【正文】 由衷 的感謝我的父母和其他親朋好友對我的支持、理解和關(guān)心，他們永遠是我最強的后盾。衷心感謝 學(xué)校對 我 的培養(yǎng)。本文分析并設(shè)計了太陽能逆變電源，電路主要采用了單相全橋逆變 電路，不對其電路進行了理論分析。另一方面，當(dāng)逆變電源起動或停止時，對應(yīng)于調(diào)節(jié)器輸入信號出現(xiàn)很大偏差，如不加 R0， PI調(diào)節(jié)器會因偏差過大而積分飽和，從而使系統(tǒng)振蕩，引入 R0后，剛開始瞬間，電容 C上的電荷不能突變， C相當(dāng)于短路，反饋回路可看成僅由 R0組成的負反饋，此時系統(tǒng)的放大倍數(shù)降低很多，因此系統(tǒng)的動態(tài)品質(zhì)得以改善，當(dāng)偏差減小 后，反饋減弱，放大倍數(shù)回升，又保證了靜態(tài)時的精度。為改善控制的效果，也可以將電流環(huán)調(diào)節(jié)器部分換成比例．積分控制器 PI，通過增加一個積分環(huán)節(jié)來增加輸出波形的控制精度。 由系統(tǒng)的幅相頻特性曲線可知，系統(tǒng)的開環(huán)增益很小，輸出的穩(wěn)態(tài)誤差很大，因此應(yīng)增加適當(dāng)?shù)难a償環(huán)節(jié)。電流內(nèi)環(huán)結(jié)構(gòu)如圖 ： 圖 電流環(huán)框圖 由系統(tǒng)的開環(huán)幅相頻特性曲線，可以看出，校正前開環(huán)系統(tǒng)的相頻特性小于900，所以它恒有大于 900的相位寬度，此時系統(tǒng)對于任何開環(huán)增益都是 穩(wěn)定的 因此，為了使電流閉環(huán)以后的系統(tǒng)不增加階次，不增加相角滯后，通常電流環(huán)的補償器設(shè)計比電壓外環(huán)簡單，只需要取一個簡單的比例調(diào)節(jié)器硒。但前向通道的增益不能取的過大，否則系統(tǒng)容易不穩(wěn)定；而前向通道的增益如果取得過小又導(dǎo)致系統(tǒng)的帶寬很窄，對系統(tǒng)的快速性產(chǎn)生影響。 一般來說這段時間的大小必須配合開關(guān)的切換速度，我們只需調(diào)整 IXDPP630的外部 RC值，就能調(diào)整這段時間的大小 。V0=0 由于輸出電壓在 0及 + Vd或 O及一 Vd間切換，因此我們稱這種控制方式為單極性 PWM控制方式。 根據(jù)以上控制原理可得到： 蓄電池＋－負載波形產(chǎn)生電路驅(qū)動電路2 2 0V5 0 HZT1T2B1T3T4大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 38頁 圖 單極性 PWM控制方式 A臂 ： Vtrol Vtri ： TA+處于 ON狀態(tài)，并且 VAN=Vd Vtrol Vtri ： TA處于 ON狀態(tài)，并且 VAN=0 B臂： Vtrol Vtri ： TB+處于 ON狀態(tài)，并且 VBN=Vd Vtrol Vtri ： TB處于 ON狀態(tài)，并且 VBN=0 根據(jù)四個開關(guān)管的 ON及 OFF 狀態(tài)，有四種輸出電壓的組合： 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 39頁 1. TA+,TB處于 ON狀態(tài)： VAN=Vd,VNB=0。 (缺少 Q14)輸出二進制分大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 36頁 頻信號；另一部分是振蕩器，由內(nèi)含兩個串接的反相器和外接電阻電容構(gòu)成，因此該集成電路可以直接實現(xiàn)振蕩和分頻的功能。 圖 由此電路產(chǎn)生的三角波形如圖 ： 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 35頁 圖 標(biāo)準(zhǔn)正弦波產(chǎn)生電路 本文利用晶振產(chǎn)生的 3． 2768MHz 脈沖信號經(jīng)過分頻器 CD4060 進行 14 分頻后得到 200Hz的脈沖信號，然后再經(jīng)過兩個 D觸發(fā)器 CD4013進行分頻后得到 50Hz的方波信號，此信號經(jīng)過推挽結(jié)構(gòu)后得到標(biāo)準(zhǔn) 50Hz 方波，此方波在送到正弦波發(fā)生電路即可得到基準(zhǔn) 50Hz 的正弦波。 本文所設(shè)計逆變電源采用分立元件構(gòu)成。 圖 前饋調(diào)節(jié)原理圖 根據(jù)此原理本文設(shè)計了系統(tǒng)原理圖如圖 ，其中與傳統(tǒng)分立元件逆變器不同的是三角波的產(chǎn)生原理。因此在 DC/AC逆變電路中，輸入輸出值有如下的數(shù)量關(guān)系：輸出電壓的基波有效值 Uo正比于調(diào)度值 a及輸入電壓 U1，即 U。采用調(diào)制法控制時三角載波的頻率是遠大于正弦調(diào)制波的頻率，所以在三角波的一個開關(guān)周期中可以近似的認為正弦波電壓值 Vc為常量如圖 ，因此在一個三角波開關(guān)周期中占空比 D=T1/T=Vc/Vr 形，其中 Tc為正弦波電壓值， Vr 為三角波峰值。而且當(dāng)直流供電電源電壓大范圍波動時，輸出電壓幅值波動大，諧波分量大，動態(tài)響應(yīng)慢等缺點。 三角形波產(chǎn)生電路 傳統(tǒng)的電壓單環(huán)控制 DC/AC 逆變電路中，輸出電壓與輸入電壓存在一定的線形關(guān)系。 狀態(tài) 1： TA+、 TB導(dǎo)通 圖 狀態(tài) 1等效電路圖 狀態(tài) 2： TA+、 TB+或者 TA、 TB導(dǎo)通 圖 狀態(tài) 2等效圖 Vd和 d分別表示逆交器的輸入電壓和開關(guān)切換的工作周期。 (2)忽略開關(guān)空白時間。 =+Vd)，負載電流方向是由電流流經(jīng) TA+、 TB來決定，同理當(dāng) TA、 TB同時導(dǎo)通時 (V。綜合考慮，本文所設(shè)計的太陽能逆變電源采用全橋 結(jié)構(gòu)。 圖 自然法生成 SPWM 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 29頁 規(guī)則采樣法 生成 SPWM 波 規(guī)則采樣法是從自然采樣法演變而來的，它由經(jīng)過采樣的正弦波 (實際上是階梯波 )與三角波相交，由交點得出脈沖寬度。三角波載波在半個周期內(nèi)的方向只在一個方向變化，所得到的 PWM 波形也只在一個方向變化的控制方式稱為單極性 PWM 控制方式，如果三角波載波在半個周期內(nèi)的方向是在正負兩個方向 變化的，所得到的 PWM 波形也是在兩個方向變化的，這時稱為雙極性 PWM 控制方式。較為實用的方法是采用調(diào)制的方法，即把所希望的波形作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載波，通過對載波的調(diào)制得到所期望的 PWM 波形。像這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM 波形，也稱為SPWM(Sinusoidal PWM)波形。這就是‘ PWM 波形。 圖 5． 1 沖量相同的脈沖 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 26頁 上述結(jié)論是 PWM 控制的重要理論基礎(chǔ)。如把各輸出波形用傅式變換分析，則其低頻段特性非常接近，僅在高頻段略有差異。缺點是：線路相對復(fù)雜，對維修技術(shù)要求高，價格較貴 。綜上所述，逆變器已成為光伏發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的重要配套設(shè)備。例如，日光燈、電視機、電冰箱、電風(fēng)扇等均不能直接用直流電源供電，絕大多數(shù)動力機械也是如此。 眾所周知，整流器的功能是將 50HZ 的交流電整流成為直流電。 通過比較和改進確定控制器選取改進型擾動觀測法。 電導(dǎo)增量法 控制精確，響應(yīng)速度快，穩(wěn)態(tài)震蕩小，能適應(yīng)快速變化的環(huán)境。 太陽能 最大功率點跟蹤 為了提高系統(tǒng)的整體效率，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)一般 都要求太陽電池能夠始終工作在當(dāng)前環(huán)境下的最大功率點處，但是由于其最大功率點隨著電池表面溫度和日照強度的變化而不斷改變，因此必須對太陽電池進行最大功率點跟(MaximumPower Point Tracking， MPPT)。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 21頁 第三章 最大功率點跟蹤原理和方法 目前，在太陽能發(fā)電應(yīng)用中存在 兩大要解決的問題：太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率低和系統(tǒng)的造價過高。 充電方法的選擇 本章分析、總結(jié)了太陽能電池的輸出特性和蓄電池的充電方法。 ②變電壓間歇充電法： 在每個恒 壓 間歇 充電階段，由于是恒壓充電，充電電流自然按照指數(shù)規(guī)律下降，符合電池電流 的 可接受率隨著充電進行逐漸下降的特點 ，可提高充電效率。在浮充時，蓄電池 的 充電電壓比恒壓階段的充電電壓 要 低， 這種方法可以將出氣量減到最少， 提高 蓄電池的電性能及 延長 使用壽命。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 19頁 三階段充電法在充電開始和結(jié)束時采用恒 流充電，中間 階段 用恒 壓充電。 二階段 充電 法 是 采用 恒 流充電法 和恒 壓 充電法 相結(jié)合的快速充電方法 。這種充電方法在小型的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中經(jīng)常用到，因為這種系統(tǒng)中來自太陽能電池陣列的電流不會太大，而且這種系 統(tǒng)中鉛酸蓄電池組串聯(lián)不多 。在充電末期只有很小的電流通過。 這種充電方式的不足之處在于 ： 鉛酸蓄電池開始充電電流偏小，在充電后期充電電流又偏大，充電電壓偏高，整個充電過程時間長。目前對蓄電池充電的方法很多 [1315]，選擇科學(xué)合理的充電方法將會大大提高蓄電池的 供電能力和 維護效果。在 太陽能獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中， 鉛酸蓄電池投人使用后， 必然會進行充電和 放電過程 。 在設(shè)計選擇光伏系統(tǒng)蓄電池時需要考慮的指標(biāo)因素很多，如容量、電壓、放電深度、循環(huán)壽命、充放電性能、自放電率、運行溫度及維護要求等等。在光伏系統(tǒng)的常年運行，季節(jié)、天氣狀況以及每天時間的變化都會對光伏電池的輸出功率產(chǎn)生很大影響，在夏季或晴天發(fā)電量充裕，而在冬季或陰雨天發(fā)電量不足。 由以上可知：在溫度和 光照 強度 確定的條件 下，太陽能電池 的輸出 具有唯一的最大功率點，當(dāng)其工作在該點時，能輸出當(dāng)前溫度和 光照強度 下的最大功率。 0 5 10 15 20 25 30020406080U ( V )P(W)50 ℃0 ℃25 ℃大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 16頁 圖 相同溫度 (25℃ )不同光照強度下的 IV和 PV特性曲線 圖 太陽能電池 在 相同溫度不同光照 強度下的 IV、 PV特性曲線，從曲線中可以看出 ， 當(dāng)溫度一定時 隨光照強度的增加， 太陽能電池短路電流ISC和開 路電壓 VOC都增加了。 0 5 10 15 20 25 30012345U ( V )I(A) 0 ℃25 ℃ 50 ℃ 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 15頁 圖 相同光照強度 (1000W/m2)不同溫度下的 IV和 PV特性曲線 圖 太陽能電池 在相同光照強度不同溫度下的 IV、 PV特性曲線 。 最大功率點電流 Im：在給定的溫度和日照強度下相應(yīng)于最大功率點的電流。 圖中的 VOC、 ISC、 Vm、 Im分別是太陽能電池的開路電壓 、短路電流、最大功率點電流和最大功率點電壓。 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 13頁 光伏電池的輸出特性 目前市面上用得最多的是硅太陽能電池，所以本文主要分析硅太陽能電池的輸出特性，及光照、溫度對輸出特性的影響。 （ 3） 薄膜電池：利用薄膜技術(shù)將很薄的半導(dǎo)體材料鋪在非半導(dǎo)體襯底上構(gòu)成。如果將此 PN結(jié)兩端與外部負載相連構(gòu)成回路，就會形成電流并產(chǎn)生一定的輸出功率。 光伏電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體 PN結(jié)的光電效應(yīng)。由于本文主要研究的是小型太陽能發(fā)電系統(tǒng)蓄電池的充電方法，所以該系統(tǒng)主要考慮三個部分：太陽能電池，蓄電池和控制器。并網(wǎng)發(fā)電將太陽能電池陣列輸出的直流電轉(zhuǎn)化為與公共電網(wǎng)電壓同幅、同頻、同相的交流電，并實現(xiàn)與電網(wǎng)連接，向電網(wǎng)提供電能。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 。 離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) 離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)又稱獨立發(fā)電系統(tǒng)，是指能夠把太陽能電池產(chǎn)生的電能直接提供給負載或儲能裝置的系統(tǒng)。 通過 電壓 /電流的雙環(huán)控制策略 對逆變電路進行閉環(huán)控制，包括閉環(huán)控制電路的硬件電路設(shè)計。 智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展 ， 將有效地促進分布式可再生能源發(fā)電的發(fā)展 ， 為太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)帶來美好前景 。 沙漠所處的地理位置恰好是太陽能資源豐富區(qū) ， 盡管不同的地區(qū)均可獲取太陽能 ， 但在沙漠地區(qū)建設(shè)太陽能電站 ， 不僅具備較好的太陽能光照資源 ， 而且不占用寶貴的耕地 。 在我國發(fā)展大型光伏并網(wǎng)發(fā)電 ， 是改變和優(yōu)化電力結(jié)構(gòu)的理想選擇 ， 也是可持續(xù)電力供應(yīng)的理想模式 。 （ 2） 太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)造價依舊較高 ， 從而導(dǎo)致市場規(guī)模相對較小 ， 達不到理想