【正文】 是滿功率輸出額定電流的 20％，即： （74）m1020%????兩橋臂中點(diǎn)間的電壓是單極性 SPWM 脈沖，其脈沖寬度 d 是輸出電壓瞬時值 v0 和輸入直。 可得： （73）?????? 把上述數(shù)據(jù)代入式 72 中，則可得儲能電感的值： 4 () mH???? 逆變器輸出濾波電路設(shè)計(jì)：在輸入電壓和輸出電壓確定的情況下，輸出濾波電感的最小值主要由設(shè)定的電感電流紋波大小來決定。 中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 36頁 電路主要參數(shù)設(shè)計(jì) 要使 BOOST 工作在電流連續(xù)狀態(tài)，儲能電感 Lc 的臨界值 [18]為： （72）max2in(mini1)2oVTsLcDI?? 由前面的敘述可以知道，V 0max=400V，I 0max 取 ，電池最大輸入為電池的開路電壓。 因而 RCD 箝位式緩沖電路成為 IGBT 器件最實(shí)用的緩沖電路之一。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。該電路可以有效地吸收開關(guān)管關(guān)斷時線路中的雜散電感上產(chǎn)生的感應(yīng)峰值電壓，使開關(guān)管源—漏電壓尖刺箝位在電源電壓左右，從而保證開關(guān)管不會過壓擊穿。 由上所述，這里選用的 IGBT 和二極管的型號參數(shù)分別為： IGBT：型號：東芝公司的 GT40T301 參數(shù)：耐壓 1500V，電流容量 25℃時 80A，100℃40A，內(nèi)含阻尼二極管。由于光伏陣列的特殊性二極管的電流的最大值應(yīng)不會超過光伏陣列的短路電流即 。如上所示直流測的 IGBT 管的峰值電流 IP 為： 中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 35頁 （71）???主功率開關(guān)管 Q1 和二極管 Dl 具有相同的額定電壓，這里跟 BOOST 升壓的最大電壓為 400V，所有耐壓大于 400V 的 2 到 3 倍，可取≥1000V 的。系統(tǒng)的前級經(jīng) BOOST 升壓后最大輸出電壓約為400V，即橋式逆變器的最大輸入電壓。 IGBT 的選擇可以從器件的電壓等級和電流等級兩個方面加以考慮。這里主要對直流變換部分的開關(guān)管進(jìn)行選擇。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)行升壓后并完成 MPPT 控制并對蓄電池進(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) LC5 濾波后得到工頻正弦交流電。太陽能電池：深圳茂迪公司生產(chǎn)單晶硅光伏電池，單個光伏模塊輸出功率：250W工作電壓：36V，工作電流：開路電壓：，短路電流：轉(zhuǎn)化效率：17% 中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 34頁這里用 4 塊光伏電池串聯(lián)來構(gòu)成 1KW 的輸出。5 保護(hù)：逆變部分采用的是的 IPM 模塊，里面有自帶的保護(hù)，但還需對直流部分進(jìn)行保護(hù) 主要參數(shù)系統(tǒng)的主要參數(shù)主要是光伏電池和蓄電池的參數(shù)。 中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33頁7 1KW 單相離網(wǎng) 220V 逆變器的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的構(gòu)成和主要參數(shù) 系統(tǒng)的構(gòu)成由上面的章節(jié)所述，本課題所設(shè)計(jì)的整個結(jié)構(gòu)框圖如圖 71。 光伏電池的選擇因?yàn)檎n題為 1KW 單相離網(wǎng) 220V 逆變器設(shè)計(jì)，從題目中得出，要構(gòu)成 1KW的功率輸出，所以光伏電池組得有 1KW 的輸出。由此可計(jì)算出需要 24V 蓄電池的一個總?cè)萘繛椋?4/24=≈2022Ah.在設(shè)計(jì)中選用的蓄電池為：金源環(huán)宇公司生產(chǎn)的 12V 200Ah 的鉛酸蓄電池(AGM)。要選擇蓄電池的容量，必須根據(jù)負(fù)載的情況來定。 中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 31頁6 本課題中蓄電池以及光伏電池的選擇 蓄電池的選擇在上面的章節(jié)中對蓄電池的種類，充電方式有了一定的介紹。只需要七只光耦和少量外圍元件就可以設(shè)計(jì)出滿足要求的逆變電路。本課題中將使用 PM50B4LB060 作為逆變的主要部分。PM50B4LB060 是三菱公司專門為光伏發(fā)電逆變器設(shè)計(jì)的單相逆變 IPM 模塊，它的最大輸入電壓為 600V，輸出電流為 50A，最大絕緣電壓為 2500 V，適合制作交流輸出電壓為 220V 的逆變器。保護(hù)電路分別檢測過流、短路、過熱、驅(qū)動電源欠壓等故障，當(dāng)任何一種故障出現(xiàn)時，內(nèi)部電路會封鎖驅(qū)動信號并向外送出故障信號，以便外部的控制單元及時對故障信號進(jìn)行處理，避免功率器件受到進(jìn)一步損壞 [21]。其調(diào)制的 中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28頁計(jì)算過程如下： （5()2tUstcmDTc???5）即： （5()2()1sttUcm??6）由上式可得： （5()stindc?7）式中因?yàn)?Us(t)為連續(xù)的模擬變量， Uin也為連續(xù)變量，當(dāng)采用開關(guān)周期狀態(tài)平均法時，用 Uin等效為 Uin 瞬時值，也可以將 Uin 看做模擬連續(xù)變量，即： （5()stidcm?8）可得： （5()UindKpwstc?9）由上所訴，故逆變器的傳遞函數(shù)等效為一個比例環(huán)節(jié)。 （51[()(1)][2()1]TOinidtcDtUdTctdDtUd?????4）式（54 ）中，D(t) 為占空比， ， 為開關(guān)管導(dǎo)通時()tDTc??間，Tc 為開關(guān)周期。Ud 為逆變器直流端的輸入電壓。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。三角載波的時間是開關(guān)管的周期來產(chǎn)生的。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。其中，只有兩種開關(guān)模 中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27頁式有輸出電壓（S1 ，S4 開； S2，S3 開。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 。幅值不同的正弦參考波產(chǎn)生寬度不同的 SPWM 波。S1～S4 開關(guān)管的 SPWM控制信號來自控制電路。其控制的一個電路拓?fù)淙鐖D 53 所示。 中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26頁 Uo u tUdUdS 1 , S 4 通S 2 , S 3 通 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。 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 [26]。當(dāng)工作在斷續(xù)導(dǎo)電模式時：當(dāng) E 和 D 保持不變時，若輸出負(fù)載的功率逐步減小，其電流也逐步減小。BOOST 工作的方式有兩種：連續(xù)導(dǎo)電模式和斷續(xù)導(dǎo)電模式。由 C 和負(fù)載構(gòu)成回路，C 放電供給負(fù)載能量，負(fù)載兩端電壓逐漸降低。由上所述：所以課題中所用到的直流變換部分的電路只要求升壓，所以這里只對升壓斬波電路（boost 電路）進(jìn)行敘述。 中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24頁5 主電路拓?fù)洹⒖刂品绞郊?IPM 模塊的介紹 DCDC 部分的電路拓?fù)溥m用于直流轉(zhuǎn)換部分的電路拓?fù)溆校航祲簲夭娐罚╞usk 電路），升壓斬波電路（boost 電路），升降壓斬波電路（buckboost 電路）等等 [15]。此后，如果蓄電池端電壓下降到UOC 的 90％，充電器就會自動進(jìn)入恒充或涓充狀態(tài)。（3）過壓充電過壓充電階段期問充電電壓 UOC 不變，并稍高于蓄電池的額定電壓，這樣可以使蓄電池容量最后達(dá)到飽和，此時充電電流逐漸減小，如果充電電流減小到過充終止電流 IOCT，表明蓄電池已被充滿，充電模式已經(jīng)轉(zhuǎn)入浮充狀態(tài)。如果充電之初，蓄電池的端電壓已經(jīng)高于 UT，充電器將直接進(jìn)入恒流充電階段，不再經(jīng)過涓流充電階段。涓流充電原理是：充電時設(shè)定一個充電使能電壓 UT 當(dāng)蓄電池的端電壓低于 UT 時，光伏控制器將提供一個很小的電流 IT 對蓄電池進(jìn)行充電。（5）四階段充電方法在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，綜合考慮日照強(qiáng)度以及環(huán)境溫度對光伏系統(tǒng)充電電流的影響、鉛酸蓄電池性能以及系統(tǒng)成本等因素，可選用專用鉛酸蓄電池充電芯片，實(shí)現(xiàn)四階段充電法充電，由于較好地使用涓流及浮充充電模式，從而使蓄電池的容量達(dá)到額定值，延長其壽命，四階段充電狀態(tài)如圖 42 所示。但是由于太陽能光伏陣列輸出功率的不穩(wěn)定性，以及光伏系統(tǒng)由于自身功率量的限制和光照的變化，因此對蓄電池充電的同時還必須考慮蓄電池充電電流的大小。在曲線下方的充電電流就是蓄電池可接受的充電電流。（4） 智能充電智能充電是以鉛酸蓄電池最低析氣率為前提，以鉛酸蓄電池快速充電的基本 中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22頁規(guī)律為基礎(chǔ)，找出鉛酸蓄電池能夠接受的最大充電電流，然后繪出可以接受的充電電流曲線。這樣可以彌補(bǔ)鉛酸蓄電池由于自放電造成能量的損失。這種方法在一定程度上克服了恒流與恒壓充電的缺點(diǎn)。這種充電方法也有明顯的不足：充電初期，如果蓄電池過度放電，充電電流會很大，這樣會對充電器的質(zhì)量要求比較高，而且可能因過流影響蓄電池的壽命，如果充電電壓過低，就會使后期充電電流又過小，充電時間變長。（1） 恒流充電恒流充電就是在整個充電過程中始終以恒定的電流進(jìn)行充電，隨著蓄電池電壓的變化要進(jìn)行電流調(diào)整，使充電電流不變，這種充電方式有很多不足之處，該充電方法已經(jīng)不再被使用。而電荷量的大小決定著太陽能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)向負(fù)載供電的能力、鉛酸蓄電池的使用壽命關(guān)系到系統(tǒng)的成本、造價以及系統(tǒng)的使用壽命，因此選擇合理的充電控制方法是提高太陽能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)性能的有效手段。 蓄電池的充電方式在太陽能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，對鉛酸蓄電池使用的充電控制方法直接影響到系統(tǒng)的性能。溴溶于含水的電解液中，電極間多孔的隔板阻擋溴從正極通向負(fù)飯。但這種電池的工作溫度在 400～500℃，使用不便。（5）鋰一硫化鐵電池這種電池用氯化鋰和氯化鉀混合物熔化鹽做電解質(zhì)，循環(huán)壽命可達(dá) l000 次，在 4 小時放電率條件下，能量效率為 80～85%，有較高的功率密度(約 200w/kg)。能量密度高( 理論上比鉛酸電池高 4．3 倍)，具有高速充電能力，能量效率達(dá) 85，完全密封結(jié)構(gòu)，不受環(huán)境影響，長壽命及少維護(hù)等。正負(fù)極的活性材料分別為熔化的鈉和硫（聚硫化鈉）。在 300K 時自放電率只有 1～2%，最高工作溫度為 46℃，在低溫時容量較低，單位 AH 容量的重量較大。（3）鎳鐵蓄電池在正確維護(hù) 情況下，鎳銑電池具有很好的機(jī)械強(qiáng)度，工作壽命可超過 8 年。除了以上兩種外。其缺點(diǎn)是價格較貴，自放電率較大。近年來出現(xiàn)了全密封的免維護(hù)鉛酸蓄電池，它不產(chǎn)生酸霧．可在任何方位工作或運(yùn)輸，維護(hù)簡單，改善了蓄電池工作條件。其最大的優(yōu)點(diǎn)是價格低廉，而主要的缺點(diǎn)是循環(huán)壽命短、自放電率大，維護(hù)較復(fù)雜。 中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20頁4 蓄電池的分類和充電方式 蓄電池的分類獨(dú)立光伏系統(tǒng)中應(yīng)用的蓄電池類型：根據(jù)光伏系統(tǒng)貯能的要求，可適用于光伏系統(tǒng)應(yīng)甩的蓄電池類型主要有以下幾種 [25]。