【正文】 a） Boost 電路原理圖 b)由晶體管和二極管組成的 Boost 電路 圖 3－ 4 Boost 電路的原理圖 Boost 電路的工作過程是這樣的。 由于此逆變電源是按照 200W 設計的，其等效負載為 200 歐左右。隨著功能的增多 , 所需要的處理時間就會相應地增長 , 因此處理器的核心算法的處理頻率受到一定的限制 , 一般核心算法的處理頻率會小于電源的開關頻率 , 這使得數字控制難以做到實時控制。 在輸入輸出電壓不變前提下，當開關 S 在圖 32a） Ａ位置時， iL線 性上升， 其增益為： 11sLsVi DTL?? (32) 開關在 32a） B 位置時， iL線性下降，其增益為： 22osLsVVi D TL?? ? ? （ 33） 由于穩(wěn)態(tài)時這兩個電流變化量絕對值相等 12LLii? ?? ，所以 12111o s sV V VDD??? （ 34） 使用 saber 建立 Boost 電路的 saber 仿真原理圖如下圖 36所示 圖 3－ 6 Boost 電路的 Saber 仿真原理圖 第三章 軟硬件電路設計 26 圖 3－ 7 Boost 電路的仿真結果 圖 3－ 7 給出了 Boost 電路的仿真結果，其中最上面的圖是電感電流的變化，它近擬呈現線性的變化；中間的圖是節(jié)點 Vx 的電壓的變化；下圖是輸出電壓 Vo。對稱 PWM 波形與非對稱 PWM 波形相比，具有的一個優(yōu)點是 :在 PWM 周期開始和結束的時候，它有兩個持續(xù)時間相同的不運行區(qū)域。電源由 12V 蓄電池提供（該蓄電池能輸出 10Ah 的電能），此電壓經過 Boost 電路進行升壓，通過控制驅動 IGBT的 PWM 波形的占空比，就可以調節(jié)輸出電壓的大小，具體分析在后面闡述。如果采用較大的步長進行“干擾”，這種跟蹤算法可以獲得較快的跟蹤速度，但達到穩(wěn)態(tài)后的精度較差，較小的步長則正好相反。 b 步進式 局部線性分流 太陽電池分為 N 個分陣，其中第一個分陣稍大些，用于精調。 2)如果系統(tǒng)的靜差不能滿足設計要求，則須在比例調節(jié)的基礎上加入積分環(huán)節(jié)。 光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的數學模型 下面建立控制系統(tǒng)的數學模型。Q Q5 和 6 認輪流導通，負載兩端就得到交流電能。無變壓器非絕緣方式逆變器不能使輸入的太陽電池與輸出電網絕緣隔離，輸入的太陽電池矩陣正、負極都不能直接接地。 第二章 光伏發(fā)電系統(tǒng)的總體設計 11 電源變換器 常用的電源變換器有 DCDC 變換器和 DCAC 變換器兩種， DCDC 變換器有降壓型、升壓型、和降壓升壓型三種 [14]。當太陽電池組件沒有受到遮擋時旁路二極管處于反向偏置；如果有電池被遮擋或破裂，流過該電池所在并聯條的電流就要受到限制，并聯條自動變成反向偏壓而旁路二極管成正向偏置。單體太陽電池是組成太陽電池陣的基礎，正確合理選擇太陽電池對太陽電池陣的設計至關千重要。如果電路開路，此時的電壓為開路電壓 Uoc。 （ 6） 當 RS=RL=30Ω時， 輸出電壓 uo 的 失真度 THD≤ 5%。國外開發(fā)可調度性并網系統(tǒng)的目的是電網調峰，雖帶有蓄電池，但其容量只要求滿足每天 3 到 4 個小時調峰，不如 獨立光伏系統(tǒng)要求存儲量滿足 3 天 使用，因此造價比獨立光伏系統(tǒng)大大下降。 以前阻礙光伏推廣的最直接因素是政策和成本，但在氣候變化和能源短缺的背景下，太陽能發(fā)電越來越受到國家和投資者的重視。為了在成本上與燃燒媒、石油等化石燃料的發(fā)電方式相競爭，提高逆變器每一個百分點的效率都是非常重要的。在太陽能利用方面，由于技術日趨成熟，應用 規(guī)模越來越大，僅美國太陽能熱水器年銷售額就逾 10 億美元。從遠期看，光伏并網發(fā)電將以分散式電源進入電力市場，并部分取代常規(guī)能源 。分析表明 ，在目前光伏電站有效系統(tǒng)功率與輸電距離的比值小于 100 瓦 /公里時，建光伏電站較常規(guī)電網延伸供電經濟。在分析了不同控制策略的優(yōu)缺點的基礎上，采用電流跟蹤控制 和電網電壓前饋控制的策略，對控制系統(tǒng)進行了數學建模。設計并制作了基于光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的硬件電路，包括系統(tǒng)的主電路、信號的采樣與處理電路、 PWM 及 SPWM 信號的隔離與驅動電路以及電源電路。因此，陽光發(fā)電是解決我國邊遠地區(qū)和特殊領域供電的重要途徑。從近期看，光伏并網發(fā)電可以作為常規(guī)能源的補 充，解決特殊應用領域，如通信、信號電源，和邊遠無電地區(qū)民用生活用電需求，從環(huán)境保護及能源戰(zhàn)略上都具有重大的意義 國內外 光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的研究進展 國外 進展部分 在國外，近年來太陽能光伏電源己開始由補充能源向替代能源過渡，并從偏遠 無電地區(qū)中火功率的獨立發(fā)電系統(tǒng)向并網發(fā)電系統(tǒng)的方向發(fā)展。太陽能熱發(fā)電在技術上也有所突破，目前己有 20 余座大型太陽能熱發(fā)電站正在運行或建設。逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中主要組成部分之一， 80 年代末日本學者 .Nonaka 等率先研制成功一種電流源型光伏陣列并網逆變器。因而， 1995 年國家計委、科委和經貿委就制定了《新能源和可再生能源發(fā)展綱要》。由于上網時間可以控制，可調度式并網系統(tǒng)的調峰效果大大提高，深受電力部門的歡迎。 第二章 光伏發(fā)電系統(tǒng)的總體設計 7 第二章 光伏發(fā)電系統(tǒng)的總體設計 硅太陽電池的性能特點 太陽電池是一種對光有響應并能將光能轉換成電力的器件。太陽 能電池 (組件 )的輸出功率等于流經該電池的電流與電壓的乘積 [11]。選擇太陽電池基本原則是選擇性能優(yōu)良、技術成熟、能批量生 產的電池 。隔離二極管的作用是隔離太陽電池和母線的作用， 因為未受光照太陽電池組件相當于一串串聯在一起的二極管，它們以正向導通方式接到太陽電池陣的輸出母線上，如果接到母線上所有并聯太陽電池不接隔離二極管未受光照太陽電池組件成為一個負載，將增加電池陣的功率消耗。 降壓型 DCDC 變換器又稱串聯開關調節(jié)器，圖 2－ 3 是這種調節(jié)器的原理圖。太陽電池矩陣面積大，對地有很大的等效 電容存在，將在工作中產生等效電容充放電電流?？刂乒β使β试膶ㄅc截止的方法有方波調制和正弦波調制兩種方式，方波逆變器雖然結構簡單，但輸出的電能質量較差，諧波分量大。并網逆變器輸出電流 i，電網電壓 us，逆變器輸出電壓 UI，三者之間的相位關系，滿足矢量關系式 : RIILjUU IS ???? ??? ? (23) 只要滿足這種關系，輸出電流就要以實現電網電壓的同頻同相 對逆變器輸出端電路，以逆變器輸出電流為狀態(tài)變量，可以得到 IRtUtUdt tdIL SI ??? )()()( (24) 寫成復數域形式為 ))()()(())()((1)( 12112 sUsUsGsUsURLssI ????? (25) 逆變器可以等效為一個小慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數可以寫作 1*)(2 ?? sT KsG P p (26) 其中 Tp 為小時間常數， Kp 為逆變器增益，與 PI 調節(jié)器的最大限幅有關。 整定時首先置積分時間界為一較大值，并將經第一步整定得到的比例系數略微縮小 (如縮小為原值的 80%)，然后減小 積分時間，使在保持系統(tǒng)良好動態(tài)性能的情況下，靜差得到消除。第一級分流電路工作在局部線性分流狀態(tài)，當母線電壓升高，首先是第一級電路工作在局部線性分流狀態(tài)。較好的折衷方案是控制器能夠根據光伏陣列當前的工作點選擇合適的步長，例如，當己經跟蹤到最大功率點附近時采用小 步長。 DCAC變換電路采用全橋變換電路。 BOOST 變換器模塊 BOOST 變換器的別名又叫升壓變換器、并聯開關電路或開關型升壓穩(wěn)壓器。可以看到電感電流呈現周期性三角波形態(tài)，在其上升段對應電源對其注入電流的階段，而下降段則對應，其與電源串聯共同對電容充電的過程 。此外 , 為了實現對連續(xù)被控對象的控制 , 處理器內部計算結果的離散化。 掃描不同的電感的數值，其結果如圖 3－ 8所示，三條曲線對電感分別為 1uH,， 2uH。完成把電壓 Vs 升壓到 Vo的功能。 IGBT 過熱保護電路采用 89℃熱繼電器作為 IGBT 散熱器溫度檢測器件，其具有足夠的響應速度 ，能夠在 IGBT 管允許的過熱時間內將電源關斷。對傳感器精度要求不高。第二級到第 N 級是開關分流的，當第一級已經飽和，且母線電壓又超過一定數值時第二級分流調整管導通，同時第一級分流管退 回線性區(qū)。調節(jié)器的參數可以有各種不同的搭配，用不同的整定參數有可能得到同樣的控制效果，只要被控過程主要指標已達到設計要求即可 第二章 光伏發(fā)電系統(tǒng)的總體設計 17 最大功率點跟蹤算法 最大功率點跟蹤方法 峰值功率跟蹤方式是在太陽電池陣和負載間引入一個串聯開關調節(jié)器，它通過調節(jié)太陽電池陣的工作點來滿足負載的需要，并在負載需要情況下，自動跟蹤太陽電池陣的峰值功率點，以獲得最大的輸出功率，由于在太陽電池陣和負載之間多了 一個調節(jié)的環(huán)節(jié)，降低了功率傳輸效率，控制電較復雜，但功率調節(jié)方式是一個非耗散型電源系統(tǒng)，它嚴格按照負載的需求控制太陽電池陣的輸出功率，不產生過剩功率，采用峰值功率跟蹤器，可以最大程度利用太陽電池陣的輸出功率。 為積分時間。采用 SPWM 控制使脈沖序列的寬度隨正弦波幅值變化而變化，經過輸出端 LC 濾波器濾除高次諧波，得到正弦波交流電能 圖 2－ 5 單相全橋逆變器原理圖 系統(tǒng)的總體設計 光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的組成 光伏并網逆變器的控制目標是控制并網逆變器輸出為穩(wěn)定的高質量的正弦波電流，同時要求并網逆變器的輸出電流與電網電壓同頻同相，因此必須采用合適的控制策略以達到上述的控制目標。其中高頻部分，將通過配電線對其他用電設備造成電磁干擾，而影響其他用電設備工作。輸入電源通過電感 L 向負載供電，并同時向濾波電容 C 充電，此時電感 L 處于儲能狀態(tài)。太陽電池陣的電纜質量也很重要，它包括電纜引第二章 光伏發(fā)電系統(tǒng)的總體設計 10 線和接插件，使用銅導線 ，常用多股絞合線。按材料分主要有硅太陽電池和砷化鎵太陽電池兩種，硅太陽電池主要有常規(guī)硅太陽電池、淺結、密柵、背反射和背場背太陽電池。當電壓達到一定值時，功率可達到最大，這時當阻值繼續(xù)增加時，功率將躍過最大點，并逐漸減少至 0，即電壓達到開路電壓 Uoc。它們的發(fā)電原理基本相同，當光線照射太陽電池表面時，一部分光子被硅材料吸收 。目前關于可調度型并網逆變器的研制方案大多是用 80C96 16 位單片機配合 D/A 轉換和 MOSFET 功率模塊實現的。 1996 年 9 月，“世界太陽能 高峰會議”提出了在全球無電地區(qū)推行“光電工程”的倡議時，中國政府立即做出積極響應，制定并實施了“中國光明工程”的計劃。但由于采用了電流源逆變主電路，使主電路及控制復雜化，因而沒有得到很好的發(fā)展。其中比較突出的是美國， 1997 年提出的“百萬太陽能屋頂計劃”，按每戶 3kw 計算，計劃到 2021 年將在 100 萬個用戶屋頂上安裝共計 3000MW 的太陽能發(fā)電設備。但是，與世界先進國家相比仍有不少的差距。據統(tǒng)計，目前尚有約 900 萬戶、 2800 萬人口還沒有用上電， 60%的有電縣嚴重缺電。研究了最大功率點跟蹤控制 (MPPT)的原理和方法 ，并 采用電導增量法來實現光伏陣列的最大功率點跟蹤 關鍵詞： 太陽能 并網發(fā)電 PWM MPPT ABSTRACT GridConnected photovoltaic technology is a good way to make full use of solar energy,which is green and clear gridconnected photovoltaic system has been a hot on the introduce of the current condition of gridconnected photovoltaic system， the basic foundmental of GridConnected photovoltaic system is analyze different control strategy,current follow up amethod is used. Mathematic model is established. Furthermore,GridConnected photovoltaic circuit is designed, including maincircuit,signal sample and process circuit ,PWM and SPWM wave generation circuit and order driver and source circuit. These circuit operation foundamental is analyzed in manufaction and debug is power follow technique is stude