馬超--畢業(yè)設(shè)計論文(編輯修改稿)
2025-02-14 16:08 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 率；為填充因子，填充因子是最大功率矩形對矩形的比例，若要得到最大效率，不變時，要使式中分子最大。但是，對于實際光伏電池，有各種因素影響轉(zhuǎn)化效率。還對串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻對轉(zhuǎn)化效率的影響進(jìn)行了分析。圖27 不同串聯(lián)電阻下特性曲線 圖28 不同并聯(lián)電阻下特性曲線圖2圖29為不同串聯(lián)電阻下的特性曲線，曲線表明光伏模塊的等效串并聯(lián)電阻對輸出特性都有影響。但是，串聯(lián)電阻對輸出特性的影響較大，并聯(lián)電阻影響小。而且，隨著等效串聯(lián)電阻越大，并聯(lián)電阻越小，填充因子下降越快，進(jìn)而影響模塊轉(zhuǎn)換效率。３系統(tǒng)主電路的設(shè)計和控制方法光伏并網(wǎng)逆變器的具體電路拓?fù)浔姸?一般可按照有無變壓器分類,也可根據(jù)功率變換的級數(shù)來進(jìn)行分類。根據(jù)系統(tǒng)中有無變壓器,光伏并網(wǎng)逆變器可分為無變壓器型( Tr a n s f o r m e r l e s s )、工頻變壓器型 (LineFrequency Transformer, LFT)和高頻變壓器型(HighFrequency Transformer, HFT)三種. 圖31是 采用工頻變壓器型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),變壓器置于工頻電網(wǎng)側(cè),(a)是把高頻變壓器置于DCAC變換器內(nèi)。圖32(b)是把高頻變壓器置于DCDC變換器內(nèi),兩種方式均可實現(xiàn)隔離功能.圖31 工頻變壓器型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖（a）（b）圖32 高頻變壓器的兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖按照功率變換的級數(shù)分類,并網(wǎng)逆變器一般可分為單級式( S i n g l e S t a g e I n v e r t e r ) 和多級式(MultipleStage Inverter)兩種拓?fù)浞桨?如圖3所示。（a）（b）圖33按功率變化級數(shù)分類的逆變器拓?fù)浞桨笀D33(a)所示為單級式逆變器的結(jié)構(gòu)框圖,它僅用一級能量變換就可以完成電壓調(diào)整和并網(wǎng)逆變功能,具有電路簡單、元器件少、可靠性高和高效低功耗等諸多優(yōu)點,所以在滿足系統(tǒng)性能要求的前提下, 單級式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將會是首選。圖33(b)給出了三種多級式變流器(MultipleStage Inverter)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):DC DCAC、,其中前幾級中通常具備升降壓 或電氣隔離的功能,其前級為 D C D C 變換器,用于實現(xiàn)電壓調(diào)整和M P P T 功能。后級為D C A C 逆變器,用于實現(xiàn)輸出電流正弦化并 網(wǎng)、孤島效應(yīng)檢測和預(yù)防等功能。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡化了每一級的控制方法,使得每一級可以專注于各自控 制方法的質(zhì)量和效率。 DCACDCAC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)高升壓比的多級式逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常是由高頻DCACDC變流器和高頻(或工頻)逆變器兩大部分組成。高頻DCACDC變流器可將PV陣列輸出的直流電壓變換成可調(diào)的直流電壓；逆變器可將該直流電轉(zhuǎn)換成預(yù)期的交流電壓。圖34(a)為一種傳統(tǒng)的DC ACDCAC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),該拓?fù)渫ㄟ^前級逆變器、高頻升壓變壓器、整流器和直流濾波器,使其后級逆變器的輸入得到了一個可控的直流電壓。由于該拓?fù)淝昂蠹壍拈_關(guān)管工作頻率都很高,從而導(dǎo)致?lián)p耗較大、成本也很高。(a)電流源型Buck逆變器(b)電壓源型Boost逆變器(c)電流源型Boost逆變器圖34 DCACDCAC拓?fù)渥鍒D34(b)為一種電壓源型Boost逆變器,它的前級由PWM控制,在前級與后級之間得到一串被稱為偽直流環(huán)節(jié)的直流脈沖序列。根據(jù)沖量原理,這些直流脈沖序列所對應(yīng)的是正弦或者半正弦波形。與圖34(a)相比,圖34 ( b ) 省去了直流濾波電路,整流后直接通過后級逆變電路可得到高質(zhì)量的交流輸出,并且其逆變電路的功率器件工作在工頻,以提高交流輸出的波形質(zhì)量,但其體積有所增大。圖34 ( a )、( b ) 所示的兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的后級為電壓源 型逆變器,而圖34(c)的后級為一個電流源型逆變器,其前級開關(guān)管高頻斬波在電感上得到正半波,后級使用很低的開關(guān)頻率將電感電流調(diào)整為正弦輸出,輸出端省去了交流濾波器,中間省去了電解電容。該拓?fù)浔幻绹ㄓ秒姎夤驹?0 kW光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中商業(yè)化推廣。以上對多級式逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析結(jié)果表明,為了增強(qiáng)承受PV陣列輸出電壓波動的能力、擴(kuò)大容量,多級式逆變器一般包含兩級或者更多級,通常需要在前級裝設(shè)一個高頻變壓器,提高升壓的比例, 實現(xiàn)必要的隔離。后級是一個低開關(guān)頻率的逆變器,它使用的開關(guān)器件數(shù)增多,從而導(dǎo)致其開關(guān)損耗也略有加大。圖35光伏發(fā)電并網(wǎng)運行電路原理圖光伏發(fā)電并網(wǎng)運行時的電路原理如圖35所示，電網(wǎng)認(rèn)為是容量無窮大的電壓源，、分別是電網(wǎng)電壓、電網(wǎng)線路阻抗、電網(wǎng)電流；控制輸出電流的并網(wǎng)逆變器看作是電流源，其輸出電流是，同時此電流也是逆變器輸出電流。負(fù)載上的電流、電壓以及阻抗分別是、。當(dāng)逆變器獨立運行時，負(fù)載作為本地負(fù)載，它的能量由逆變器單獨提供。當(dāng)逆變器并網(wǎng)運行時，負(fù)載被認(rèn)為是電網(wǎng)上的一個負(fù)載，與電網(wǎng)上其它負(fù)載一樣，只不過它的能量由電網(wǎng)和逆變器共同提供，此時逆變器的輸出電流被認(rèn)為是并網(wǎng)電流。為了能夠持續(xù)不斷地向電網(wǎng)提供電能，輸出電流必須與電網(wǎng)電壓同頻率，否則由于頻率導(dǎo)致的相位不斷變換使逆變器不能向電網(wǎng)提供一個穩(wěn)定的功率。在電網(wǎng)電壓頻率與輸出電流頻率同頻率的情況下，有: （31）因為電網(wǎng)線路阻抗非常的小，可以忽略不計，即 （32）代入式（31）得 （33）可以看出逆變器并網(wǎng)時，其輸出電壓由電網(wǎng)電壓決定。逆變器輸出的視在功率為： （34）那么逆變器輸出的有功功率和無功功率為： （35） （36）為了能達(dá)到高效功率輸入輸出的目的就要考慮功率因數(shù)，如果功率因數(shù)太低，會向電網(wǎng)中注入諧波和無功分量。為了向電網(wǎng)輸入高質(zhì)量的電能，逆變器輸出的功率中盡量增加有功功率使輸出功率因數(shù)接近1，即要求，則 （37）當(dāng)逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓相位差為0，并且假設(shè)輸出電流無畸變，逆變器對外輸出功率且功率因數(shù)為1。當(dāng)逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓反相時輸出功率因數(shù)為一1，逆變器變?yōu)槲展β?。本文要求逆變器并網(wǎng)運行，逆變器向電網(wǎng)輸送功率，所以要求逆變器輸出電流與電網(wǎng)電壓的頻率與相位一致。整個系統(tǒng)分為兩個部分，由高頻DCACDC變流器和高頻逆變器組成。兩部分的控制目標(biāo)不同，互相獨立。DC/DC部分控制目的是保持一定的直流電壓輸出，DC/AC部分控制目的是控制逆變其輸出電流并與電網(wǎng)電壓同頻、同相。 DCDC變換器光伏并網(wǎng)逆變器中的DCDC變換器完成提高光伏電壓的功能。DCDC變換器如圖36，變換器由輸入電容、四個帶續(xù)流二極管的MOSFET管、變比為1:N的高頻變壓器、全波整流器中的四個二極管V1V 直流端電感L和電容C1組成。圖36 DCDC變換器整流器中的二極管必須能承受光伏側(cè)通過變壓器施加的反向電壓，既為變壓器變比乘以光伏陣列模塊最大工作電壓15x48V=720V，因此要求采用1 OOOV的二極管。MOSFET管必須能承受光伏陣列模塊的開路電壓48V，因此選擇擊穿電壓為60V的MOSFET管。輸入電容的作用是去除光伏陣列模塊上由DCDC變換器產(chǎn)生的高頻電流紋波。通過分析計算得到輸入電容的大
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