【正文】 并闞光伏發(fā)電系統(tǒng)和 孤立光伏發(fā)電系統(tǒng)。勢鼴光伏發(fā)電系統(tǒng)是奄嘏力系統(tǒng)連接在一起熬光鉸發(fā)電系繞， 像其能類激發(fā)電站一樣，可為電力系統(tǒng)掇供有功稍無功電熊。并嘲怒光伏發(fā)電發(fā) 髏戇簸會濺方彝。援嶷必捩發(fā)瑰系統(tǒng)是攀與零娥毫力系統(tǒng)穗遴藤孤立運(yùn)器夔發(fā)魄 系統(tǒng)，熏驟應(yīng)用于偏遠(yuǎn)無電地區(qū)，其建設(shè)的主鬟鞠的就是解決無電閥題。其供墩 Ｗ舷性受氣象環(huán)境、負(fù)荷等因素影響很犬，供電穩(wěn)定性也相對較差，很多時候需 要麓裝輟爨｛密存囊戇鬃案毽臻麓。 ｛，３度黻縫遂變怠源的現(xiàn)狀與發(fā)震∽蠟 太陽熊逆變器是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的重簧部件，隨著電力電乎技術(shù)和控制 理論等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)歷了從低頻逆變到簡頻逆變的發(fā)展，其性能得到不斷 瓷離＿鞴究驁。 逆炎魄添按變換方式可勢必工頻變抉霸離頻變換。工頻變換逆燮電源是利饜 給燕器徉輔集殘塊產(chǎn)徽５０戮交流售號，然愛剩穗忑頻舞壓囂產(chǎn)生２２０Ｖ交流電。 這種逆變器結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，但這種逆變器體積大、笨黛、噪昝犬、價格高、 效率方甏墩毒終進(jìn)一步挺裹。癱頹交換邋變電浮楚逶過高頻ＤＣ－ＤＣ交換接本，鬼 將低壓崴流變?yōu)楦哳l低壓童流，經(jīng)過高頻變壓器辯壓后再整流骺離聯(lián)愨流，若對 冀遴露愛滾交換，鄂弼簿黧２２０Ｖ、５０Ｈｚ愛弦渡交滾電。當(dāng)然，這耱ｉ燕交器控鍘秘 節(jié)較多，電路復(fù)雜，佩因采用商頻變換，因而體積小、重量輕，噪音小、效率高。 由于采嗣閉環(huán)控制穩(wěn)愿技術(shù)，矮輸出電壓非常穩(wěn)宓，受載能力強(qiáng)，性熊價格比高， 怒強(qiáng)翁幫褥釜麓源發(fā)電系統(tǒng)中蘺選產(chǎn)品。 逶燮漱源鮑主電路均需婺蠢控制電路來實瑗，一般有方波移逶弦渡兩爭｝控制 方式。剪波旃出的逆變電源墩鼯筒孳，成本低，德效率低，諧波成份犬，噪音高。 ２ 基于單片機(jī)控制的太陽能逆變電源研究 囊弦波徐出是囂藩逆交電源熬瘋羯趨勢，憨麓騫ＰＷＭ功麓豹微處理囂蠲整，歪弦 波輸出的逆變技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。在中、大容量的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變 電源的輸出應(yīng)為失真度較小的難弦波。這是由于在中、犬容量系統(tǒng)中，若采用方 滾擻電，舞｜ｌ轅逡將含有較多豹諧波分量，褒次諧波將產(chǎn)煞瓣熱損耗，溺孛、夫容 量的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時，為避免對公共電網(wǎng)的電力污染，也要求逆 變電源輸出正弦波電流。由予開關(guān)變換器的強(qiáng)非線性，以及它具有離散和變結(jié)構(gòu) 瓣符煮，受載毪矮戇多襻毪，生電路的蔑艇妊須瀵是受載大范強(qiáng)交純，贗毒這些 使殲關(guān)變換器的控制問題和控制器的設(shè)計較為復(fù)雜。一魑新的控制方法，如自適 應(yīng)、模糊控制、復(fù)合控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制以及各種調(diào)制策略得到廣泛地應(yīng)用，專 溺繁成控制芯冀豹瓣毽，使遂燮電源動態(tài)程縋有禳大提離，龜籍氌大襁度籬倦。 隨著軟開關(guān)功率變換技術(shù)的發(fā)展，諧振變換也被應(yīng)用在逆變電源系統(tǒng)中，即 構(gòu)成諧振型高效逆變電源。采用零電壓或零嗽流開關(guān)技術(shù)，開關(guān)損耗然本上可以 清除，瑟便當(dāng)殲莢頻率超過１ＭＨｚ酸上轟，電源靜效率纛不會瞪顯降低。 太陽能逆變電源的研究方向正朝著數(shù)字化控制、模塊化方向發(fā)展。即采用微 處颼器軟｛牛智能控制和采用不問豹模塊組念，就可構(gòu)成不同的電壓、波形變換電 源系統(tǒng)。 １．４電力電子技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展“”８】 自零毽紀(jì)聶中年裁寒第一必曩闋管翊繳叛寒，毫力激子接拳殲戇袋上瑗我電 氣傳動技術(shù)舞臺。從誕生到躉今已經(jīng)近５０年。電力電予技術(shù)對人類文明起著巨大 的推動作用。電力電子技術(shù)照一門綜合電力半導(dǎo)體器件、電力變換技術(shù)、現(xiàn)代電 予技零、翕蘸羧裁菠本等誨多警零毒夔邊緣交叉學(xué)辯，驄麓秘學(xué)鼓零鶼發(fā)震，電力 電予技術(shù)與現(xiàn)代控制理論、材料科學(xué)、電機(jī)工程、微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切柜 關(guān)。目前，它已縫發(fā)展成為～門包含更多學(xué)科的綜合性技術(shù)學(xué)科，并在現(xiàn)代通訊。 兔予餃器、謗霧穰、王盈蠡動像、電疆錢恁、毫力工程、國薅及菜驁蔫瑟技零提 供搿質(zhì)量、高效率、高可靠餓的電能方面超著關(guān)鍵的作用。 現(xiàn)代電力電予技術(shù)的發(fā)展方向，是從以低頻技術(shù)處理問題為主的傳統(tǒng)電力電子 第ｌ牽緒論 學(xué)向以高頻技術(shù)處理問題為主的現(xiàn)代電力電予學(xué)方向轉(zhuǎn)變。電力電子器件的高頻 化髭今后電力電子技術(shù)創(chuàng)新的主導(dǎo)方向，藤硬佟結(jié)梅的標(biāo)準(zhǔn)模塊怒器件發(fā)展的必 然憝勢。功率場效應(yīng)鑫缽繁（ＭＯＳＦＥＴ），絕緣爨雙撅縫鑫薅管（１ＧＢＴ）蠢場控螽 闡管漢成為現(xiàn)代高頻電力電子技術(shù)的主要開關(guān)器件。高性能碳化醚（ＳＩＣ）功率半 導(dǎo)體器件將是２１世紀(jì)最Ｗ能成功應(yīng)用的新型功率半導(dǎo)體器件材料。智能功率模塊 （ＩＰＭ）和集成電力電子模塊（１ＰＥＭ）的產(chǎn)黼化推動了電力電予技術(shù)的更大發(fā)展。 褰頻磁性元｛孚茲發(fā)震毽怒褒頹逛力奄子按術(shù)黲一令重要方瑟，蠢警覆磁蕊、平囂 交囂囂技術(shù)，集成磁元傳，用微熱工技米掰制≥＆赫級高頻交換器豹磁元件等研究 成果。 １．５本課題的任務(wù) 續(xù)會獲上豹努輯，零課遂戇任務(wù)如下： 《１）攝據(jù)太陽能電漶輸出特性和蓄毫池靜特性，設(shè)詩蓄鬯池的充電控制方法。 （２）設(shè)計逆變主電路，井采用兩片ＡＴｍｅｇａｌ６ＬＡＶＲ微處理器構(gòu)成雙核控制， 編寫軟件勞采用適當(dāng)?shù)尿?qū)動電路，對直流電壓采用ＳＰＷＭ逆變調(diào)制，產(chǎn)生 ２２０Ｖ／５０Ｈｚ豹正弦交流嘏。采用輸出￡ｃ：濾波稠雙翅環(huán)受反饋調(diào)節(jié)，確保輸出波形 豹袋麓。 （３）利用ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建立逆變系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行掇制策略仿真并搭 建樣機(jī)實驗，得出結(jié)論。 “）輔助電源設(shè)計、保護(hù)電路設(shè)計及系統(tǒng)抗于擾技術(shù)。 ４ 基于單片機(jī)控制的太陽能逆變電源研究 第２章太陽能電池板直流充電系統(tǒng) 太陽能逆變電源系統(tǒng)包括太陽能電池板直流充電系統(tǒng)和逆變系統(tǒng)兩大部分， 其中太陽能電池板直流充電效率的提高有以下兩點(diǎn)，一是通過實時調(diào)整太陽能電 池板工作點(diǎn)，使之始終工作在最大功率點(diǎn)附近，從而能最大限度地將太陽能轉(zhuǎn)化 為蓄電池的電能。二是配合蓄電池的特性對充電過程控制，對蓄電池高效地充電。 ２．１太陽能電池及其特－眭“?４１蚓 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用的首要問題是如何將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。太陽能電 池就是利用半導(dǎo)體光伏效應(yīng)制成，它是一種能將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的轉(zhuǎn) 換器件。半導(dǎo)體材料通常是硅，太陽能電池除單晶硅太陽能電池和多晶硅太陽能 電池外，還有非晶硅太陽能電池和化合物（Ｃｄｓ，ｃ棚咀等）太陽能電池等很多種 類。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要使用單晶硅太陽能電池和多晶硅太陽能電池。 太陽能電池多數(shù)具有一個大面積的Ｐ．Ｎ結(jié)，當(dāng)光線照射時，就可以在電池內(nèi) 部產(chǎn)生直流電流。實際太陽能電池總是希望輸出電流大、輸出電壓高。理想Ｐ－Ｎ 結(jié)太陽能電池的輸出特性用以下方程表示： ｌ＝ｌ＾一Ｉｏ（ｅｑＵ棚一１） 式中，Ｉ為太陽能電池輸出的負(fù)載電流、Ｕ。為太陽能電池的輸出電壓；Ｉ。為 光生電流，正比于太陽能電池的面積和入射光的輻照度；Ｉ。為太陽能電池內(nèi)部等 效二極管的Ｐ．Ｎ結(jié)反向飽和電流；ｋ是玻爾茲曼常量，Ｏ．８６１０＿４ｅＶ，Ｋ；ｑ是電子 電荷，１．６１０。１９Ｃ；Ｔ為絕對溫度；Ａ為Ｐ－Ｎ結(jié)的曲線常數(shù)。 弱光條件下，因ＩＰｈ遠(yuǎn)小于Ｉ。，使得ｕ。５等’等；而強(qiáng)光線條件下，因Ｉｐｈ 遠(yuǎn)大于Ｉ。，又使ｕ。＝壘豎ｌｎ善。由此可見，在太陽光較弱時，硅型太陽能電池 ｑ １０ 的輸出電壓隨光的強(qiáng)度呈近似線性的變化，而當(dāng)太陽光較強(qiáng)時，Ｕ。則隨光的強(qiáng)度 呈對數(shù)關(guān)系變化。 第２章太剛能電池板直流充電系統(tǒng) 太陽能電池輸出電流一電壓特性如圖２．１所示，是指在某一確定的日照強(qiáng)度和 溫度下，太陽能電池的輸出電壓和輸出電流之間的關(guān)系。這個特性也稱為伏安特 性。 圖２．１太陽能電池的伏安特性曲線 Ｆ培．２．１ Ｖ－Ｉ ｃｈａ陽ｃｔｅ血ｎｃ ｃｕｎ，ｃ ｏｆ∞ｌ缸ｂａｔｔｃｆｙ 伏安特性曲線表明太陽能電池既非恒壓源，又非恒流源，是一種具有強(qiáng)烈非 線性的直流電源，輸出電流在大部分工作電壓范圍內(nèi)相當(dāng)恒定，最終在一個足夠 高的電壓之后，電流迅速下降為零。圖中虛線表示太陽能電池的Ｐ－Ｕ曲線，有助 于精確計算最大功率點(diǎn)。在實際的太陽能電池工作中，工作點(diǎn)與負(fù)載條件和輻射 條件有關(guān)，所以工作點(diǎn)偏離最佳功率點(diǎn)。 根據(jù)特性曲線可以看出太陽能電池的幾個重要技術(shù)參數(shù)： （１）短路電流ｌ。：正負(fù)極間為短路狀態(tài)時流過的電流。、 （２）開路電壓Ｖ０：正負(fù)極間為開路狀態(tài)時的電壓。 （３）最大輸出工作電流ｌ。：在給定溫度照度下輸出最大功率時的工作電流。 （４）最大輸出工作電壓、ｋ：在給定溫度照度下輸出最大功率時的工作電壓。 （５）最大功率點(diǎn)功率匕：在給定溫度照度下所能輸出的最大功率即最大輸出工 作電壓‰最大輸出工作電流Ｉ。 單體太陽能電池又稱為太陽能電池片（。ｃ１１），是太陽能電池的最基本單元。在 ６ 基于肇琦輥接箭的太陽麓遵變電源研究 搜鼴太潮簸憊泡擻魄糖，太麓麓奄邀冀褰譬羧，ｊ、翰爨壤基只騫零患足鉸、簸爨 蜂馕功率逛熙霄ｌＷ表卷。一般譽(yù)裁瀵楚負(fù)載艨漱簸囂要，墩不使節(jié)安裝使用。 鞭此黌將凡脖，幾十片或見酉片單體太陽熊嗽池椴攢負(fù)載需要，經(jīng)過串、并聯(lián)連 接筵束褥成綴合梅，逶遘一怒翁辮裝方弼猿藏發(fā)毫緩鬻。封裝蓊豹綴合體稱之兔 太陽畿電混模塊綴俘（ｍｏａｕｌｅ）；麗瓣裝薅稱之為太黼綴宅漶綴合教ｆ赫稱太陽麓嘏 漶援’。工鬟上饅臻熬太羯畿壤洼投是太耀戇憋涎使翔熬熬零攀元，葵埝爨電壓～ 救在十豇至熙卡譙莊纛。她外，姆若于個太嗣黥魄漉叛掇擺負(fù)載容熬大小要求， 再串、并聯(lián)組成較大功率的實際供電裝鬻稱之為太陽能陣列。一般來說，常用的 太鬻鼴邀漶綴饞黢模塊雨都標(biāo)準(zhǔn)率聯(lián)酶數(shù)蟹怒拍令域鈞令，每個炎蠲熊毫濾磚 簸密憊篷太縫０．４５Ｖ，經(jīng)｛睪禳邇奄逛大約楚１６～１８後，霹雙魏額定魄篷１２Ｖ懿蘩 激漶遴蠢鴦效鶼瓷邀。太輟憩魄滾維轉(zhuǎn)瓣轉(zhuǎn)羧效率，攀菇疆太鞭鏈彀濾雋１２％～ １５％，霧晶礁太粥熊電池為１０％～１３％，非繇硅太湖熊魄濁釉化含物半導(dǎo)體太陽 能嗽瀚（Ｃｄｓ，ＣｄＴｅ等）莛６％～９％。 ２．２薷電池及麒充電特性。脅刪 儲麓裝鬟楚太陽熊光飫發(fā)電系統(tǒng)的鬟簧綴艘部分，籠英鼴獨(dú)蠢的太戳能光伏 發(fā)毫系絞運(yùn)移跨，德能環(huán)繁凳楚黲不霹少豹絳液部努，一般寒說，是天斃太鞠怒 轉(zhuǎn)傳麓電糍，通過寵魄器翻蒸電漶把魄髓德霧起塞，魄土孬遴過放電囂把德存嶷 鬻惠池燕麴嫩能放蛙：來進(jìn)霸遺送搜用。掰見，豢魄漶是太閹憩光鉸鏈戇的核心器 件。 鬻瞧瀨屬予電傀舉電漶，它觳化學(xué)中的裁化還驃所釋放蹬來酶熊量蠹接轉(zhuǎn)變 凳蠹流瞧裁。蓍瞧涎囊孽經(jīng)鼴臻耩蠢： ∞容鬃襲零囂懣法襲態(tài)滿耄酌繁況下豹鎊纛多少，禳放電毫浚與墩電時愆 鮑黎積來襲承，雄位為安對（Ａｍ）。 （２）放嫩率襲零放電至中止的電流大小竣時黼快慢。可以用放嘏電流栗表永， 也爵戳用放嘏時閹柬襲示。鍘如，一個６．５Ａ＇ｈ鷯蓄漱漣，充滿之囂戳３２５ｍＡ瀵流 教敷，經(jīng)避２０ｈ麓迭穰敖穗巾盎魄垂，救瞧率蓉戳魄浚柬襲承為０。３２５Ａ攀，羲茨 第２章太磁能電泡教簸漉充電系統(tǒng) 放電時間來表示則為２０ｈ放電率。 國功率與比功率鬻電池的功率指蓄魄溉在一定放電奉４發(fā)下，單位時間所能 給爨戇羹豹丈奪，莘霞必顎瓦＞或ｋＷ（手囂）。攀往覆量蓄鬯淑愛耱繪窶豹功率 稱為比功率，單位為Ｗ／ｋｇ或ｋＷ／ｋｇ，ｌｊ：功率也是蓄電池重要的餓能指標(biāo)之一。 （４）放電電流就是鬻電池的輸出電流，它除了用安培來表承外，通常也用蓍 電池的容量乘以某個系數(shù)米表示。例如對予６．５Ａ?ｈ的蓄電池，０．１Ｃ的放電電流的 實瓣袋為０．１６。５－－－－０．６５Ａ。 （５）放電孛止宅匿襲承蓄電洼不允許搏放出電熊時的電送，通常為１．７５Ｗ攀 格。 （６）自放電率蓄電池在不用時其內(nèi)部也會消耗能量，一般以ａ天來表示。 我國還沒有用于太陽姥光鉸發(fā)電系統(tǒng)黲專用蓄電灌，大多餿耀零援的鉛酸蓄 毫漶。鏹酸蓄毫渣有葜逸贊低廉、緩用麓肇、維穆方便，蘸秘籽率富等往贏。下 面以錨酸蓄電池為例分析其充電特性，它在充電過程中表現(xiàn)出非常復(fù)雜的輸入特 性，以一定的電流充電時，其端電壓表示如下； ＵｌＥ＋Ａｔｐ．＋Ａ單一＋ｋＲ 蔑巾，ｕ為充毫辯囂壤泡的端電壓（Ｖ），矗吼為正援扳遭嘏鍵（Ｖ），Ａｑ，為 負(fù)極掇過電位（ｖ），ｌ為充電電流（Ａ）。Ｒ為莆電池內(nèi)阻（ｏ）。 一般蓄電池的過電倪和內(nèi)阻很小，蓄電池的容量和壽命是蓄電池的主要參數(shù)， 它們受充電方法的影響緞犬。鎊酸蓄電池盼究嘏電流與端電壓隧寵呶時聞變化靜 夔線鱺下翟２。２： 從圖２．２中可以看淺，在充電開始對，電池電壓逐步上升，巍電池電壓達(dá)到設(shè) 定的恒定值時，充電電流逐漸減少而電壓值保持不變。充電策略對于蓄電池非常 重要，一個優(yōu)化的充電鬣略可以提高蓄電池的性能和壽命；反之，～個不合理的 充魄繁賂會｛＃常顯著豹辮｛氛蓄電ｔ逡霹爰騫爨辯鑊躅壽鑫。 ８ 基于單片機(jī)控制的太陽能逆變電源研究 箍 Ⅲ 克 ｔ ｔ 鼉 Ｅ＾電● ’２０ ‘。ｏ ｋ／ ／一 ｅＯ Ⅲ ㈨ Ⅲ ｍ ｆ 。 ｆ ｝ 擬 雌 競 ｅＯ鼉 ■ ．｜ｌ ｝ ｜ ．｜ ‘＼ 凳ｉｉ荔；囂；…’’’ 、 柏～ ｌ ｌ ｉ 競電電ｌＥ ２０ 、＼． 競毫片癬ｆ ｈ） 。 ０ 圖２．２蓄電池充電特性曲線 Ｆｉｇ．２．２ ｃｈａｒｇｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ＣｕｌＮｅ ｏｆｓｔｏｒａｇｅ ｃｅｌｌ 隨著電儲能技術(shù)的發(fā)展，越來越多新的儲能方式出現(xiàn)，例如鋰電池、燃料電 池、超級電容儲能、超導(dǎo)儲能等。鎳氫蓄電池、燃料電池以其無污染的特點(diǎn)將成 為未來太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要伙伴。 ２．３直流充電器設(shè)計 ２．３．１