【正文】 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 45頁 致 謝 短短的四年大學(xué)生活，給我提供了一個(gè)寶貴的完善自我的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。由圖可見，通過調(diào)節(jié)系數(shù)瞄可以擴(kuò)大系統(tǒng)的帶寬，但對(duì)系統(tǒng)的抗干擾能力產(chǎn)生影響，大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 41頁 選擇比例系數(shù)要適當(dāng)綜合兩種因素。V0=Vd 3. TA+,TB+處于 ON狀態(tài)： VAN=Vd,VNB= Vd。這時(shí)三角波的幅值是不能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)的，因此利用輸入電壓的變化來調(diào)節(jié)三角波幅值的前饋控制思想無法實(shí)現(xiàn)。為了使輸出電壓保持穩(wěn)定，一般要采集電壓輸出量進(jìn)行反饋閉環(huán)控制。 全橋式逆變電路原理圖如圖 ： 圖 全橋逆變電路 全橋式逆變器由四個(gè)開關(guān)管元件 TA+、 TA、 TB+、 TB以及二極管 DA+、 DA、 DB+、B組成，電感 L和電容 c為濾波用。以上介紹的是 PWM 控制的基本原理， 按照上述原理，在給出了正弦波頻率、幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)后， PWM 波形各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn)確計(jì)算出來。沖量即指窄脈沖的面積。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 23頁 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 24頁 第四章 基于 SPWM 波的正弦波逆變器的 設(shè)計(jì) 逆變器的主要功能 和分類 逆變器（ PWM） 是電力電子技術(shù)的一個(gè)重要應(yīng)用方面。鉛酸蓄電 池充電方法選用三階段充電方法可以提高蓄電池性能，延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命。 一般兩階段之間的轉(zhuǎn)換電壓就是第二階段 恒 壓的 電壓。 鉛 蓄電池充電方式的選擇 1恒流充電法 恒流充電就是以一 確 定的電流進(jìn)行充電，在充電過程中隨著鉛 酸蓄電池電壓的變化要進(jìn)行 調(diào)整使電流 恒定不變。 由于實(shí)際應(yīng)用中不能保證太陽能電池總是工作在最大功率點(diǎn)上，所以在應(yīng)用中要用到 帶有最大功率點(diǎn)跟蹤的控制 裝置，以保證太陽能電池的輸出功率保持在最大功率點(diǎn)的附近。 0 5 10 15 20 2500 . 511 . 522 . 533 . 544 . 55I(A)U ( V ) 01020304050607080P(W)IPI s cImVmPmV o c圖 太陽能電池的輸出 IV和 PV曲線 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 14頁 短路電流 ISC：在給定的溫度和日照強(qiáng)度下的最大輸出電流 。當(dāng)具有適當(dāng)能量的光子入射于半導(dǎo)體時(shí)，光子激發(fā)半導(dǎo)體材料而產(chǎn)生電子一空穴對(duì)，勢(shì)壘電勢(shì)就會(huì)推動(dòng)電子向 N型半導(dǎo)體擴(kuò)散，空穴向 P型半導(dǎo)體擴(kuò)散，并分別聚集于兩個(gè)電極部分。 其 主要是由太陽能電池陣列、控制電路、蓄電池組和負(fù)載組成。 我國(guó) 108萬平方公里的荒漠面積為建設(shè)大型的太陽能電站提供了廣闊的土地資源 ， 其年總輻射在 1600kWh/m以上 ， 如果利用其 1/10安裝并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) ， 每年的發(fā)電量可以達(dá)到 10萬多億千瓦時(shí) ． 相當(dāng)于全國(guó)用電量的 6倍 。 四川大學(xué)的碲化鎘電池技術(shù)也展現(xiàn)出了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的前景 。 而每天豐富的太陽輻射能是取之不盡、用之不竭的 ,無污染 ,廉價(jià) ,是人類能夠自由利用的能源 ,成為最先納入人們視野的最佳選擇 。 傳統(tǒng)的燃料能源正在一天天減少 ,能源問題已經(jīng)成為不容忽視的全球性問題 。 在過去 ，太陽能光伏發(fā)電所使用的晶體硅電池的核心技術(shù)長(zhǎng)期被美國(guó) 、 德國(guó) 、 日本等國(guó)的公司所壟斷 ， 中國(guó)則成為晶體硅電池及組件的加工生產(chǎn)大國(guó) ， 產(chǎn)生了無錫尚德 、 江西 ＬＤＫ 、 常州天合 、 天成英利等眾多國(guó)際著名多晶硅電池和組件生產(chǎn)企業(yè) ， 也出現(xiàn)了福建 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 7頁 鈞石 、 蚌埠普樂 、 河北新奧等一批硅薄膜電池生產(chǎn)企業(yè) 。 從長(zhǎng)遠(yuǎn)看 ， 光伏發(fā)電在未來將會(huì)占據(jù)世界能源消費(fèi)的重要席位 ， 不但要替代部分常規(guī)能源 ， 而且最終會(huì)成為世界能源供應(yīng)的主體 。 太陽能光伏發(fā)電站按照是否與電網(wǎng)相連 分為 離網(wǎng) 發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。它的能量轉(zhuǎn)換效率是整個(gè)系統(tǒng)功效的關(guān)鍵，令它的商業(yè)化生產(chǎn)成本價(jià)格也是系統(tǒng) 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 12頁 能否被普及應(yīng)用的決定因素之一。經(jīng)太陽能電池的電路簡(jiǎn)化分析 [2]，再通過對(duì)太陽能電池實(shí)際應(yīng)用時(shí)的一些重要參數(shù)的分析，可得到 太陽能電池工程用數(shù)學(xué)模型 [3]，在知道 短路電流 、 開路電壓 、溫度和光照的情況下可確定太陽能電池的輸出 IV 和 PV曲線，如圖 。在太陽能電池溫度一定，光照強(qiáng)度確定的條件下有其唯一的最大功率點(diǎn)。蓄電池充電和放電狀況的好壞，將直接影響到蓄電池的電性能及使用壽命。 3階段充電 法 階段充電 法 中主要 包括二階段充電法和三階段充電法 。 綜上所述，為了較 好的保護(hù)蓄電池， 并實(shí)現(xiàn)蓄電池的快速充電，可采用快速充電法和三階段充電法相結(jié)合的方法，即把三階段充電法第一階段的恒流階段改為快速充電階段，這樣既可快速給蓄電池充電，又能夠通過 PWM 控制實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤（第 4部分做詳細(xì)說明）。 算法復(fù)雜，需要處理的數(shù)據(jù)兩大，對(duì)處理器的算速度和存儲(chǔ)容量要求較高 小結(jié) 本章分析了一些常用的最大功率點(diǎn)跟蹤的算法， 恒壓控制法 、 增量電導(dǎo)法、擾動(dòng)觀測(cè)法。此外，保護(hù)功能齊全，對(duì)電感性和電容型性負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)。對(duì)于正弦波的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到 PWM波形。半橋結(jié)構(gòu)主要用于降壓電路；推挽式電路需要大容量的功率 MOSFET管，而大容量的功率 MOSFET管價(jià)格大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 30頁 比較昂貴，并且需要設(shè)計(jì)漏感泄放回路。因此如何使輸出為 220V，50Hz 的電壓且波形保持和參考電壓盡量一致，是設(shè)計(jì)本 電 壓逆變器的重點(diǎn)。根據(jù)這個(gè)原理，把輸入電壓變化反饋給控制電路，使三角波峰值隨輸入電壓成比例的變化，保持了輸出電壓的穩(wěn)定。 A橋臂的控制信號(hào)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(hào)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(hào)同時(shí)產(chǎn)生。 (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(shí)具有較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和抗噪聲干擾能力。 在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器扮演著重要的角色。 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(chéng)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。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。 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(gè)高頻三角波，將此三角波反向之后分別與調(diào)制信號(hào)進(jìn)行比較產(chǎn)生 SPWM控制信號(hào)。 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。 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(duì)電路的控制信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié) ， 用來獲得良好的輸出電壓波形。 =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。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(duì)稱，當(dāng)它與任何一個(gè)平緩變化的調(diào)制信號(hào)波形相交時(shí)，如在交點(diǎn)時(shí)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(hào)波幅值的脈沖，這正好符合 PWM 控制的要求。例如圖 5． 1所示的三個(gè)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(gè)環(huán)節(jié)上時(shí)，其輸出響應(yīng)基本相同。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。 就因?yàn)檫@兩個(gè)問題，光伏發(fā)電到現(xiàn)在還沒有被大范圍應(yīng)用。相當(dāng)于在二階段充電法后，再加入一個(gè)恒流充電階段。 2恒壓充電法 恒壓充電就是以一恒定電壓對(duì)鉛酸蓄電池進(jìn)行充電。為了保證光伏發(fā)電的使用效率，在發(fā)電量充裕時(shí)電能不會(huì)自自損耗，而在發(fā)電量不足時(shí)能保證對(duì)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(chǔ)能部件一蓄電池。 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)。光伏電池的光電效應(yīng)是靠日照下的半導(dǎo)體 PN結(jié)來完成的，因此 P— N結(jié)的構(gòu)造是光伏電池的基本特征。 圖 太陽能離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 離網(wǎng) 發(fā)電系統(tǒng)的工作 流程 是： 當(dāng)陽光充足時(shí) ， 太陽能 電池 陣列 受到太陽光照產(chǎn)生電能， 電能 直接供給直流 負(fù)載 或交流負(fù)載， 這時(shí)其 富余的能量則給蓄電池組充電 ，若太陽能電池陣列電能不足以提供負(fù)載工作，蓄電池開始放電 ；在 陽光不充足或無陽光時(shí) ，太陽能電池 陣列產(chǎn)生的電能不足以帶動(dòng)負(fù)載， 蓄電池組 就會(huì)為負(fù)載提供電 。 在建造太陽能電站的同時(shí)也對(duì)沙漠的環(huán)境進(jìn)行了改造 ， 可以說一舉兩得 。 上海交通大學(xué)太陽能研究所 、 中科院電工所等在太陽能應(yīng)用 、 光伏建筑一體化 、 大型并網(wǎng)光伏電站設(shè)計(jì) 、 建設(shè)和運(yùn)行等方面積累了豐富的產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)和建設(shè)經(jīng)驗(yàn) 。 光伏發(fā)電技術(shù)帶來的產(chǎn)業(yè)在政策法規(guī)的強(qiáng)力助推下 ,呈快速 、 增速發(fā)展 。煤炭剩余可采年限 230年 ,其年占世界能源總消耗量的 %。 歐洲光伏工業(yè)協(xié)會(huì) （ EPIA） 對(duì)光伏發(fā)電的預(yù)測(cè)為 :2020年世界太陽能光伏組件年產(chǎn)量將達(dá)到 40GWh,總裝機(jī)容量為 195GW,發(fā)電量為274TWh,占全球發(fā)電量的 1%,太陽電池的組件成本下降到每 1峰瓦 1美元 。 （ 2） 太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)造價(jià)依舊較高 ， 從而導(dǎo)致市場(chǎng)規(guī)模相對(duì)較小 ， 達(dá)不到理想的規(guī)模經(jīng)濟(jì)程度 ， 制約了光伏發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用 。 通過 電壓 /電流的雙環(huán)控制策略 對(duì)逆變電路進(jìn)行閉環(huán)控制，包括閉環(huán)控制電路的硬件電路設(shè)計(jì)。由于本文主要研究的是小型太陽能發(fā)電系統(tǒng)蓄電池的充電方法，所以該系統(tǒng)主要考慮三個(gè)部分：太陽能電池，蓄電池和控制器。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 13頁 光伏電池的輸出特性 目前市面上用得最多的是硅太陽能電池，所以本文主要分析硅太陽能電池的輸出特性，及光照、溫度對(duì)輸出特性的影響。 0 5 10 15 20 25 30020406080U ( V )P(W)50 ℃0 ℃25 ℃大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 16頁 圖 相同溫度 (25℃ )不同光照強(qiáng)度下的 IV和 PV特性曲線 圖 太陽能電池 在 相同溫度不同光照 強(qiáng)度下的 IV、 PV特性曲線，從曲線中可以看出 ， 當(dāng)溫度一定時(shí) 隨光照強(qiáng)度的增加， 太陽能電池短路電流ISC和開 路電壓 VOC都增加了。在 太陽能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中， 鉛酸蓄電池投人使用后， 必然會(huì)進(jìn)行充電和 放電過程 。這種充電方法在小型的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中經(jīng)常用到，因?yàn)檫@種系統(tǒng)中來自太陽能電池陣列的電流不會(huì)太大，而且這種系 統(tǒng)中鉛酸蓄電池組串聯(lián)不多 。 ②變電壓間歇充電法： 在每個(gè)恒 壓 間歇 充電階段，由于是恒壓充電，充電電流自然按照指