來共發(fā)電 200多萬度。 (3)京奧運會鳥巢體育場太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 20xx 年 4 月。北京奧運會鳥巢體育場太陽能光伏系統(tǒng)實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。這是20xx 北京奧運會主場館鳥巢工程首次采用太陽能光伏發(fā)電。這套光伏發(fā)電系統(tǒng)總投資約 1000 萬元，總裝機容量為 100 千瓦。該太陽能光伏系統(tǒng)使用單晶硅組件，采用了不可逆流、無儲能的太陽能光伏發(fā)電 技術。可以就地安裝、維護費用低。該太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝在位于國家體育場鳥巢周圍的 5 個安檢棚頂部，每個安檢棚為一個并網(wǎng)發(fā)電單元。通過光伏并網(wǎng)逆變器與公共電網(wǎng)并接，實現(xiàn)了與公共電網(wǎng)的互聯(lián)、互通和互補。該系統(tǒng)發(fā)電除滿足鳥巢檢票系統(tǒng)的自身用電外，多余電力將并人國家體育場的電力供應系統(tǒng)。按平均每天 5 小時光照時間計算。這套光伏發(fā)電系統(tǒng)每天可為鳥巢提供 520度綠色電力。該系統(tǒng)將穩(wěn)定運行 25年，累計可生產(chǎn)約 475 萬度綠色電力，可減排 2500 多噸廢氣．替代 1500 噸標準煤。 (4)上海十萬個太陽能屋頂計劃上海十萬個太陽能屋 頂計劃研究，是在世界自然基金會和上海市經(jīng)委的支持下。由上海交通大學太陽能研究所承擔的太陽能應用項目課題，總投資近百億元。上海計劃利用十年的時間，將現(xiàn)有 2 億平方米平屋頂?shù)?1． 5％，約 300 萬平方米，即十萬個屋頂用作太陽能發(fā)電。相當于新建一個 30 萬千瓦的電站，而且是峰值發(fā)電。在 1000 瓦，平方米標準日照條件下安裝太陽能屋頂，可發(fā)電 130~180 千瓦時，平方米。按上海地區(qū)標準日照時間1100~1300 小時／年計算。每年最低發(fā)電量可達 143 千瓦時，平方米．每年至少發(fā)電 3． 3億度。 (5)其他建設項目 西部 7省無電鄉(xiāng) 村通信工程項目、無錫國家工業(yè)設計園 300千瓦屋頂并網(wǎng)光伏系統(tǒng)、上海崇明島生態(tài)公園 85 千瓦屋頂光伏系統(tǒng)、香港灣仔政府大樓屋頂光伏系統(tǒng)、廣州十萬個光伏屋頂計劃、烏拉特后期 1MW 沙漠太陽能光伏并網(wǎng)電站，該電站將是目前國內最大的沙漠太陽能光伏電站。 國外光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀 太陽能是一種朝陽產(chǎn)業(yè)，不僅擁有良好的經(jīng)濟前景，且隨其產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，將提供越來越多的就業(yè)機會。太陽能光伏發(fā)電在國民經(jīng)濟中的作用和影響已越來越大，光伏發(fā)電市場發(fā)展前景相當廣闊，已經(jīng)引起了世界發(fā)達國家的高度重視。日本利用其電子技術優(yōu)勢，大 力發(fā)展光伏發(fā)電產(chǎn)品，其產(chǎn)量已經(jīng)相當于全球產(chǎn)量的 50 以上；德、日、英、荷、美等國企業(yè)基本壟斷了全球的光伏發(fā)電產(chǎn)品市場，出口額占世界貿易額的 80 以上。據(jù)歐盟估計，全球光伏市場將從現(xiàn)今的 3 000 MW 增加到 2020 年的 70 GW。 (w 為峰瓦 )，光伏發(fā)電將解決非洲 30 GW 、經(jīng)濟合作與發(fā)展組織 (OECD)國家 10 GW的電力需求。當 20xx年歐洲風力發(fā)電達到約 40 GW、光伏發(fā)電 3GW 和太陽能集熱器 100 Mm 時，總計可提供 154～ 167萬個就業(yè)機會。 20 世紀 80 年代以來，世界各國特別是 發(fā)達國家相繼投入大量的人力、物力 開展對太陽能、風能、地熱能、生物能等新型可再生能源的研究、開發(fā)和利用工作。并制定相應的光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展計劃。 1990 年德國政府率先推出“一千屋頂計劃 。 1998 年進一步提出 10 萬套屋頂計劃。日本政府 1994 年開始實施“朝日七年計劃”，總容量 185WMp， 1997 年又宣布實施“七萬屋頂計劃”，總容量 280MWp。意大利 1998 年實行“全國太陽能屋頂計劃”，總容量 50MWp，在這類系統(tǒng)中，規(guī)模最大的是 1997 年 6 月美國宣布的“百萬太陽能屋頂計劃”，到20xx 年將安裝 101． 4 萬套光電系統(tǒng)，總安裝量 3025MWp。表所示為 20xx～ 20xx年五年內世界光伏器件的年產(chǎn)量數(shù)據(jù) [11]。 從中可以看到近五年光伏產(chǎn)品需求的強勁上升勢頭，年平均增長率超過50％。充分說明了該產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展態(tài)勢。美國能源部預測，在今后十年內世界太陽電池銷售量將以年均 30％的速度增長，到 20xx 年將達到 ，累計容量將達到 20GWp。近幾年國際上光伏發(fā)電快速發(fā)展， 20xx 年全球太陽能新裝容量達2826mwp，其中德國約占 47%，西班牙約占 23%，日本約占 8%，美國約占 8%。 20xx年，在太陽能光電產(chǎn)業(yè)鏈 中有大量的投資集中到新產(chǎn)能的提升上。除此之外，太陽能光電企業(yè)在 20xx 年間的貸款融資金額增長了近 100 億美元，使得該產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴大。雖然受金融危機影響，德國、西班牙對太陽能光伏發(fā)電的扶持力度有所降低，但其它國家的政策扶持力度卻在逐年加大。日本政府 20xx 年 11 月發(fā)布了“太陽能發(fā)電普及行動計劃”，確定太陽能發(fā)電量到 2030 年的發(fā)展目標是要達到 20xx 年的 40 倍，并在 35 年后，將太陽能電池系統(tǒng)的價格降至目前的一半左右。 20xx 年還專門安排 30 億日元的補助金，專項鼓勵太陽能蓄電池的技術開發(fā)。 20xx 年月 16 日 ，美國參議院通過了一攬子減稅計劃，其中將光伏行業(yè)的減稅政策（ itc）續(xù)延 26年。 太陽能光伏發(fā)電的概述 太陽能發(fā)電可分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電兩種。通常而言，太陽能發(fā)電指的是太陽能光伏發(fā)電，簡稱“光電”。它是利用 半導體 界面的光生伏特效應將光能直接轉變?yōu)殡娔艿囊环N技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進行封裝保護即可形成大面積的 太陽電池 組件，再配合上 功率 控制器等部件，就形成了光伏發(fā)電裝置。 根據(jù)需求和應用場合的不同，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)一般分為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)兩種。 本課題的內容和設計要求 本課題主要研究的是獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中的離網(wǎng)型光伏逆變器，設計一個小型光伏離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的逆變電路。要求：輸入直流電壓 250V300V,逆變電壓波形為正弦信號 ,有效值 220V177。 10%,50Hz,輸出功率 =100W，效率 80%。根據(jù)設計要求，從以下幾個方面進行研究設計 : (1) 介紹光伏發(fā)電的的基本狀況和前景，理解光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成和分類，明確離網(wǎng)型光伏逆變器的作用與發(fā)展及設計的目的。 (2) 闡述光伏發(fā)電的原理。 (3) 逆變器中逆變電路硬件電路的設計，包括：直流升壓斬波電路結構、逆變器電路、 LC 輸出濾波、 DSP 控制電路、采樣硬件電路。 (4) 通過建立離網(wǎng)逆變器的仿真模型 ,并采用直流電源供電 ,實現(xiàn)逆變電路的MATLAB 仿真并進行分析。 2 光伏發(fā)電系統(tǒng) 光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 光伏發(fā)電系統(tǒng)，是利用光伏電池的光伏效應，將太陽能轉化為電能，儲存或直接供給負載使用的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。主要是由光伏電池陣列、變換部分、逆變器及儲能部分組成。 （ 1） 光伏電池陣列： 光伏電池是組成太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的最小單位，單個光伏電池功率較小，最大輸出功 率不超過 5Wp，為滿足不同等級負載供電需要，人們將光伏電池串并聯(lián)后統(tǒng)一封裝構成光伏模塊 (Photovoltaic Module— PV)，這是目前光伏器件的主要存在及應用方式。因大功率光伏模塊安裝、維護方便，因此在光伏發(fā)電系統(tǒng)中 200Wp 以上的光伏模塊更受歡迎。如果光伏發(fā)電系統(tǒng)中所需功率超過光伏模塊功率，則需要根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率要求，將同規(guī)格的光伏模塊串聯(lián)起來構成光伏陣列 (PV Array)為系統(tǒng)提供更高的輸出功率和輸出電壓。 （ 2）直流變換部分（ DCDC)： 直流變換部分作用主要是把光伏陣列輸出電壓變 換成能夠滿足儲能系統(tǒng)和逆變器要求的電壓等級。同時由于光伏陣列輸出特性的特殊性，其輸出功率為日照強度和模塊溫度的非線性函數(shù)，存在著最大輸出功率跟 (Maximum Power Point Tracking— MPPT)問題。如果不加以控制直接用于給負載提供能量，則很難有較好地發(fā)揮光伏模塊轉換效率。為此，控制系統(tǒng)除了完成對 DCDC 變換和 DCAC變換所需的基本控制外，還需在 DC— DC變換環(huán)節(jié)中增加 MPPT 控制，以實現(xiàn)光伏陣列的最大功率輸出。 （ 3） 逆變部分（ DCAC） : 光伏電池發(fā)出的只能是直流電 ，而包括電網(wǎng)在內的許多用電場合需要交流電，所以 (DCAC)逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的一個關鍵環(huán)節(jié)。它的功能是受控制系統(tǒng)控制，從而將直流轉變?yōu)榕c交流電網(wǎng)或本地交流負載相匹配的交流電。該環(huán)節(jié)的主要指標要求是變換的高可靠性和高轉換效率。目前我國在小功率逆變器上與國外處于同一水平，但在大功率逆變器上有較大的差距。 （ 4）儲能部分： 光伏發(fā)電系統(tǒng)只有在白天有陽光時才能發(fā)電，而人們的一般用時間會在晚上，所以蓄電池可以在白天將太陽能儲存起來以供人們夜間使用，同時也可作為交流電網(wǎng)斷電時的不間斷電源為本地重要交流負載供電。這 種包括蓄電池作為儲能環(huán)節(jié)的光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為“可調度式光伏發(fā)電系統(tǒng)”。還有一種不含蓄電池的發(fā)電系統(tǒng)，這種系統(tǒng)稱為“不可調度式光伏發(fā)電系統(tǒng)”。 光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)本身的結構、系統(tǒng)運行環(huán)境情況、輸出容量的大 小、本地負載容量的大小以及交流電網(wǎng)的情況，分別可工作于獨立運行模式、并網(wǎng)發(fā)電運行模式和混合運行模式三種。 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)是不與公共電網(wǎng)相連接的，主要在一些離公共電網(wǎng)太遠的五點地區(qū)和一些特殊場合所使用，如一些偏僻農村、牧場和偏遠的島嶼，即公共電網(wǎng)難以覆蓋到的地區(qū)，為其提供照明、廣播電視等基本生活用電。還有像邊防哨所、氣象臺站、通信中繼站、大型海洋浮標等特殊場所也使用獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)。獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括光伏電池陣列、蓄電池組、控制器和逆變器及負載等部分。圖 21 所示是典型獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的結構示意圖。 光伏電池組件控制器D C / A C 變換 器D C / D C 變換 器直 流 負 載交 流 負 載蓄 電 池 圖 21 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng) 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)指與公共電網(wǎng)相連接的光伏發(fā)電系統(tǒng)，將光伏電能饋送給公共電網(wǎng)。當太陽能光伏發(fā)電進入大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展階段，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)成為電力工業(yè)重要的組成部分，是太陽能光伏發(fā)電的重要方向和主流趨勢。 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)有帶蓄電池組和不帶蓄電池組之分。帶蓄電池組是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為可調度式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有不間斷電源的作用，還可以充當功率調節(jié)器，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、消除高次諧波分量，從而提高電能質量；不帶蓄電池組的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)稱為不可調度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，逆變器將光伏電池陣列提供的直流電能逆變成為和電網(wǎng)電 壓同頻、同相的交流電能，送往公共電網(wǎng)；當光伏電池陣列提供的電能不能滿足負載需要時，電網(wǎng)自動向負載補充電能。 圖 22所示是典型的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)結構示意圖，主要包括光伏電池陣列、DC/AC 逆變器、 DC/DC 變換器、控制器和電網(wǎng)五個組成部分。根據(jù)負載及系統(tǒng)的供電可靠性的需要，在 DC/DC 變換器輸出端連接蓄電池組。 交 流 負 載蓄 電 池控制器光伏電池組件D C / D C 變換 器直 流 負 載D C / A C 變換 器電 網(wǎng) 圖 22 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) 混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)是指在光伏發(fā)電的基礎上增加一組發(fā)電系統(tǒng)，以彌補光伏發(fā)電系統(tǒng)受環(huán)境變化影響較大造成的陣列發(fā)電不足，或電池容量不足等因素帶來的供電 不連續(xù)。較為常見的混合系統(tǒng)是風一光互補系統(tǒng)，系統(tǒng)結構框圖如圖 23所示。 光 伏 陣 列 D C / D C 變 換 器風 力 發(fā) 電 A C / D C 變 換 器蓄 電 池逆 變 器直 流 負 載交 流 負 載 圖 23 混合型光伏發(fā)電系統(tǒng) 在通常情形下，白天日照強，夜間風多；夏季日照強、風小；冬春季日照強度小而且風大。顯然風能發(fā)電與太陽能發(fā)電具有很好的互補性，其優(yōu)點顯見：利用太陽能、風能的互補特性可以產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出，提高系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和可靠性；在保證供電情況下，可以大大減少儲能蓄電池的容量；對混合發(fā)電系統(tǒng)進行合理的設計和匹配，可以基本上由風 /光系統(tǒng)供電，無須啟動備用電源和備用發(fā)電機，以此獲得較好的經(jīng)濟效益。但是， 風 /光互補聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)存在：一次性投資較大