【正文】 控制電路的核心是 UC3842，其后級的高速開關(guān)功率管要求滿足一定的耐壓值和足夠大的額定電流。其主要優(yōu)點(diǎn)是管腳數(shù)量少，外圍電路簡單，電壓調(diào)整率可達(dá) %，工作頻率高達(dá) 500kHz，啟動電流小于 1mA，正常工作電流為 5mA， 并可利用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的隔離。 濾波器的截止頻率為： LCfc ?2 1? (49) 串聯(lián)阻抗和并聯(lián)阻抗的乘積： KCLjwCjwLZZ ???21 (410) L、 C值確定后， K 為常數(shù)，由于 L/C 具有阻抗平方量綱，故 K也可以用濾波器的另一參數(shù) R表示： 2RKCL ?? (411) 式 (411） 中， R 為標(biāo)稱特性阻抗， R 和負(fù)載電阻 LR 的關(guān)系： LRR )~(? (412) 本設(shè)計中逆變器功率為 5kW，輸入額定電壓為 220VDC， 要求輸出頻率為 50Hz 電壓有效值為 220VAC 的正弦波。 首先把直流電逆變成工頻低壓交流電；再通過工頻變壓器升壓呈 220V。將 Pm=5KW, η =, fr=18kHz 代 入上式可得 Win≈ ,每半個周期輸入濾波電容所提供的能量安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 21 為： m inm in22 ininin VCVW ?? (44) 式 （ 44） 中， Vinmin 為最小輸入直流電壓； Δ Vinmin 一般取 1%Vinmin，濾波電 容選用鋁電解電容，為了減小電容的等效串聯(lián)電阻，本設(shè)計采用了 100V 10000UF*10 的電解電容并聯(lián)實(shí)現(xiàn)。由此可見，擾動觀察法與電導(dǎo)增量法是殊途同歸，差別僅在于邏輯判斷與測量參數(shù)的取舍而已。因而在不同的光照強(qiáng)度下，光伏陣列都會存在著這樣的一個最大功率輸出點(diǎn)， 恒定電壓跟蹤法是一種穩(wěn)壓控制 ，此方法是通過調(diào)整太陽能光伏電池在某一照度及溫度下的最大功率點(diǎn)的電壓大小，此方法即是通過調(diào)整太陽能光伏電池的端電壓，使其能與事先測試的電壓相符，來達(dá)到最大功率點(diǎn)跟蹤的效果。 0)( ???? dUdUIdUdIUdUUIddUdP (34) IdUUdI ?? (35) 令 UdII?? (36) IdUU ??? (37) 則當(dāng) Δ U=Δ I 時，即可近似認(rèn)為達(dá)到最大功率點(diǎn)，這樣就構(gòu)成了最經(jīng)典的一階 算法。在光伏強(qiáng)度和電池溫度一定時有唯一的最大輸出功率點(diǎn) Pm（其左側(cè)為近似恒流源段，右側(cè)為近似恒壓源段）。跟蹤運(yùn)行可以是連續(xù)的，也可以是間歇的。因其技術(shù)成熟，安裝方便、維護(hù)簡單，所以應(yīng)用最為廣泛。若將電池組件并聯(lián)使用時，總的輸出電壓是各電池組建工作的電壓的平均值，而總的電流為各單個電池組件工作電流之和。主要有硫化鎘光伏電池和砷化鎵光伏電池。指將兩種對光波吸收能力不同的半導(dǎo)體材料疊在一起構(gòu)成的光伏電池。 光伏電池的分類 光伏電池 多用于半導(dǎo)體固體材料制造，也有用半導(dǎo)體家電解質(zhì)的光電化學(xué)電池，發(fā)展至今種類繁多，無論采用何種材料生產(chǎn)光伏電池，它們對材料的一般要求是：半導(dǎo)體材料的禁帶不能太寬；要有較高的光電轉(zhuǎn)換效率；材料本身對環(huán)境不造成污染；材料便于工業(yè)化生產(chǎn)，而且材料的性能要穩(wěn)定。圖 22所示是典型獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。 光伏電池是整個系統(tǒng)的核心部分，其主要功能是將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，儲存或者直接供給負(fù)載使用。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 根據(jù)需求和應(yīng)用場合的不同 ，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)一般分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)兩種。在國際大環(huán)境影響下，國際項(xiàng)目的啟動和市場需求以及國家政策的促進(jìn)下，我國光伏技術(shù)及應(yīng)用顯著發(fā)展。離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是由光伏電池陣列、控制器、逆變器、儲能裝置等環(huán)節(jié)組成，其中逆變器則是光伏系統(tǒng)中重要的器件之一，其可靠性和轉(zhuǎn)換效率隊(duì)推行光伏系統(tǒng)、降低系統(tǒng)造價至關(guān)重要。 并且詳細(xì)的介紹了下逆變器的各部分的硬件設(shè)計，包括一些重要 參數(shù)的設(shè)定。同時由于排放大量溫室氣體而產(chǎn)生的溫室效應(yīng)，已引起全球氣候惡化。 瑞士、法國、意大利、西班牙、芬蘭等國，也紛紛制定光伏發(fā)展計劃，并投巨資進(jìn)行技術(shù)開發(fā)和加速工業(yè)化進(jìn)程。 2021 年以后，我國光伏產(chǎn)業(yè)的年增長率超過 100%。 （ 4）設(shè) 計通過 TMS320LF2812A 實(shí)現(xiàn)對全橋逆變電路的控制，實(shí)現(xiàn)對光伏離網(wǎng)型逆變器的運(yùn)行狀況的監(jiān)測與保護(hù)。 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。顯然風(fēng)能發(fā)電與太陽能發(fā)電具有很好的互補(bǔ)性，其優(yōu)點(diǎn)顯見：利用太陽能、風(fēng)能的互補(bǔ)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；對混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計和匹配，可以基本上由風(fēng) — 光系統(tǒng)供電，不需要啟動備用電源 和備用發(fā)電機(jī)，一次獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。其原理是基于在一定條件下金屬 — 半導(dǎo)體接觸時產(chǎn)生類似于PN 結(jié)可整流接觸的肖特基效應(yīng)。但多晶硅光伏電池成本較低。因此要將單體的太陽能電池根據(jù)負(fù)載需要進(jìn)行串、并聯(lián)構(gòu)成組合體，在京啊組合體通過一定的工藝流程封裝在透明的薄板盒子內(nèi)，引出正負(fù)極引線，方可獨(dú)立發(fā)電使用。 h 光伏陣列在一天內(nèi)所產(chǎn)生的能量，即為功率對時間的積分 輸出安培小時 E A 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 11 ④ 固定安裝式光伏陣列。圖 35（ a）為光伏電池在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，光伏電池的輸出特性是指在一定的溫度和日照強(qiáng)度條件下，光伏電池所呈現(xiàn)的伏安特性，即輸出電壓和輸出電流之間的對應(yīng)關(guān)系，通常簡稱為 IU特性曲線。 在一定的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度下 ，光伏電池可以工作在不同的輸出電壓，但是只有在某一輸出電壓值時，光伏電池的輸出功率才能達(dá)到最大值，這是光伏電池工作點(diǎn)就達(dá)到了輸出功率電壓曲線的最高點(diǎn)，稱之為最大功率點(diǎn)（ MPP）。根據(jù)以上工作在最大功率點(diǎn)；當(dāng)電壓功率差分值相等時，可以認(rèn)為外部狀態(tài)沒有改變，洗頭膏仍然工作在最大功率點(diǎn)；當(dāng)電壓功率差分值大于電流功率差分值時，說明當(dāng)前的光照強(qiáng)度有所減弱或由于溫度升高導(dǎo)致陣列的輸出功率下降，應(yīng)該相應(yīng)地降低系統(tǒng)輸出有功以滿足陣列最大功率輸出的要求。尤其是在大氣環(huán)境變化緩慢時，能量損耗的情況更為嚴(yán)重，此為擾動與觀察法的最大缺失。如圖所示： K ME M I 濾波 器D C / D C 輔 助電 源U C 3 8 4 2L E M 1L E M 2D C / A CT L P 5 2 0光 耦數(shù) 字 信 號 處 理T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7升 壓 變 壓 器+ 5 V+ 1 5 V 1 5 V+ 1 5 V+ 1 5 V+ 1 5 V+ 1 5 VC2 2 0 V過 流欠 壓 或過 壓超 溫頻 率 采 樣I P M 逆 變C 1C 2C 3 圖 41 離網(wǎng)型光伏逆變器的結(jié)構(gòu)方框圖 主回路是通過輸入濾波電路對輸入的 220V 直流電進(jìn)行濾波處理，采用全橋逆變進(jìn)行逆變處理，輸出 SPWM 波，經(jīng)過 工頻變壓器升壓，輸出 260V 的交流電再 經(jīng)過輸出濾波器的濾波，輸出 50Hz220V的 交流電。這樣，三角載波與階梯波水平線段的交點(diǎn) A、 B 兩點(diǎn)就分別落在正弦調(diào)制波的上下兩邊，從而減少了以階梯波調(diào)制的誤差。所以， LCL 濾波器通常用于較低開關(guān)頻率的中大功率場合。 U gP I P W MU c開 關(guān) 電 路U o電 流 反 饋 電 路電 壓 反 饋 電 路 圖 51 PI閉環(huán)調(diào)節(jié)控制狂框圖 電流型 PWM 是在脈寬比較器的輸入端，直接用流過輸入電感線圈電流的信號與誤差放大器輸出信號進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比，使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。 第 5 腳為地。在本系統(tǒng)中 RT 和 CT 分別選用了 10kΩ 和 F， 可以計算得其工作頻率約為 40kHz，符合開關(guān)電源的要。當(dāng)電源電壓異常時，功率管的電流增大，當(dāng)采樣電阻上的電壓超過 1V時， UC3842就停止輸出，有效地保護(hù)了功率管。這種控制方式可改善系統(tǒng)的電壓調(diào)整率，提高系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)速度，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 LC 濾波器用場合在公共并網(wǎng) /獨(dú)立雙模式逆變器中，當(dāng)逆變器工作在 獨(dú)立模式時， LC 濾波器能有效衰減輸出電壓的高頻諧波部分，從而可以獲得理想的輸出電壓波形，當(dāng)逆變器工作于并網(wǎng)模式時，由于電網(wǎng)電壓的鉗制作用，僅濾波電感對并網(wǎng)電流起濾波作用，濾波電容相當(dāng)于本地負(fù)載。 本設(shè)計采用的是規(guī)則采樣法 生成 SPWM 波。 離網(wǎng)型光伏逆變器的主要作用是將光伏電池輸出的直流電變換成適合交流負(fù)載使用的交流電。如此反復(fù)地擾動、觀察及比較，使太陽能光伏電池達(dá)到其最大功率點(diǎn)，這就是擾動及觀察法的基本動作原理。 在圖 36 的算法框圖中， Uref代表系統(tǒng)輸出有功指令， C 代表輸出有功變化的步長。安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 14 而且，由于日照強(qiáng)度不變，即陽光投射到電池表面的功率不變，可見光電轉(zhuǎn)換效率可知電池的光電轉(zhuǎn)換效率受到溫度的影響很大。因此，根據(jù)具體應(yīng)用情況，光伏電池的 IU方程可簡化： shA K TqULshDL RUeIIIIII ????????? ?????? 10 (32) 或 ???????? ?????? 10 A K TqULshDL eIIIIII (33) 簡化的模型結(jié)構(gòu)分別如圖 34（ a）和 34（ b） 所示。其特點(diǎn)不但能增強(qiáng)太陽的光強(qiáng)，還可用較少的電池得到較多的電能，但與此同時電池板的工作溫度也會升的很高。一般光伏電池組件的并聯(lián)數(shù)乘以每一待并支路的最佳工作電流即為蓄電池的充電電流。在使用光伏電池供電時，光伏電池片容量較小，輸出電壓只有零點(diǎn)幾伏、輸出峰值功率也只有 1W 左右。 多晶硅材料晶體方向無規(guī)律性。 （ 3）肖特基光伏電池。較 為常見的混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)是風(fēng) — 光互補(bǔ)系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下圖 23所示。 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)。硬件設(shè)計包括對主回路的設(shè)計以及輔助電路的設(shè)計，對濾波電路的設(shè)計選型以及對功率驅(qū)動模塊 IPM 和 UC3842 的介紹。接下來的 20212021 年，我國解決了上萬個自然村和行政村的用電問題。德國政府并于 1999 年開始實(shí)施 10 萬太陽能屋頂 (每戶約 3kW~5kW)計劃。而傳統(tǒng)的石化能源所帶來的環(huán)境問題也令人擔(dān)憂。 設(shè)計采 用 DSP 處理器 TMS320LF2812A 設(shè)計實(shí)現(xiàn)了 5kW 離網(wǎng)型光伏逆變器，可滿足中小功率應(yīng)用場合的需求。國際光伏市場開始由邊遠(yuǎn)農(nóng)村和特殊應(yīng)用向并網(wǎng)發(fā)電和與建筑結(jié)合供電的方向發(fā)展，光伏發(fā)電已由補(bǔ)充能源向替代能源過渡。我國西部居住人口分散，太陽能資源豐富，太陽能光伏發(fā)電成為首選能源。結(jié)合實(shí)際需求，設(shè)計出一個單相離網(wǎng)型光伏逆變器，可以廣泛用于離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，具有輸出電壓精度高、波形好、現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)智能控制等特點(diǎn)。 變換器是將光伏電池陣列提供的直流電壓變換成適合負(fù)載使用的電壓。對阻塞二極管的要求是工作電流必須大于方陣最大輸出電流，反向耐壓要高于蓄電池組的電壓。 由兩種不同禁帶寬度的半導(dǎo)體材料構(gòu)成，在相接的界面上形成一個異質(zhì) PN 結(jié)。 （ 6）濕式光伏電池。而砷化鎵具有較好的溫度特性，理論效率高，較適合于制成太空光伏電池。如果總的輸出電壓過低不能滿足要求，就可能出現(xiàn)光伏電池只有電壓無電流輸出的現(xiàn)象。直接將光伏電池片貼在應(yīng)用場地或物體上，如圓弧形、多棱形、圓錐形的房頂和飛行器等。 LI DI jC shI shRU LRsR 圖 33 光伏電池等效電路 當(dāng)日照強(qiáng)度恒定時，光伏電池可看成恒定電流源，二極管的正向電流和并聯(lián)電阻電流 ISR都由光電流 IL提供，剩余的光電流通過串聯(lián)電阻 RS輸出給負(fù)載，并在負(fù)載端產(chǎn)生電壓 U。 圖 35（ b）是當(dāng)溫度一定時，日照強(qiáng)度分別為 200W/m 400W/m 600W/m800W/m 1000W/m2 時太陽能光伏電池的輸出特性曲線。 例如 ,為了避免一些不可預(yù)測的干擾，將每次采樣的電壓和電流數(shù)值進(jìn)行多點(diǎn)平均得到一組電壓電流數(shù)據(jù)，并且 減掉上一次平均得到的電壓和電流值，即可得到電壓和電流差分值，分別記作 dI(k)和 dU(k),即 ?? ? ???? ????? 1256 )1(256)1(256 256 256256)()1()( k ki ik ki i IIkIkIkdI (38) ?? ? ???? ????? 125 6 )1(25 6)1(25 6 25 6 256256)()1()( k ki ik ki i UUkUkUkdU (39) 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 15 然后按照上 面的 式 (310)和式（ 311） 分別計算 )(kI? 和 )(kU? 。對于早期應(yīng)用于人造衛(wèi)星的太陽