【正文】 在特大容量(100kVA以上)系統(tǒng)中，一般采用GTO作為功率開(kāi)關(guān)元件。隨著光伏并網(wǎng)并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，主電路開(kāi)關(guān)器件的選擇也需要具體考慮與研究。因此，針對(duì)本設(shè)計(jì)逆變系統(tǒng)的特點(diǎn)，選用IGBT作為開(kāi)關(guān)器件。它是復(fù)合型功率開(kāi)關(guān)器件，是GTR和MOSFET復(fù)合而成。它擁有單極性電壓驅(qū)動(dòng)MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，又結(jié)合了雙極型GTR耐壓高、大電流的優(yōu)點(diǎn)。在IGBT選擇中，需要注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：：在IGBT工作過(guò)程中，集電極峰值電流必須要處于IGBT開(kāi)關(guān)安全工作區(qū)以內(nèi)。，在IGBT開(kāi)關(guān)過(guò)程中，最大集射極電壓不能超過(guò)器件的最高耐壓值，否則器件將會(huì)被過(guò)壓擊穿而損壞。：在IGBT開(kāi)關(guān)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的開(kāi)關(guān)損耗而使器件發(fā)熱，因此，在選擇器件時(shí)必須綜合考慮系統(tǒng)的散熱條件——最大集電極功耗。分別從以上幾方面考慮，在本系統(tǒng)中，IGBT的最大集射極電壓為直流電壓400V左右，考慮到器件開(kāi)關(guān)過(guò)程中有電壓尖峰的影響，選取一定的電壓裕量（一般選為2～3倍）。在電流方面，為了保證系統(tǒng)的工作安全，對(duì)開(kāi)關(guān)管電流也要選取較大的裕量；逆變器的開(kāi)關(guān)頻率為10kHz，在散熱方面，為了保證開(kāi)關(guān)管的充分散熱，采用了將IGBT固定在散熱器上的措施。綜上所述，本設(shè)計(jì)最終采用了英飛凌公司的IKW25N120T2，其主要參數(shù)為：1200V/25A。二、交流測(cè)輸出濾波電感的設(shè)計(jì)在單相全橋逆變器中，逆變器輸出濾波電感的設(shè)計(jì)是一個(gè)關(guān)鍵的元器件，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)要求逆變器輸出側(cè)的波形為正弦波，輸出側(cè)要實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為1，就能夠?qū)崿F(xiàn)輸出電流與電網(wǎng)側(cè)電壓同頻同相。所以，電感值選取的是否合適直接影響電路的整體工作性能。我們可以從以下幾個(gè)方面來(lái)選取電感值：（1）電流的紋波系數(shù)并網(wǎng)逆變器輸出的濾波電感的值將直接影響輸出文波電流的大小，通過(guò)電感基本的伏安關(guān)系可得： （）其中為電感的電壓，當(dāng)輸出電壓在峰值附近即時(shí)，輸出電流的紋波系數(shù)最大，設(shè)此時(shí)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)周期為T(mén)s，占空比為，則有： （）另外根據(jù)電感的伏秒特性平衡原理，可得： （）于是可得占空比： （）有以上各式可得： （）進(jìn)一步化簡(jiǎn)可得： 即 （）在逆變系統(tǒng)中，所以開(kāi)關(guān)管的工作頻率為f=10kHz，T=100us，取電流的紋波系數(shù)為16%，則由式（）計(jì)算可得： （）因此，要保證實(shí)際的電流紋波，所以取電感取值范圍為[15][16]。（2）逆變器的矢量三角形關(guān)系從逆變器的矢量三角形關(guān)系可以得出： （）于是可得它們的基波幅值滿足下面公式： （）由SPWM正弦脈寬調(diào)制理論可以得到。其中，m為調(diào)制比，且，從而可得： （）進(jìn)一步對(duì)上式（）化簡(jiǎn)得： （）把數(shù)值代入式（）計(jì)算可得： （）綜合計(jì)算，濾波電感的取值范圍為。在實(shí)際電感設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于電感的成本、體積等因素的影響，一般只考慮取電感的下限值即可。以上計(jì)算建立在額定的輸出電壓基礎(chǔ)上，即UN=220V基礎(chǔ)上，考慮到實(shí)際情況下電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍，最終選取電感值[17] [18]。三、交流測(cè)輸出濾波電容的設(shè)計(jì)由于電感和電容一起構(gòu)成LC式的阻高頻通低頻的低通濾波器，有效的抑制了高次諧波，同時(shí)又要遠(yuǎn)大于基波的頻率，避免輸出電流發(fā)生畸變，一般取電流的基波頻率為10～20倍的基波頻率[19]，本文取13倍的基波頻率進(jìn)行分析。由得： （）其中基波頻率取為50Hz，把電感值帶入上式（）可以求出電容值為，最后選取電容值為。第四章 光伏并網(wǎng)逆變器仿真測(cè)試 Boost升壓電路仿真測(cè)試Boost升壓斬波電路是將光伏太陽(yáng)能電池陣列輸出的電壓進(jìn)行升壓變換，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率較高、控制也較為簡(jiǎn)單。由以上章節(jié)中對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行的設(shè)計(jì)，參數(shù)的計(jì)算，本設(shè)計(jì)用Mtalab的Simulink模塊[20]進(jìn)行仿真測(cè)試，通過(guò)波形分析所設(shè)計(jì)的參數(shù)是否達(dá)到了本文主要性能指標(biāo)的要求。 Matlab搭建電路圖根據(jù)第三章的理論分析和設(shè)計(jì)，在Matlab軟件中搭建了升壓斬波電路的模塊進(jìn)行仿真測(cè)試。將直流電源75V的電壓升高到400V，脈沖寬度為65%，電容C的值為4500uF，仿真時(shí)間為10ms，功率器件選擇為IGBT。 仿真波形和分析。 IGBT兩端的電壓波形 輸出端的電壓波形從Matlab的仿真波形圖可知，該Boost升壓斬波電路將光伏直流電源從75V升高到400V，脈動(dòng)在要求的范圍之內(nèi)，達(dá)到了要求的效果，證明了設(shè)計(jì)的可行性，可以進(jìn)行下一步的制作PCB板工作。 逆變器電路仿真測(cè)試光伏并網(wǎng)逆變器作為光伏發(fā)電的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其逆變效率的高低、工作性能的優(yōu)劣將對(duì)光伏發(fā)電并網(wǎng)產(chǎn)生重要的影響。所以光伏逆變器設(shè)計(jì)的好壞在一定的程度上會(huì)對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電產(chǎn)生決定的影響，所以必須對(duì)其參數(shù)進(jìn)行仿真測(cè)試，以驗(yàn)證參數(shù)和器件的選型是否存在問(wèn)題。 Matlab搭建電路圖運(yùn)用第三章所介紹的原理進(jìn)行參數(shù)的選型和設(shè)計(jì)。逆變單相橋電路采用PWM波的控制方式，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比來(lái)達(dá)到輸出波形的要求，后級(jí)采用LCL濾波電路，然后并入電網(wǎng)。 單相橋帶濾波的逆變電路 仿真波形和分析。 交流側(cè)的電壓波形從Matlab的仿真波形圖可知，該逆變器電路將升壓斬波電路的400V電壓逆變成交流并網(wǎng)側(cè)的電壓電流波形，脈動(dòng)在要求的范圍之內(nèi)，達(dá)到了預(yù)期的效果，證明了設(shè)計(jì)的可行性，可以進(jìn)行下一步的制作PCB板工作。第五章 總結(jié)和展望 工作總結(jié)本文所設(shè)計(jì)的單相光伏并網(wǎng)逆變器為兩級(jí)式光伏逆變器，其與單級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器相比，雖然增加了升壓部分，卻能夠省去光伏并網(wǎng)逆變時(shí)所需要的變壓器隔離部分，在效率和成本上都有極大的提高。其控制采用了數(shù)字信號(hào)處理器TMS320F2812芯片，利用了其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)轉(zhuǎn)速度的特性。本文預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)是利用Protel DXP軟件進(jìn)行光伏并網(wǎng)逆變器的主電路設(shè)計(jì)，DSP控制電路設(shè)計(jì)，然后仿真測(cè)試，滿足要求后制作PCB板，搭接好硬件電路后進(jìn)行調(diào)試。但由于后續(xù)工作時(shí)發(fā)現(xiàn)，任務(wù)量有些大和筆者的時(shí)間和能力有限，只完成了其中一部分的工作，深表慚愧。以下是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的成果總結(jié)，由于時(shí)間和知識(shí)水平的有限，設(shè)計(jì)中難免會(huì)存在一些紕漏和有待完善的地方，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。本文的主要研究成果總結(jié)如下：首先，介紹了人類所面臨的能源危機(jī)，以及光伏發(fā)電的巨大發(fā)展前景。然后介紹了光伏并網(wǎng)逆變器目前國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，引出了本設(shè)計(jì)的光伏并網(wǎng)逆變器的主要性能指標(biāo)。其次，就多種光伏并網(wǎng)逆變器的種類和拓?fù)漕愋偷膬?yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，然后設(shè)計(jì)出了本文所采用的單相雙級(jí)式無(wú)變壓器的光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)漕愋停⒔榻B了光伏并網(wǎng)逆變器的控制策略。并用Protel DXP軟件設(shè)計(jì)了光伏并網(wǎng)逆變器的升壓結(jié)構(gòu)、逆變結(jié)構(gòu)，以及DSP控制器的系統(tǒng)的原理圖和采樣電路設(shè)計(jì)。對(duì)主電路的參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的公式推導(dǎo)，對(duì)器件的選型進(jìn)行了詳細(xì)的論述。最后，就光伏并網(wǎng)逆變器的參數(shù)進(jìn)行了Matlab仿真測(cè)試。以利于檢驗(yàn)參數(shù)和電路的設(shè)計(jì)是否準(zhǔn)確，為下一步制作硬件電路板準(zhǔn)備了條件。 展望由于本人設(shè)計(jì)的時(shí)間與個(gè)人能力有限，對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器的研究還只是一個(gè)起點(diǎn)，以后還有很多的工作有待研究。（1）繼續(xù)對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器，光伏并網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。關(guān)注國(guó)內(nèi)外光伏逆變器的最新研究成果，多看一些文獻(xiàn)和參與設(shè)計(jì)一些實(shí)際的光伏逆變器的設(shè)計(jì)。（2）對(duì)如何能夠把Protel DXP從繪制原理圖到如何能夠制作PCB板，克服PCB板的布線困難。然后動(dòng)手制作電路板，進(jìn)行相關(guān)的調(diào)試工作。（3）孤島效應(yīng)的檢測(cè)和預(yù)防，需要在不同工作環(huán)境下的多次試驗(yàn)，尋找更為有效的檢測(cè)方法也是今后研究工作的重點(diǎn)；（4）對(duì)硬件掌握熟練以后，進(jìn)一步對(duì)軟件編程控制方面開(kāi)展學(xué)習(xí)和研究。參考文獻(xiàn)[1] [J]，新能源與新材料，2007，1：16.[2] 童中糧，張淑謙，[M]，北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008，59. 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