【正文】 ．２１．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２１．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２２總結(jié)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２２參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２４致謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２５附錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２６光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變技術(shù)應(yīng)用研究姓名： 學(xué)號： 班別：據(jù)記載，人類利用太陽能已經(jīng)有3000年的歷史，但是將太陽能作為一種能源和動力加以利用只有300多年的歷史。20世紀(jì)70年代以來，太陽能科技突飛猛進(jìn)，太陽能利用日新月異。隨著太陽能電池技術(shù)的提高和價(jià)格的下降，光伏發(fā)電逐漸在地面得到硬功，規(guī)模也日益礦大。我們將討論光伏發(fā)電系統(tǒng)中各種類型的逆變器，并對其中某一至兩種類型進(jìn)行詳解。但比計(jì)算機(jī)和光纖通訊的發(fā)展要慢得多。1973 年的石油危機(jī)和90 年代的環(huán)境污染問題大大促進(jìn)了太陽光伏發(fā)電的發(fā)展。受20世紀(jì)70年代的石油危機(jī)和90年代的環(huán)境污染問題影響，人們對能源和環(huán)境問題的認(rèn)識不斷提高，光伏發(fā)電越來越受到各國政府的重視，科研投入不斷加大，鼓勵和支持光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策也不斷出臺。這種把光能轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換器，就是光伏電池。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。把太陽能電池組件內(nèi)的太陽能電池單元以適當(dāng)方式相連接能得到規(guī)定的電壓和輸出功率。，所以使用時(shí)必須串聯(lián)接作為電池組件使用。這里所謂太陽能電池組件串，是指由太陽能電池組件串聯(lián)連接構(gòu)成的太陽能電池陣列滿足所需輸出電壓的電路。PV系統(tǒng)的容量是標(biāo)準(zhǔn)太能能電池陣列輸出功率來表示的。圖11太陽能電池陣列結(jié)構(gòu)圖從上世紀(jì) 70 年代開始，各國政府都投入了很大的力量來支持太陽能電池的發(fā)展。自上世紀(jì)80 年代以來，其他發(fā)達(dá)國家，如德國、英國、法國、意大利、西班牙、瑞士、芬蘭等，也紛紛制定了光伏發(fā)展計(jì)劃，并投入了大量資金進(jìn)行技術(shù)開發(fā)和加速工業(yè)化進(jìn)程。綜觀進(jìn)入新世紀(jì)后世界太陽電池的總產(chǎn)量，年增長率達(dá)到3040%。隨著對太陽能和可再生能源的廣泛的大規(guī)模的利用，全球的能源結(jié)構(gòu)必將發(fā)生根本性的變化。另一方面，我國具有豐富的太陽能資源，日照時(shí)數(shù)大于2000h，太陽能總輻射量高于5016MJ/（m2a）的地方約占全國總面積的三分之二以上，尤其是西部地區(qū)有很大的潛力。我國在20世紀(jì)50年代開始研究太陽能電池，于1971年首次成功應(yīng)用于我國發(fā)射的東方紅二號衛(wèi)星。在新世紀(jì)初，國家發(fā)改委在2002年啟動了“送電到鄉(xiāng)工程”，該工程光伏系統(tǒng)容量為20MW，極大地拉動了我國光伏市場的需求。近幾年來，我國的光伏發(fā)電技術(shù)己經(jīng)具有了一定的市場潛力和市場吸引力，但光伏并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備主要依靠進(jìn)口，光伏并網(wǎng)發(fā)電的技術(shù)更是剛剛起步，因此，并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)的造價(jià)高，依賴性強(qiáng)，制約了并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)在國內(nèi)的發(fā)展和推廣。國內(nèi)光伏系統(tǒng)主要采用單位功率因數(shù)并網(wǎng)，不具備電能質(zhì)量控制功能。對逆變器建立模型并進(jìn)行分析，采用先進(jìn)的控制策略對于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的性能是必不可少的。 光伏發(fā)電系統(tǒng)形式典型的光伏發(fā)電系統(tǒng)是由光伏陣列、蓄電池組、控制器、電力電子變換器、負(fù)載等構(gòu)成，而光伏發(fā)電系統(tǒng)按工作條件分為獨(dú)立型，并網(wǎng)型和介于兩者之間的可調(diào)度型。獨(dú)立型光伏發(fā)電多用于邊遠(yuǎn)山區(qū)，因?yàn)檫@些地方需要的電能容量小，建變電站成本昂貴，宜用獨(dú)立型光伏發(fā)電。此外，在通信基站等需要小量維持供電的情況下獨(dú)立型光伏發(fā)電也有應(yīng)用價(jià)值，在獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)中儲能部件是損耗最快，維護(hù)最頻繁的組件。我國現(xiàn)在多數(shù)是非逆潮流系統(tǒng)，并網(wǎng)光伏發(fā)電多見于城市供電系統(tǒng)，區(qū)域內(nèi)的電力需求通常比PV系統(tǒng)的輸出電力大，是城市電網(wǎng)的補(bǔ)充，可以實(shí)現(xiàn)用電時(shí)段的消峰填谷。如下圖13太陽能電池逆變器計(jì)量電表交流負(fù)載電網(wǎng)圖13并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng) 可調(diào)度型：可調(diào)度式光伏發(fā)電系統(tǒng)是帶有儲能部件且可以并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)。在蓄電池充滿電且又有光照的情況下，則應(yīng)由光伏電池直接給負(fù)載供電或是并入電網(wǎng)。如下圖：太陽能電池充電控制器直流負(fù)載蓄電池交流負(fù)載逆變器S圖14可調(diào)度式光伏發(fā)電系統(tǒng)本論文所主要研究的是獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)與并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)（單相）將直流電變換為交流電的過程稱為逆變換或DC－AC變換，實(shí)現(xiàn)逆變的主電路稱為DC－AC變換電路。 根據(jù)輸入直流電源的性質(zhì)、逆變器的直流輸入波形和交流輸出波形，可以把逆變器分成電壓型逆變器（也可以稱為電壓源逆變器）和電流型逆變器（也可以稱為電流源逆變器）。其缺點(diǎn)是輸出交流電壓的幅值Um僅僅為Ud/2,且直流側(cè)需要兩個電容串聯(lián)，工作時(shí)還要控制兩個電容器電壓的均衡。 圖16電壓型單相全橋逆變電路直流母線電容Cd濾波，VTVT4和 VTVT3交替導(dǎo)通/關(guān)斷；加在負(fù)載上的電壓幅值為Ud，輸出功率為半橋逆變器的四倍；開關(guān)管VT1～VT4上承受的最大電壓為Ud；控制方式有單極、雙極式PWM脈寬調(diào)制控制，移相控制，調(diào)頻控制等方式。負(fù)載上的電壓幅值和相位取決于負(fù)載阻抗大小和性質(zhì)。圖17電流型單相全橋逆變電路本論文主要討論光伏發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用的電壓型單相全橋逆變電路，其中會簡單的涉及到保護(hù)電路中的器件簡析，光伏并網(wǎng)中的并網(wǎng)逆變器(PWM控制技術(shù))。因其在低壓時(shí)，具有較低的通態(tài)壓降和較高的開關(guān)頻率，但隨MOSFET 電壓的升高，其通態(tài)電阻增大。PVS 中的逆變驅(qū)動電路主要針對功率開關(guān)管的門極驅(qū)動。近年來，隨著微電子及集成電路技術(shù)的發(fā)展，陸續(xù)推出了許多多功能專用集成芯片，如：HIP4801,TLP520,IR2130,EXB841 等，它們給應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)帶來了極大的方便。目前，較常用的芯片有國外生產(chǎn)的8XC196，MP16，PIC16C73 和國內(nèi)生產(chǎn)的TMS320F206，MS320F240 ，SG3525 等。 優(yōu)點(diǎn)：驅(qū)動功率小、開關(guān)速度高通流能力強(qiáng)、耐壓等級高 本論文會涉及PWM控制技術(shù)，但不會太深入，控制系統(tǒng)以單片機(jī)STC89C51為核心，可以實(shí)現(xiàn)反饋信號的處理和A/D轉(zhuǎn)換、DC/DC變換器和PWM逆變器控制脈沖的產(chǎn)生、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視和控制、故障保護(hù)和存儲、485通訊等功能。圖21 并網(wǎng)發(fā)電模擬裝置框圖圖中太陽能電池Us，電池內(nèi)阻Rs，逆變器電路采用了電壓型單相全橋逆變電路，濾波器采用電感與電容混聯(lián)的方式構(gòu)成，工頻變壓器T。用直流穩(wěn)壓電源Us和電阻Rs模擬光伏電池，而逆變器部分我們將使用電壓型單相全橋逆變電路。直流側(cè)電壓基本無脈動，直流回路呈現(xiàn)低阻抗。，直流側(cè)電容器緩沖武功能量的作用。全橋逆變電路是單相逆變電路中應(yīng)用最多的。1和4一對，2和3另一對，成對橋臂同時(shí)導(dǎo)通，交替各導(dǎo)通180176。半橋電路的uo，幅值高出一倍Um=Ud。 uo正半周，V1通，V2斷，V3和V4交替通斷，負(fù)載電流比電壓滯后，在電壓正半周，電流有一段為正，一段為負(fù)，負(fù)載電流為正區(qū)間，V1和V4導(dǎo)通時(shí)，uo等于Ud，V4關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過V1和VD3續(xù)流，uo=0，負(fù)載電流為負(fù)區(qū)間，io為負(fù)，實(shí)際上從VD1和VD4流過，仍有uo=Ud，V4斷，V3通后，io從V3和VD1續(xù)流，uo=0，uo總可得到Ud和零兩種電平。時(shí)，要改變輸出電壓有效值只能改變Ud來實(shí)現(xiàn)。全橋電路直流側(cè)電容只要一個就可以。移相調(diào)壓方式。各柵極信號為180186。反偏，且V1和V2互補(bǔ)，V3和V4互補(bǔ)關(guān)系不變。)，VV4的柵極信號分別比VV1的前移180186。我們還來討論在純電阻負(fù)載的情況，采用上述移相方法也可以得到相同的結(jié)果，只是VD1VD4不再導(dǎo)通不起續(xù)流作用。顯然，上述移相調(diào)壓方式并不適用也半橋電流，不過在純電阻負(fù)載時(shí)，仍可以采用改變正負(fù)脈沖寬度的方法來調(diào)節(jié)半橋逆變電路的輸出電壓。這時(shí)輸出電壓也是正負(fù)脈沖的寬度各位x。uAB中含有和信號波同頻率且幅值成比例的基波、和載波有關(guān)的高頻諧波，不含低次諧波。當(dāng)信號波頻率和電源頻率相同時(shí)，is也為與電源頻率相同的正弦波。改變uABf的幅值和相位，可使is和us同相或反相，is比us超前90176。圖32單相全橋逆變電路的移相調(diào)壓方式在濾波器的參數(shù)選擇過程中，要注意在電容與電感的選擇上是需要折衷考慮的，電容越大，流入電容的無功電流就越大，則電感上的電流和開關(guān)管的電流也就越大，從而降低系統(tǒng)的效率。.在電感一定的情況下，不同的電容參數(shù)值并不改變其低頻特性，只是隨著電容C的增大其諧振頻率向減小方向移動。而濾波器的詳細(xì)作用我們將在PWM控制電路進(jìn)一步探討。首先把直流電逆變成工頻低壓交流電；再通過工頻變壓器升壓成220V，50Hz 的交流電供負(fù)載使用。因其逆變電源與負(fù)載之間存有工頻變壓器，故逆變器運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、過負(fù)荷能力和抗沖擊能力強(qiáng)，且能夠抑制波形中的高次諧波成分。按目前水平制作的小型工頻逆變器，其額定負(fù)荷效率一般不超過90%，同時(shí)因工頻變壓器在滿負(fù)荷和輕負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)鐵損基本不變，因而使其在輕負(fù)荷下運(yùn)行的空載損耗較大，效率也較低。脈沖寬度調(diào)制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用最為廣泛，對逆變電路的影響也最為深刻?？梢哉fPWM控制技術(shù)正是有賴于再逆變電路中的應(yīng)用，才發(fā)展的比較成熟，才確定他在電力電子技術(shù)中的重要地位。4．PWM型逆變電路PWM逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種，目前實(shí)用的幾乎都是電壓型。計(jì)算法根據(jù)正弦波頻率、幅值和半周期脈沖數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算PWM波各脈沖寬度和間隔，據(jù)此控制逆變電路開關(guān)器件的通斷，就可得到所需PWM波形。調(diào)制信號波為正弦波時(shí)，得到的就是SPWM波；調(diào)制信號不是正弦波，而是其他所需波形時(shí)，也能得到等效的