【正文】 對應(yīng)關(guān)系 。這些是太陽能電池在實(shí)際應(yīng)用中的重要技術(shù)參數(shù) [4]： 開路電壓 VOC：在給定的溫度和日照強(qiáng)度下的最大輸出電壓 。 最大功率點(diǎn)功率 Pm：在 給定溫度和日照強(qiáng)度下最大功率點(diǎn)的輸出功率 ，即 Pm=VmI m () 太陽能電池 的轉(zhuǎn)換效率 η ：輸出功率 Po與光 照 投射到電池表面上的功率 Ps之比，其值取決于 太陽能電池的 工作點(diǎn)。 從曲線中可以看出 ， 當(dāng)光照強(qiáng)度一定時 ，電池溫度升高，太陽能電池開路電壓 VOC降低，太陽能電池的短路電流 ISC增加 ，但其增加的程度不如開路電壓 VOC， 所以溫度主要影響太陽能電池的開路電壓 VOC。但是 VOC增加的幅度沒有 ISC的大，所以光照強(qiáng)度主要影響 太陽能電池的短路電流 ISC。此時能夠?qū)μ柲苓M(jìn)行最大效率的利用 [4,5]。為了保證光伏發(fā)電的使用效率，在發(fā)電量充裕時電能不會自自損耗，而在發(fā)電量不足時能保證對大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 17頁 負(fù)載的持續(xù)供電，獨(dú)立光伏系統(tǒng)中就必 須有儲能部件一蓄電池。目前在光伏系統(tǒng)中被采用的蓄電池大致可分為兩大類；堿性蓄電池和鉛酸蓄電池。 太陽能電池發(fā)電充足時會對蓄電池貯存電能、 恢復(fù)容量， 以避免產(chǎn)生的電能因無法存儲而浪費(fèi) 。 本文中不對充放電過程的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行介紹，下面各方法對化學(xué)反應(yīng)的影響可參見文獻(xiàn) [1315]。 2恒壓充電法 恒壓充電就是以一恒定電壓對鉛酸蓄電池進(jìn)行充電。相對恒流充電 法 來說，此法的充電電流自動減少，所以充電過程中析氣量小，充電時間短，能耗低。 這兩種方法 簡單容易實(shí)現(xiàn)， 簡易 的 控制系統(tǒng) 即可 實(shí)現(xiàn)此類 控制 。 它首先對 鉛酸蓄電池采用恒流充電方式充電，鉛酸蓄電池充電到達(dá)一定容量后，采用恒壓充電方式充電。相當(dāng)于在二階段充電法后，再加入一個恒流充電階段。 但作為一種快速充電方法使用，受到一定的限制。 ③變電壓變電流波浪式間歇正負(fù)零脈沖快速充電法：綜合了多種充電的優(yōu)點(diǎn)，此方法控制模式，脈沖電流幅值和 PWM 信號的頻率均固定 ， PWM 占空比可調(diào)。太陽能電池的輸出特性使最大功率點(diǎn)跟蹤在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用具有實(shí)際意大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 20頁 義，可以顯著提高太陽能電池電能的利用率。 就因?yàn)檫@兩個問題，光伏發(fā)電到現(xiàn)在還沒有被大范圍應(yīng)用。太陽電池可看成一個內(nèi)阻變化的直流電源，最大功率點(diǎn)跟蹤控制 (MPPT)實(shí)質(zhì)上是一個尋優(yōu)過程，它通過實(shí)時檢測光伏陣列的輸出 功率，利用一定的控制算法來改變當(dāng)前的系統(tǒng)阻抗，實(shí)現(xiàn)太陽電池阻抗與負(fù)載阻 抗的匹配，從而來滿足最大功率輸出的要求。 對硬件尤其是傳感器要求較高，步長和閥值的選擇存在一定的困難。該算法與 擾動觀測法 比可以快速跟蹤到最大功率點(diǎn)，并且有效減小在最大功率點(diǎn)附近的震蕩；與 增量電導(dǎo)法 比算法結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)容易。而逆變器與整流器恰好相反，它的功能是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。此外，當(dāng)供電系統(tǒng)需要升高電壓或降低電壓時，交流系統(tǒng)只需加一個變壓器即可，而在直流系統(tǒng)中升降壓技術(shù)與裝置則要復(fù)雜得多。 有 關(guān)逆變器分類的原 則很多 ,根據(jù)逆變器輸出交流電壓的相數(shù)，可分為單相逆變器和三相逆變器；根據(jù)輸出波形的不同可分為方波逆變器和正弦波逆變器；根據(jù)逆變器使用的半導(dǎo)體器件類型不同，可分為晶體管逆變器、 MOSFET模塊及可關(guān)斷晶閘管逆變器等；根據(jù) 功率轉(zhuǎn)換電路又可分為推挽電路、橋式電路和高頻升壓電路逆變器等。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 25頁 PWM 波形工作基本原理 在采樣控制理論中有一個重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。例如圖 5． 1所示的三個窄脈沖形狀不同，圖 5． 1(a)為矩形脈沖，圖 5． 1(b)為三角形脈沖，圖 5． 1(c)為正弦半波脈沖，但它們的面積 (即沖量 )都等于 1，那么，當(dāng)他們分別加在具有慣性的同一個環(huán)節(jié)上時，其輸出響應(yīng)基本相同。下面分析如何用一系列等幅而不等寬的脈沖代替一個正弦半波，把圖 5． 2(a)所示的正弦半波波形分成 N等份，就可把正弦半波看成由 N個彼此相連的脈沖所組成的波形?？梢钥闯?，各脈沖的寬度是按正弦規(guī)律變化的。在 PWM波形中，各脈沖的幅值是相等的，要改變等效輸出正弦波的幅 值時，只要按同一比例系數(shù)改變各脈沖的寬度即可。通常采用等腰三角形作為載波，因?yàn)榈妊切紊舷聦挾扰c高度成線性關(guān)系且左右對稱，當(dāng)它與任何一個平緩變化的調(diào)制信號波形相交時，如在交點(diǎn)時刻控制電路中開關(guān)器件的通斷，就可以得到寬度正比于信號波幅值的脈沖，這正好符合 PWM 控制的要求。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 27頁 圖 PWM 基本原理圖 SPWM 波的生成 SPWM 波的生成方法有很多，自然生成法和規(guī)則采樣生成法是其中用的 比較普遍的一種方法 。這種方法只在三角波的頂點(diǎn)或底點(diǎn)位置對正弦波采樣而形成階梯波，其原理如圖 ： 圖 規(guī)則采樣法生成 SPWM波 SPWM 逆變 器 電 路的設(shè)計(jì) 太陽能電站系統(tǒng)運(yùn)行時，由于太陽能電池板或蓄電池輸出的電壓一般為直流48V左右，這樣的大小不足以提供逆變器輸出 220V的交流電壓，所以需要利用一種直流．直流變流電路將太陽能系統(tǒng)輸出的 48V直流電壓升高到 310V左右的直流電壓提供給逆變器作為輸入電壓。 橋式逆變器數(shù)學(xué)模型 單相逆變電路功率電路一般分為半橋式和全橋式兩種結(jié)構(gòu)，在相同的輸入電壓下，全橋式逆變器的輸出電壓為半橋式的兩倍，也就是在相同輸出功率的條件下，全橋式逆變器的輸出以及開關(guān)電流僅為半橋式的一半，因此在較高功率的場合下～般均使用全橋式逆變器。 =一 Vd)，負(fù)載電流方向由電流流經(jīng) TA、 TB+來決定，因此只要控制開關(guān)元件的導(dǎo)通，我們就可以將直流電轉(zhuǎn)換為交流電輸出。 (3)三角形波信號頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正弦調(diào)制波的頻率，在一個開關(guān)周期內(nèi)，可將正弦調(diào)制波視為一個定值。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 32頁 逆變電源的目的是產(chǎn)生一個 220V， 50Hz 的正弦交流電壓供給負(fù)載使用。當(dāng)輸入電壓變化時，輸出電壓隨之相應(yīng)改變。 為了解決以上所提問題，單相 SPWM 逆變的基礎(chǔ)上，采用前饋調(diào)整三角載波進(jìn)行控制方案，即利用輸入電壓的變化，在輸出電壓變化前 對電路的控制信號進(jìn)行調(diào)節(jié) ， 用來獲得良好的輸出電壓波形。改變占空比即可改變輸出電壓的大小，所以 Vc、 Vr中任意一個的幅值即可改變輸出電壓的大小，如圖 。 =kU1Vc/V（ k 為常數(shù) )。 b．控制電路由集成電路構(gòu)成： 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 34頁 在單相 DC/AC 變換電路中，為了簡化控制電路結(jié)構(gòu)，還可以采用電壓型 PWM集成控制芯片如 SGl52 TL494 等構(gòu)成 SPWM 控制器，利用控制芯片內(nèi)部產(chǎn)生的三角波與由外部輸入的正弦調(diào)制波 進(jìn)行比較得到 SPWM 波形。 因此根據(jù)上述原理三角波產(chǎn)生電路如圖 5． 17，輸入直流電壓分壓后經(jīng)斬波電路斬波，得到電壓幅值隨輸入電壓變化的方波電壓，方波電壓 Us經(jīng)有源積分電路積分后得到三角波電壓 Ur。 CD4060 是 14 位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器／分頻器，其有三個特點(diǎn)： 內(nèi)置振 蕩器； 全靜態(tài)操作； 有 14 級計(jì)數(shù)器，但只有 10 個輸出端。 圖 圖 全橋式逆變器電路原理框圖 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 37頁 圖 SPWM 產(chǎn)生電路 根據(jù) PWM原理，全橋式逆變器的控制方式義可分為單極性 PWM控制方式和雙極性 PWM控制方式兩種，本設(shè)計(jì)采用單極性 PWM控制方式。V0=Vd 2. TA,TB+處于 ON狀態(tài)： VAN=0,VNB= Vd。 由以上說明可知，其工作原理首先由三角波產(chǎn)生電路產(chǎn)生一個高頻三角波，將此三角波反向之后分別與調(diào)制信號進(jìn)行比較產(chǎn)生 SPWM控制信號。 SPWM 產(chǎn)生方塊圖如圖 圖 SPWM 產(chǎn)生方塊圖 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 40頁 閉環(huán)控制電路 在逆變器的控制上，通常的手段是電壓 /電流的雙環(huán)控制策略。由自動控制理論可知，系統(tǒng)中加入微分環(huán)節(jié)可以提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度。通過調(diào)節(jié)電流環(huán)調(diào)節(jié)器系數(shù)比例飚，得到在系數(shù)飚取不同值時的幅相頻特性曲線如圖所示。通常采用串聯(lián) PI調(diào)節(jié)器的方法，即利用 PI調(diào)節(jié)器來提高穩(wěn)態(tài)精度。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 42頁 圖 電壓電流雙閉環(huán)框圖 電流內(nèi)環(huán)對輸出濾波電感電流進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，使之接近電流給定信號，從而提高系統(tǒng)的動態(tài)性能；電壓外環(huán)將基準(zhǔn)正弦波與逆變器輸出反饋電壓相比較產(chǎn)生的誤差信號經(jīng)比例積分運(yùn)算后作為電流內(nèi)環(huán)的給定，從而達(dá)到穩(wěn)壓的日的，使系統(tǒng)具有優(yōu)良的電器性能。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 44頁 結(jié) 論 由于可持續(xù)發(fā)展的要求及對能源需求的日益增長，光伏系統(tǒng)應(yīng)用迅速發(fā)展，人們對光伏系統(tǒng)的認(rèn)識與研究正在逐步加深。 太陽能電站對于我國西部太陽能資源豐富，而且電網(wǎng)又難以到達(dá)的貧困偏遠(yuǎn)地區(qū)，有很強(qiáng)的適用性，這將使光伏系統(tǒng)的應(yīng)用前景更加廣闊 。 在 本科生 學(xué)習(xí) 階段 和本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，首先誠摯的感謝我的 指導(dǎo)教師章麗紅 ， 在學(xué)習(xí)階段和畢業(yè)設(shè)計(jì)階段章老師給了我很多幫助。 最后，向評閱本論文的各位 老師 致以誠摯的謝意 ! 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 46頁 參考文獻(xiàn) [1], . Development of a photovoltaic array model for use in powerelectronics simulation studies[J]. IEE Proceedings: Electric Power Applications, 1999,146(2):193200. [2], , etc. Modeling and Simulation of Maximum Power Point Tracker for Photovoltaic System[J]. National Power amp。章 老師以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)之道、積極樂觀的生活態(tài)度，為我樹立了學(xué)習(xí)的典范，他的教誨與鞭策將激勵我在以后的 學(xué)習(xí) 道路上開拓創(chuàng)新。在大學(xué)里學(xué)到的知識和能力將使我受益終身。 在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器扮演著重要的角色。接入 R0后引入一定的反饋 (直流負(fù)反饋 )使靜態(tài)放大倍數(shù)有所降低，這樣調(diào)節(jié)器不容易振蕩，收到穩(wěn)定和便于調(diào)試的效果。其中 Kif是電流反饋系數(shù)， Kvf是電壓反饋系數(shù)。 (2)電壓外環(huán) 電壓外環(huán)主要是調(diào)節(jié)輸出電壓跟蹤參考波形。 (1)電流環(huán) 電流環(huán)的設(shè)計(jì)目的是保證電流閉環(huán)具有較好的穩(wěn)定性，同時具有較快的動態(tài)響應(yīng)和抗噪聲干擾能力。在系統(tǒng)的前向通道上增加 PI補(bǔ)償器，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文采用 IXDP630來產(chǎn)生此段時間，這樣就會使每一開關(guān)由 OFF狀態(tài)至 ON狀態(tài)之間需要一段時間缸。V0=0 4. TA+,TB處于 ON狀態(tài)： VAN=0,VNB=0。 A橋臂的控制信號由基準(zhǔn)正弦波 Vtrol與三角波 (Vtri)比較產(chǎn)生， B橋臂的控制信號由和基準(zhǔn)正弦波 Vtrol相位相反的正弦波 Vtrol與三角波 (Vtri)比較產(chǎn)生，兩組信號同時產(chǎn)生。 圖 CD4060內(nèi)部框圖 它由兩部分組成一部分是 14 級分頻器，由 Q4— Q14。此三角波電壓的峰值是正比于方波幅值電壓的，于是三角波峰值電壓隨輸入電壓成比例地變化，保持了輸出電壓的穩(wěn)定。在這種情況下，可將前饋電壓的采樣值按照電路的輸入輸出關(guān)