【正文】 由以上章節(jié)中對光伏并網(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)行仿真測試，通過波形分析所設(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。電壓與電流信號經(jīng)過光耦隔離后，經(jīng)過去藕電容 C105 后 送給 DSP2812 的 相應(yīng) 端口進(jìn)行 采樣 。 對 Yn 取整，從 n=1 到 n=NX，得到 NX 個正弦采樣值的表格，設(shè)置通用定時器的計(jì)數(shù)方式為連續(xù)增減計(jì)數(shù)方式，在中斷程序中調(diào)用表中的值即可產(chǎn)生相應(yīng)的按正弦規(guī)律變化的方波信號。而正弦調(diào)制波則是通過將參考正弦波制成表格，查表獲得代表正弦波的數(shù)字量得到。其程序框圖如圖 ： 采 樣 完 成 ？采 樣 輸 出 電 壓 反饋 值計(jì) 算 P I 增 量計(jì) 算 P I 輸 出 值采 樣 輸 出 電 流 反饋 值采 樣 完 成 ？與 電 壓 P I 輸 出 值比 較 計(jì) 算 偏 差與 基 準(zhǔn) 值 比 較計(jì) 算 偏 差計(jì) 算 P I 增 量計(jì) 算 輸 出 值計(jì) 算 占 空 比 D與 三 角 波 幅 值 進(jìn)行 比 較送 入 D P S 比 較 寄存 器返 回定 時 器 T 3中 斷NYNY 圖 PI雙閉環(huán)控制的程序框圖 SPWM 波的生成 產(chǎn)生 SPWM 波的原理是：用一組等腰三角波與一個正弦波進(jìn)行比較，其相交的時刻 (即交點(diǎn) )作為開關(guān)管“開”或“關(guān)”的時刻，這組等腰三角形波稱為載波，而正弦波稱為調(diào)制波，如圖 所示。和電壓單閉環(huán)相比，增加了電感電流內(nèi)環(huán)控制，使得系統(tǒng)的帶寬增大，反應(yīng)速度加快，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好，調(diào)節(jié)時間短，諧波含量小，同時能有效地限制負(fù)載電流，起保護(hù)作用，更具優(yōu)越性。 通過 AD口采集輸出負(fù)載端的電壓和電感上的電流，在 DSP 內(nèi)部通過 PI 雙環(huán)控制，產(chǎn)生 SPWM 信號波。開關(guān)管一共有 4種開關(guān)模式，分別是： S1， S4開； S2， S3 開； S1， S2。 S1～ S4 開關(guān)管的 SPWM控制信號來自控制電路。 5 系統(tǒng)的軟件構(gòu)架 系統(tǒng)的控制方式 由于課題主要是針對逆變部分的設(shè)計(jì)，這里主要是對逆變器部分的一個控制方法的闡述。在實(shí)際電感設(shè)計(jì)過程中，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。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。 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 cesU 為直流電壓 300V 左右，考慮到器件開關(guān)過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）。它擁有單極性電壓驅(qū)動 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)。 在高壓大容量系統(tǒng)中一般常使用 IGBT 模塊，由于 MOSFET 隨著電壓的升高其通態(tài)電阻也隨之增大，而 IGBT 在中容量系統(tǒng)中占有較大的優(yōu)勢，而在特大容量(100kVA 以上 )系統(tǒng)中，一般采用 GTO 作為功率開關(guān)元件。 DCAC（逆變）部分的電路拓?fù)? 主要介紹的電路拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)為單相全橋逆變電路。當(dāng)器件兩端電壓高于電源電壓時，線路雜散電感中的能量通過二極管D2轉(zhuǎn)儲到吸收電容 C2 上，此時器件兩端的電壓被箝位在電容電壓，利用電容兩端電壓的不突變性就可以有效地抑制器件上的尖峰電壓；同時電容 C2 通過 Rl向電源放電，于是轉(zhuǎn)移到電容上的能量部分回送到電源，另一部分消耗在電阻Rl 上。二極管承受的最大電壓是 300V，所以選用的二極管主要參數(shù)為 900V。 三、開關(guān)管的參數(shù)選擇 IGBT 結(jié)合了 GTR 和 MOSFET 的優(yōu)點(diǎn)，所以 Boost 升壓斬波電路中選用 IGBT作為開關(guān)管。本系統(tǒng)選用開關(guān)管的頻率為 100f KHz? ， 當(dāng) ?? 時，有 ： ? ? 2 251 0 .7 6 0 .7 6 3 0 0 1 0 1 5 7 .5 9 3 62 5 % 1 0 0LH ??? ? ? ???? （ ） 所以選取 200LH?? 。電流紋波系數(shù)的選取 ? ，需要考慮電感的飽和問題、減少 IGBT 中的峰值電流及電壓損耗問題，這里取電流紋波系數(shù) 25%?? 。即如式 所示： ? ? ? ?10P V S P V d c SU T U U T??? ? ? ? ? ? （ ） 其中： PVU 是太陽能電池陣列的輸出電壓， dcU 是直流母線 DClink 的電壓，也即 Boost 電路的輸出電壓， ST 是開關(guān)管的開關(guān)周期， ? 是 Boost 電路開關(guān)管的占空比， ST? 是開關(guān)管的導(dǎo)通時間 onT ， ? ?1 ST?? 是開關(guān)管的截止時間。為了輸出電壓的穩(wěn)定，控制電路盡量增大占空比，使電壓增益變大以便于維持輸出電壓的恒定。 該電路前級由 Q1 、 LC、 Dl等器件組成的 BOOST電路對光伏輸出電壓進(jìn)行升壓斬波后并對蓄電池進(jìn)行充電；后級為單相全橋逆變電路，作用是將前級的產(chǎn)生直流電壓逆變并經(jīng) L C5 濾波后得到工頻正弦交流電。 圖 五、片外擴(kuò)展 RAM 由于本設(shè)計(jì)中的 DSP 采集的數(shù)據(jù)較多，對處理存儲容量有一定的要求，所以需要外接一塊 RAM 來擴(kuò)展容量。例如 ， 當(dāng) 的 數(shù)字電路 與 工作 在 的模擬 電路 進(jìn)行 通信 時 ， 需要首先解決兩種 電平 的轉(zhuǎn)換問題 ，這時就需要電平轉(zhuǎn)換器。 圖 2路串行通信 SCI接口 A/D轉(zhuǎn)換調(diào)理電路是用來把采集到的信號轉(zhuǎn)換成 TMS320F2812芯片所能識別的工作數(shù) 字信號。為了減少串口通信時 CPU 的開銷， TMS320F2812 的串口支持 16級接受和發(fā)送 FIFO。外部接口引腳仍然采用 電壓，便于直接與外部低壓器件接口。 EMUO和 EMUI要上拉到 DSP的電源，其連接如圖 。 圖 二、 JTAG 接口電路和輔助電源 JTAG 是 JOINT TEST ACTION GROUP 的簡稱，是一種國際標(biāo)準(zhǔn)測試協(xié)議。當(dāng)按鈕 S10 按下時，將電容 C26 上的電荷通過按鈕串接的電阻釋放掉，使電容 C26 上的電壓降為 0。無源晶振需要借助 于時鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號相對于晶振而言其缺陷是信號質(zhì)量較差，通常需要精確匹配外圍電路，更換不同頻率的晶體時周邊配置電路需要相應(yīng)的調(diào)整。 DSP 外設(shè)部分的連接如圖 。 56 個可配置通用目的 I/O 引腳，先進(jìn)的仿真調(diào)試功能，低功耗模式和省點(diǎn)模式。三個外部中斷，外設(shè)中斷擴(kuò)展模塊（ PIE）支持 45 個外設(shè)中斷、三個 32 位CPU 定時器、 128位保護(hù)密碼。 32位 CPU，哈佛結(jié)構(gòu)、快速中斷響應(yīng)和處理能力、統(tǒng)一尋址模式、高效的代碼轉(zhuǎn)換功能。這種芯片集成了 128KB 的 Flash 儲存器， 4KB 的引導(dǎo) ROM，數(shù)學(xué)運(yùn)算表以及 2KB 的 OTPROM，因此能夠大大改善其應(yīng)用的靈活性。其一是 Cooley和 Tuckey對離散傅立葉變換的有效算法的解密，另一個就是可編程數(shù)字信號處理器在 20世紀(jì) 60年代的引入。與模擬信號處理系統(tǒng)相比，數(shù)字信號處理技術(shù)及設(shè)備具有靈活、精確、快速、坑干擾能力強(qiáng)、設(shè)備尺寸小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，所以目前大多設(shè)備采用數(shù)字技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。即采用同質(zhì)結(jié)形式也可以采用異質(zhì)結(jié)形式，既可采用單晶切片結(jié)構(gòu)也可采用薄膜結(jié)構(gòu) 以制成光伏電池。 （ 2）非硅半導(dǎo)體光伏電池。用它們制造的光伏電池又分為薄膜和片狀兩種。多晶硅材料晶體方向無規(guī)律性。指在兩側(cè)涂有光活性半導(dǎo)體膜的導(dǎo)電玻璃中間加入電解液而構(gòu)成的光伏電池。 （ 5）疊層光伏電池。 （ 4）薄膜光伏電池。 （ 3）肖特基光伏電池。像硫化亞銅光伏電池、硫化鎘光伏電池都為異質(zhì)結(jié)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。光伏電池單體實(shí)際上是一個 PN 結(jié)， PN 結(jié)處于平衡狀態(tài)時，中間處有一個耗散層存在著勢壘電場，形成了方向由 N 指向 P 區(qū)的電場。 光 伏 陣 列 D C / D C 變 換 器風(fēng) 力 發(fā) 電 A C / D C 變 換 器蓄 電 池逆 變 器直 流 負(fù) 載交 流 負(fù) 載 圖 23 混合型光伏發(fā)電系統(tǒng) 在通常情形下，白天日照強(qiáng)，夜間風(fēng)多；夏季日照強(qiáng)、風(fēng)??；冬春季日照強(qiáng)度小而且風(fēng)大。 圖 22所示是典型的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，主要包括光伏電池陣列、DC/AC 逆變器、 DC/DC 變換器、控制器和電網(wǎng)五個組成部分。 光伏電池組件控制器D C / A C 變換 器D C / D C 變換 器直 流 負(fù) 載交 流 負(fù) 載蓄 電 池 圖 21 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng) 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)。 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)是不與公共電網(wǎng)相連接的，主要在一些離公共電網(wǎng)太遠(yuǎn)的五點(diǎn)地區(qū)和一些特殊場合所使用，如一些偏僻農(nóng)村、牧場和偏遠(yuǎn)的島嶼，即公共電網(wǎng)難以覆蓋到的地區(qū)，為其提供照明、廣播電視等基本生活用電。 （ 4）儲能部分： 光伏發(fā)電系統(tǒng)只有在白天有陽光時才能發(fā)電，而人們的一般用時間會在晚上，所以蓄電池可以在白天將太陽能儲存起來以供人們夜間使用，同時也可作為交流電網(wǎng)斷電時的不間斷電源為本地重要交流負(fù)載供電。 （ 3） 逆變部分（ DCAC） : 光伏電池發(fā)出的只能是直流電 ，而包括電網(wǎng)在內(nèi)的許多用電場合需要交流電，所以 (DCAC)逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 （ 2）直流變換部分（ DCDC)： 直流變換部分作用主要是把光伏陣列輸出電壓變 換成能夠滿足儲能系統(tǒng)和逆變器要求的電壓等級。主要是由光伏電池陣列、變換部分、逆變器及儲能部分組成。 (2) 闡述光伏發(fā)電的原理。 本課題的內(nèi)容和設(shè)計(jì)要求 本課題主要研究的是獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中的離網(wǎng)型光伏逆變器，設(shè)計(jì)一個小型光伏離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的逆變電路。它是利用 半導(dǎo)體 界面的光生伏特效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。 20xx 年還專門安排 30 億日元的補(bǔ)助金，專項(xiàng)鼓勵太陽能蓄電池的技術(shù)開發(fā)。 20xx年，在太陽能光電產(chǎn)業(yè)鏈 中有大量的投資集中到新產(chǎn)能的提升上。 從中可以看到近五年光伏產(chǎn)品需求的強(qiáng)勁上升勢頭，年平均增長率超過50％。 1998 年進(jìn)一步提出 10 萬套屋頂計(jì)劃。當(dāng) 20xx年歐洲風(fēng)力發(fā)電達(dá)到約 40 GW、光伏發(fā)電 3GW 和太陽能集熱器 100 Mm 時，總計(jì)可提供 154～ 167萬個就業(yè)機(jī)會。太陽能光伏發(fā)電在國民經(jīng)濟(jì)中的作用和影響已越來越大，光伏發(fā)電市場發(fā)展前景相當(dāng)廣闊，已經(jīng)引起了世界發(fā)達(dá)國家的高度重視。按上海地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)日照時間1100~1300 小時／年計(jì)算。由上海交通大學(xué)太陽能研究所承擔(dān)的太陽能應(yīng)用項(xiàng)目課題，總投資近百億元。按平均每天 5 小時光照時間計(jì)算?？梢跃偷匕惭b、維護(hù)費(fèi)用低。北京奧運(yùn)會鳥巢體育場太陽能光伏系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。是目前中國乃至亞洲最大的太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電能力約為 100 萬千瓦。我國 “十二五”規(guī)劃綱要提出，要大力發(fā)展節(jié)能環(huán)保、新能源 等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，新能源產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展太陽能熱利用和光伏光熱發(fā)電、生物質(zhì)能等，解決 600萬人 (即無電人口的 10%)的用電問題等目標(biāo) !這給光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)提供了前所未有的市場和發(fā)展機(jī)會 [2]。近年來，隨著環(huán)境問題日益突出，綠色發(fā)展理念逐漸深入人心，全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方向和導(dǎo)航標(biāo)已然轉(zhuǎn)向低碳經(jīng)濟(jì)，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)受到世界各 國的重視。國家和地方政府 開始制訂光伏計(jì)劃。 光伏發(fā)電應(yīng)用現(xiàn)狀和意義 國內(nèi)光伏發(fā)電應(yīng)用現(xiàn)狀 中國的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了非常奇怪的“兩頭在外”現(xiàn)象，即 90%的原材料依賴進(jìn)口，而 90%的光伏產(chǎn)品卻進(jìn)入了國際市場。通過上述分析，在能源需求急劇增加而其他能源日益緊張的背景下，太陽能作為一種取之不盡的、無污染的可再生能源已經(jīng)成為當(dāng)今最熱門的能源開發(fā)應(yīng)用的課程之一，它必將是21世紀(jì)最重要的能源之一。 光伏發(fā)電，是一種取之不盡的無限量的能源，可以直接將太陽光轉(zhuǎn)化為電能。 太陽能光伏發(fā)電的概述 ................................................ 8 本課題的內(nèi)容和設(shè)