小功率光伏并網(wǎng)逆變電源的設(shè)計(jì)

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1、目錄摘要IABSTRACTII第一章緒論11.1課題的研究背景與意義11.2光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)簡介11.3光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對逆變器的要求21.4本文的主要研究內(nèi)容2第二章并網(wǎng)逆變器的設(shè)計(jì)及系統(tǒng)的工作原理32.1并網(wǎng)逆變器的選擇32.1.1并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)的選擇32.1.2并網(wǎng)逆變器回路方式的選擇32.1.3系統(tǒng)的總體方案42.2光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的工作原理52.2.1前級電路的工作原理52.2.2后級電路的工作原理6第三章光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)83.1主電路的設(shè)計(jì)83.2控制電路及保護(hù)電路的設(shè)計(jì)83.2.2并網(wǎng)同步的實(shí)現(xiàn)83.2.3SPWM波的

2、產(chǎn)生113.2.4保護(hù)電路12III3.3驅(qū)動(dòng)電路123.4輸出濾波電路133.5輔助電源設(shè)計(jì)143.5.1輔助電源的設(shè)計(jì)要求143.5.2輔助電源設(shè)計(jì)電路143.6系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計(jì)153.6.1硬件方面考慮153.6.2軟件方面考慮163.7光伏并網(wǎng)逆變器的仿真建模163.8控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)17第四章最大功率點(diǎn)跟蹤方法的比較分析194.1恒定電壓跟蹤法194.2擾動(dòng)觀測法204.3間歇掃描法21第五章光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島效應(yīng)及防止策略225.1孤島效應(yīng)及其危害225.2孤島效應(yīng)的檢測方法225.2.1被動(dòng)檢測方法225.2.2主動(dòng)檢

3、測方法235.2.3外部檢測方法235.2.4本論文采用的孤島檢測的方法24第六章總結(jié)與展望26III6.1總結(jié)266.2展望26參考文獻(xiàn)27III第一章緒論1.1課題的研究背景與意義能源是人類社會生存和發(fā)展的動(dòng)力源泉。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類生活水平的提高，世界范圍內(nèi)對能源的需求日益增長，目前世界能源的利用仍以煤炭、石油、天然氣和水與核能等一次能源為主，然而這些有限的能源儲量正在日趨枯竭。據(jù)世界能源委員會（WEC）預(yù)測，按照資源己探明儲量和目前的發(fā)展速度，石油將在45年后枯竭，天然氣將在60年后殆盡，資源量最大的煤炭也只夠再開采220年

4、。另外，由于燃燒煤、石油等化石燃料，每年有數(shù)十萬噸硫等有害物質(zhì)排向天空，使大氣環(huán)境遭到嚴(yán)重污染，同時(shí)由于大量排放CO2等溫室氣體而使地球產(chǎn)生明顯的溫室效應(yīng)，引起全球氣候變化；水力發(fā)電受到水力資源的限制和季節(jié)的影響，并且有時(shí)會破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)平衡；核電在正常情況下固然是干凈的，但萬一發(fā)生核泄漏，后果同樣十分嚴(yán)重，并且核廢料的處理直至今日仍然是一個(gè)全球性待解決的問題。自1973年世界石油危機(jī)以來，常規(guī)能源頻頻告急。人們對能源提出了越來越高的要求，尋找新能源己經(jīng)是當(dāng)前人類面臨的迫切課題。太陽能以其清潔、無污染，并且取之不盡、用之不竭等優(yōu)點(diǎn)越來越得

5、到人們的關(guān)注。地球表面每年接受太陽的輻射量達(dá)5.4×1024J，相當(dāng)于1.8×1014t標(biāo)準(zhǔn)煤。若將其中的0.1%按轉(zhuǎn)換率5%轉(zhuǎn)換為電能，每年發(fā)電量可達(dá)5600TW·h，相當(dāng)于目前全世界能耗的40倍。因此，太陽能發(fā)電，必將成為21世紀(jì)后期的主導(dǎo)能源。據(jù)歐洲JRC預(yù)測，到未來的2100年時(shí)，太陽能在整個(gè)能源結(jié)構(gòu)中將占68%的份額[3]。因此，太陽能發(fā)電對今后能源發(fā)展有著特別重要的意義。1.2光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)簡介光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是將太陽能電池發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)電壓同頻同相的交流電，并且實(shí)現(xiàn)既向負(fù)載供電，又向電網(wǎng)發(fā)電的系統(tǒng)。光伏并網(wǎng)發(fā)電系

6、統(tǒng)主要由光伏陣列、并網(wǎng)逆變器、控制器和繼電保護(hù)裝置組成。光伏陣列是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的主要部件，由其將接收到的太陽光能直接轉(zhuǎn)換為電能。目前工程上應(yīng)用的光伏陣列一般是由一定數(shù)量的晶體硅太陽能電池組件按照系統(tǒng)需要的電壓的要求串、并聯(lián)組成的。并網(wǎng)逆變器是整個(gè)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心，它將光伏陣列發(fā)出的電能逆變成220V／50Hz的正弦波電流并入電網(wǎng)。電壓型逆變器主要由電力電子開關(guān)器件組成，以脈寬調(diào)制的形式向電網(wǎng)提供電能。控制器一般由單片機(jī)或DSP芯片作為核心器件，控制光伏陣列的最大功率點(diǎn)的跟蹤、控制逆變器并網(wǎng)電流的功率和波形。繼電保護(hù)裝置可以保證光

7、伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)的安全性。391.3光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對逆變器的要求作為光伏陣列和交流電網(wǎng)系統(tǒng)間進(jìn)行能量交換的逆變器，其安全性、可靠性、逆變效率、制造成本等因素對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的整體投資和收益具有舉足輕重的作用。因此，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對并網(wǎng)逆變器有如下要求：1)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的電能轉(zhuǎn)換。并網(wǎng)逆變器輸出的電流頻率和相位與電網(wǎng)的必須嚴(yán)格一致，以使輸出功率因數(shù)盡可能的達(dá)到1。2)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的安全保護(hù)要求。如輸出過載保護(hù)、輸出短路保護(hù)、輸入反接保護(hù)、直流過壓保護(hù)、交流過壓和欠壓保護(hù)、孤島保護(hù)及裝置自身保護(hù)等，從而確保系統(tǒng)的安全性和可靠性。3)具有較

8、高的可靠性。目前光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要在一些自然條件惡劣的地區(qū)，所以逆變器應(yīng)在長時(shí)間的工作條件下保證低故障率，并具有較強(qiáng)的自我診斷能力，因此所設(shè)計(jì)的逆變器應(yīng)具有合理的電路結(jié)構(gòu)、嚴(yán)格的元器件篩選。