基于DSP2812的離網(wǎng)型智能光伏逆變器

學(xué)號(hào)： 11034020219 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書基于DSP2812的離網(wǎng)型智能光伏逆變器Off-grid photovoltaic inverter based on DSP2812學(xué)院 計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班級(jí) 電氣11-2 學(xué)生 劉家城 指導(dǎo)教師（職稱） 熊建斌 （副教授） 設(shè)計(jì)時(shí)間 2015 年 1 月 1 日至 2015 年 6 月 7 日廣東石油化工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠(chéng)信承諾保證書本人鄭重承諾： 基于DSP2812的離網(wǎng)型智能光伏逆變器畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容真實(shí)、可靠，是本人在 熊建斌指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所完成。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處，如果存在弄虛作假、抄襲、剽竊的情況，本人愿承擔(dān)全部責(zé)任。 學(xué)生簽名： 年 月 日專業(yè)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)日期 畢 業(yè) 論 文 任 務(wù) 書院（系）： 計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 11-2班 學(xué)生： 劉家城 學(xué)號(hào)： 11034020219 一、畢業(yè)論文課題 基于DSP2812的離網(wǎng)型智能光伏逆變器 二、畢業(yè)論文工作自 2015 年 1 月 1 日起至 2015 年 6 月 7 日止三、畢業(yè)論文進(jìn)行地點(diǎn) 廣東石油化工學(xué)院 四、畢業(yè)論文的內(nèi)容要求 本設(shè)計(jì)研制的基于DSP2812的離網(wǎng)型智能光伏逆變器廣泛用于離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。它采用Boost升壓電路，將直流輸入電壓48V升壓，再通過IPM模塊實(shí)現(xiàn)全橋逆變，輸出220V/50Hz的交流電。采用TI公司的高速DSP TMS320F2812作為主控芯片，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。通過CAN現(xiàn)場(chǎng)總線或RS485與上位機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，實(shí)現(xiàn)真正的智能化。 指導(dǎo)教師 接受論文任務(wù)開始執(zhí)行日期 年 月 日 學(xué)生簽名 摘 要由于環(huán)境污染和能源短缺問題的日益嚴(yán)重，尋找一種無(wú)污染，儲(chǔ)備量充足的新能源已經(jīng)成為全世界各個(gè)國(guó)家所關(guān)心的問題了。太陽(yáng)能作為一種巨量的可再生能源，已經(jīng)得到了人類越來(lái)越廣泛的應(yīng)用了。太陽(yáng)能肯定是未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，不論是從可持續(xù)發(fā)展之路還是解決能源供應(yīng)問題，開發(fā)和利用太陽(yáng)能都具有重大的戰(zhàn)略意義。本課題主要研究的是離網(wǎng)型逆變器硬件電路設(shè)計(jì)，包括功率逆變電路、主控電路、電源電路設(shè)計(jì)。在功率逆變電路中，使用IPM模塊作為功率模塊，采用高頻逆變的方式,即采用Boost升壓電路，將直流輸入電壓48V升壓，再通過IPM模塊實(shí)現(xiàn)全橋逆變，輸出220V/50Hz的交流電。采用TI公司的高速DSP TMS320F2812作為主控芯片，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。通過CAN現(xiàn)場(chǎng)總線或RS485與上位機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，實(shí)現(xiàn)真正的智能化。首先，介紹了光伏發(fā)電在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，光伏發(fā)電的相關(guān)理論和光伏電池的數(shù)學(xué)模型的搭建。其次，介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成，光伏逆變器的主回路和二次回路的設(shè)計(jì)，包括各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)。最后，介紹了光伏逆變器的軟件設(shè)計(jì)部分，包括每個(gè)程序的設(shè)計(jì)過程。關(guān)鍵詞：DSP2812；太陽(yáng)能發(fā)電；離網(wǎng)型光伏逆變器 AbstractAbstractBecause of the energy shortage and environmental pollution problems become more and more serious，looking for a clean, abundant new energy reserves has become an issue of concern to all countries of the world. Solar energy as a huge amount of renewable energy, it has been more widely used of mankind. Solar certainly is the basis for the future energy mix, whether from the road of sustainable development or solve the energy supply problem, development and use of solar energy are of great strategic significance.The main research topic is off-grid inverter hardware circuit design, including the power inverter circuit, control circuit, a power circuit, sampling conditioning circuit, communication interface circuit design. Using the power inverter circuit IPM as the power module, high frequency inverter approach, which uses Boost circuit, 48V DC input voltage boost, and then through IPM to achieve full-bridge inverter module output AC 220V / 50Hz in. Using TIs high-speed DSP TMS320F2812 as the master chip that to realize the digital control. Network communication via CAN fieldbus or RS485 with the host machine, to achieve real intelligentFirstly, the development status at home and abroad to build a photovoltaic power generation photovoltaic cell theory and mathematical models of photovoltaic power generation.Secondly, the design of PV system components, photovoltaic inverter main circuit and the secondary circuit, including the design of each module.Finally, the software design of PV inverters, including each programs design processKey words: DSP2812 ；solar power ；off-grid PV inverter1目 錄目 錄摘 要IAbstractII第一章 緒論11.1 選題背景及意義11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.2.1 國(guó)外現(xiàn)狀11.2.2國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀21.3 論文主要研究?jī)?nèi)容31.4 本章小結(jié)3第二章 光伏發(fā)電系統(tǒng)42.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成42.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類42.3 本章小結(jié)7第三章 光伏電池83.1 光伏電池的工作原理83.2 光伏電池的分類83.3 太陽(yáng)能電池組件83.3.1 光伏陣列的基本組合93.3.2 光伏陣列的分類103.4 光伏電池的數(shù)學(xué)模型113.5 最大功率點(diǎn)跟蹤143.5.1 經(jīng)典MPPT算法的穩(wěn)態(tài)特性分析153.5.2 幾種常見的最大功率點(diǎn)算法173.6 本章小結(jié)19第四章 光伏逆變器的主電路設(shè)計(jì)204.1 離網(wǎng)型光伏逆變器的基本結(jié)構(gòu)204.2 逆變器的主要指標(biāo)204.3 Boost電路的設(shè)計(jì)214.4 輸入濾波電路的設(shè)計(jì)224.5 單相全橋逆變電路224.6 正弦波脈寬調(diào)制波的產(chǎn)生方式244.7 LC輸出濾波電路254.8 本章小結(jié)26第五章 光伏逆變器的二次回路設(shè)計(jì)275.1 輔助電源的設(shè)計(jì)275.2 系統(tǒng)檢測(cè)和與保護(hù)電路設(shè)計(jì)285.2.1直流電壓采樣電路285.2.2 交流電壓與頻率的采樣295.2.3 溫度檢測(cè)電路295.2.4 功率驅(qū)動(dòng)模塊（IGBT）305.2.5 保護(hù)電路設(shè)計(jì)325.3 本章小結(jié)33第六章 光伏逆變器的軟件設(shè)計(jì)356.1 主程序設(shè)計(jì)流程356.2 SPWM程序的設(shè)計(jì)366.3 A/D中斷程序的設(shè)計(jì)376.4 本章小結(jié)39結(jié)束語(yǔ)40參考文獻(xiàn)41致謝42第一章 緒論第一章 緒論1.1 選題背景及意義在當(dāng)今社會(huì)中，能源與環(huán)境的關(guān)系已經(jīng)成為了社會(huì)可持續(xù)發(fā)展所要解決的主要問題了。能源是社會(huì)發(fā)展所必不可少的，但我們所擁有的資源是有限的，總有一天會(huì)消耗殆盡，我們所擁有的能源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的需求。就像我們平時(shí)接觸最多的石油、天然氣來(lái)說(shuō)，全球石油儲(chǔ)量只能夠我們用多十年，天然氣也最多幾十年而已，就算是煤炭資源也只能再維持二、三百年，更加別提其他的資源了1。另外傳統(tǒng)能源所帶來(lái)的環(huán)境問題是不可忽視，就比如說(shuō)霧這一現(xiàn)象，已經(jīng)嚴(yán)重影響到了人們的正常生活了，每年都會(huì)有數(shù)不清的有害物質(zhì)排向天空，使整個(gè)空氣環(huán)境受到了嚴(yán)重的污染，對(duì)我們的生活起居都帶了了很多影響；有些嚴(yán)重的地方還會(huì)形成酸雨區(qū)，影響人類的健康和生態(tài)的平衡。同時(shí)，因?yàn)檫^度的使用煤炭資源，導(dǎo)致大量的CO2向空氣中排放，導(dǎo)致了溫室效應(yīng)的產(chǎn)生，使全球天氣惡化的趨勢(shì)越來(lái)越快了?？稍偕茉吹拈_發(fā)順應(yīng)社會(huì)發(fā)展的潮流，其中太陽(yáng)能作為一種非常重要的可再生能源，越來(lái)越受到了世界各國(guó)的關(guān)注。太陽(yáng)能是一種非常理想的清潔能源，特別是在我國(guó)太陽(yáng)能比較豐富的地方，我覺得太陽(yáng)能應(yīng)該得到重視。太陽(yáng)能光伏發(fā)電對(duì)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)制、生態(tài)環(huán)境的保護(hù)等方面都發(fā)揮著比較重要的作用。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，它擁有不可估量的發(fā)展前景，就現(xiàn)在而言，世界各國(guó)都大力倡導(dǎo)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，就足以證明光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的潛力是無(wú)窮的。通過開發(fā)可再生能源也能夠有效地解決能源與環(huán)境的問題，貫徹社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)這個(gè)目標(biāo)2。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國(guó)外現(xiàn)狀進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，在全世界各個(gè)國(guó)家都相應(yīng)地制定了相關(guān)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電的政策。太陽(yáng)能光伏發(fā)電市場(chǎng)也從最開始用于邊遠(yuǎn)農(nóng)村和特殊場(chǎng)合下使用，發(fā)展到并網(wǎng)發(fā)電這個(gè)方向發(fā)展，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的地位得到了改變，太陽(yáng)能現(xiàn)在已經(jīng)慢慢變成了替代能源而不再是補(bǔ)充能源了3。美國(guó)是經(jīng)濟(jì)大國(guó)，在發(fā)展光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)上也是一樣的，在大家還沒意識(shí)到能源的重要性的時(shí)候，美國(guó)已經(jīng)制定了相關(guān)的發(fā)展規(guī)劃了，并且政府還制定了相關(guān)的財(cái)政補(bǔ)貼的政策，讓光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展，美國(guó)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)能發(fā)展的這么迅猛很大一部分要?dú)w功于政府的支持。不說(shuō)美國(guó)這種超級(jí)大國(guó)，就說(shuō)說(shuō)我們的鄰居日本，日本也早在1974年開始了相關(guān)的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的計(jì)劃，并投資了大量的資金進(jìn)去，逐漸成為了光伏產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)跑者。日本在完成計(jì)劃之后并沒有停止發(fā)展的腳步，反而是再接再厲，制定了新的計(jì)劃。在光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展這方面日本已經(jīng)走在了我們的前面。歐洲各國(guó)也早早開始了光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展4。如德國(guó)在1993年的時(shí)候就有政府支持發(fā)展光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)計(jì)劃，而且他們的發(fā)展速度完全超出了政府的預(yù)期，德國(guó)政府只好在1999年的時(shí)候又制定了新的發(fā)展計(jì)劃。1.2.2國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀我國(guó)在太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的研發(fā)上花費(fèi)了很大的精力，相應(yīng)地我國(guó)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，現(xiàn)在已經(jīng)成為了高速、穩(wěn)定的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。并且在我國(guó)還專門頒布了相關(guān)的法律法規(guī)來(lái)支持可再生能源的發(fā)展。我國(guó)的光伏發(fā)電的歷史可以追溯到幾十年前，在那個(gè)時(shí)候我國(guó)正處于高速發(fā)展的時(shí)期，先后從國(guó)外引進(jìn)了先進(jìn)的技術(shù)和生產(chǎn)線，導(dǎo)致我國(guó)的太陽(yáng)能電池生產(chǎn)的能力得到了質(zhì)的飛躍，從原來(lái)的幾百瓦提升到幾兆瓦。引進(jìn)這些先進(jìn)設(shè)備的主要是來(lái)自政府或者大型企業(yè)，小型企業(yè)并沒有得到很大的提升空間。在2000年后，太陽(yáng)能光伏的產(chǎn)業(yè)在全世界得到了高速的發(fā)展，在整個(gè)環(huán)境的影響下，我國(guó)的光伏的產(chǎn)業(yè)也得到了顯著的發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入到了一個(gè)飛速發(fā)展的階段，同樣的世界的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)也在高速發(fā)展當(dāng)中5。經(jīng)過近三十年的艱辛探索，我國(guó)的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)也形成了自己的規(guī)模，但在總體上和國(guó)外光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比還是存在著比較明顯的差距。我國(guó)的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模相對(duì)較小，技術(shù)水平也相對(duì)較低，在各個(gè)方面都存在明顯的差距；而且我們有很多的材料仍要從國(guó)外進(jìn)口，缺乏自主性。國(guó)外發(fā)展大多都有政府扶持，在我國(guó)這樣的政策和措施都比較少。我國(guó)的太陽(yáng)能資源十分充裕，適宜光伏發(fā)電的面積也很大，全國(guó)有三分之二以上的地方，年日照時(shí)間都在2000小時(shí)以上，所以說(shuō)我們有很好的先天條件，只要我們利用好了，這將是一筆無(wú)價(jià)之寶。1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)研究的基于DSP2812的離網(wǎng)型智能光伏逆變器的設(shè)計(jì)。它采用的是Boost升壓電路，將直流輸入電壓48V升壓，再通過IPM模塊實(shí)現(xiàn)全橋逆變，輸出220V/50Hz的交流電。采用TI公司的高速DSP TMS320F2812作為主控芯片，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。通過CAN現(xiàn)場(chǎng)總線或RS485與上位機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，實(shí)現(xiàn)真正的智能化.具體安排章節(jié)如下：第一章：主要介紹了本設(shè)計(jì)的選題背景和意義，以及光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀；第二章：主要介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)理論；第三章：主要介紹了光伏電池的相關(guān)理論以及數(shù)學(xué)模型的搭建；第四章：主要介紹了光伏逆變器主電路的設(shè)計(jì)；第五章：主要介紹了光伏逆變器二次回路的設(shè)計(jì)；第六章：主要介紹了系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的部分；結(jié)束語(yǔ)：對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)和歸納，指出不足和需要改進(jìn)的地方。1.4 本章小結(jié)這一章主要是介紹了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題背景和意義，同時(shí)還介紹了光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展前景做了分析。51廣東石油化工學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文：基于DSP2812的離網(wǎng)型智能光伏逆變器第二章 光伏發(fā)電系統(tǒng)2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成光伏發(fā)電系統(tǒng)（PV System）是一種將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能的發(fā)電系統(tǒng)，它的工作原理是運(yùn)用了光生伏特效應(yīng)。白天，當(dāng)日照強(qiáng)度達(dá)到一定程度的時(shí)候，太陽(yáng)能電池陣列就會(huì)開始直接向負(fù)載提供能量，或者是將少部分電能直接輸送到公共電網(wǎng)。晚上或者沒有陽(yáng)光的天氣的時(shí)候，太陽(yáng)能電池陣列輸出的能量非常小并不足以支撐負(fù)載工作，這時(shí)候就要通過蓄電池向負(fù)載提供電能。負(fù)載可以是直流的，也可以是交流的。如果負(fù)載是直流的，則發(fā)電系統(tǒng)會(huì)直接對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電；如果是負(fù)載是交流的，則電池輸出的直流電由直流/交流電路逆變，然后向負(fù)載提供能量?；镜墓夥到y(tǒng)（PV System）是由太陽(yáng)能電池陣列（Solar arrays）、控制器（Controller）、變換器（Converter）、逆變器（Inverter）和蓄電池（Battery）這幾部分組成的6。光伏電池陣列毫無(wú)疑問是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它的主要功能是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，然后將電能儲(chǔ)存起來(lái)或者直接供應(yīng)給負(fù)載使用。 控制器的主要功能是控制整個(gè)光伏電池陣列的工作狀態(tài)，保證光伏電池始終工作在最大功率點(diǎn)上面，同時(shí)它還能控制蓄電池的充放電過程，還能保護(hù)蓄電池和負(fù)載。變換器的作用就是將光伏電池提供的直流電壓變換成適合負(fù)載使用的電壓。逆變器是作用是將直流電壓逆變成交流電壓，然后再提供給負(fù)載使用。在白天光照充足的時(shí)候，光伏電池會(huì)產(chǎn)生大量的電能，一部分能量是直接提供給負(fù)載的，還有少部分的能力則會(huì)儲(chǔ)存在蓄電池中，等到天氣不好了或者光照不足的時(shí)候使用，這時(shí)候蓄電池就會(huì)提供能量給負(fù)載，系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了保障。2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、系統(tǒng)所處的環(huán)境、輸出容量和本地負(fù)載容量，可以把光伏發(fā)電系統(tǒng)分為離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)7。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是指將光伏電能饋送給公共電網(wǎng)，與公共電網(wǎng)相連的光伏發(fā)電系統(tǒng)。在這個(gè)光伏發(fā)電高速發(fā)展的階段，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)逐漸成為了發(fā)電系統(tǒng)的核心部分，是太陽(yáng)能光伏發(fā)電的未來(lái)發(fā)展的主要方向。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)有兩種類型，一種是有帶蓄電池組，另一種是不帶蓄電池組的。帶蓄電池組的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)叫做可調(diào)度式的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，這種系統(tǒng)具有不間斷工作電源的作用，還可以調(diào)節(jié)功率，控制電網(wǎng)電壓，清除高次諧波分量，從而達(dá)到提高電能的質(zhì)量的目的；不帶蓄電池組的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)我們叫做不可調(diào)度式的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)是將太陽(yáng)能電池提供的直流電能逆變成和公共電網(wǎng)電壓同頻的、同相的交流電能再輸送到公共電網(wǎng)；當(dāng)太陽(yáng)能電池陣列提供的電能不能滿足負(fù)載的需求時(shí)，電網(wǎng)將自動(dòng)向負(fù)載提供電能，以保證負(fù)載的正常運(yùn)行。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是由光伏電池陣列、直流/交流變換器、直流/直流變換器、控制器和電網(wǎng)這五個(gè)部分組成的。從提供給負(fù)載和系統(tǒng)穩(wěn)定的能量的條件出發(fā)，在直流/直流變換器輸出端需要連接上蓄電池組。典型的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.1所示：圖2.1 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)是指那些不與公共電網(wǎng)相連接的系統(tǒng)，主要在一些遠(yuǎn)離公共電網(wǎng)的地區(qū)和一些比較特殊的場(chǎng)所使用的。比如一些比較偏僻的農(nóng)村、偏遠(yuǎn)的山區(qū)，就是那些公共電網(wǎng)難以覆蓋到的地區(qū)，離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)可以為其提供照明、電視廣播等所需的基本生活用電。另外像邊防哨所、氣象站、通信站等特殊場(chǎng)所也會(huì)使用離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)8。離網(wǎng)型獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括光伏電池組件方陣、蓄電池組、控制器、直流/交流變換器和負(fù)載等部分。典型的離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.2所示：圖2.2 離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常廣泛，再加上太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)具有操作方便，可靠性較高，維護(hù)起來(lái)比較簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，常常用來(lái)為一些供電不穩(wěn)定的場(chǎng)所供電。比如光纖通訊系統(tǒng)、微波中繼站、衛(wèi)星通訊、部隊(duì)通訊系統(tǒng)、鐵路信號(hào)系統(tǒng)、燈塔電源、海洋浮標(biāo)電源、氣象臺(tái)站、水文觀察、污染檢測(cè)等災(zāi)害測(cè)報(bào)儀器電源等。混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)是指在原有的基礎(chǔ)上再增加一組發(fā)電系統(tǒng)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。增加一組發(fā)電系統(tǒng)可以解決光伏發(fā)電系統(tǒng)受環(huán)境變化而造成的陣列發(fā)電不足，或電池容量不足等因素帶來(lái)的供電不連續(xù)和不穩(wěn)定的問題。最常見的混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)就是風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.3所示：圖2.3 混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)在一般情況下，白天日照較強(qiáng)，夜間風(fēng)較多。在夏季日照較強(qiáng)，風(fēng)較少；冬季日照強(qiáng)度小，風(fēng)較多。風(fēng)能發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電都各自具有特點(diǎn)，將兩種方式聯(lián)合起來(lái)，具有很好的互補(bǔ)性。我們利用太陽(yáng)能、風(fēng)能的互補(bǔ)特性，可以大大提高系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性和可靠性；在保證供電穩(wěn)定的情況下，還可以大大減少蓄電池的容量；混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)基本上都是由風(fēng)-光系統(tǒng)供電，不需要另外準(zhǔn)備備用電源和備用電機(jī)，短時(shí)間內(nèi)可以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。但是，風(fēng)-光互補(bǔ)聯(lián)合系統(tǒng)還是存在一些比較明顯的缺點(diǎn)的，如系統(tǒng)一次性投資的成本較大，而且還需要定期更換蓄電池等。2.3 本章小結(jié)這一章主要介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)概念，還有光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類，詳細(xì)介紹了每一種光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成和優(yōu)勢(shì)。廣東石油化工學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文：基于DSP2812的離網(wǎng)型智能光伏逆變器第三章 光伏電池3.1 光伏電池的工作原理在太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，太陽(yáng)能電池的作用是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能的，太陽(yáng)能電池陣列是由多個(gè)特性相同的太陽(yáng)能電池經(jīng)過串并聯(lián)后組成的，一般是都由半導(dǎo)體材料制造而成的，它的特性與二極管比較類似。太陽(yáng)能電池實(shí)際上就是一個(gè)PN結(jié)，PN結(jié)在平衡狀態(tài)的時(shí)候，中間處會(huì)有個(gè)耗散層，里面有著勢(shì)壘電場(chǎng)，最終形成一個(gè)方向由N指向P的電場(chǎng)。當(dāng)太陽(yáng)光照射到PN結(jié)的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生少量的電子和空穴對(duì)，N區(qū)就會(huì)有過剩的電子，這時(shí)候就會(huì)形成光生電動(dòng)勢(shì)，它的方向與勢(shì)壘電場(chǎng)方向是相反的。光生電動(dòng)勢(shì)會(huì)使P區(qū)和N區(qū)分別帶正電和負(fù)電，進(jìn)而產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)。根據(jù)這個(gè)原理，我們?nèi)绻脤?dǎo)線將兩個(gè)電極相連接，就會(huì)產(chǎn)生“光生電流”，從而產(chǎn)生電能9。3.2 光伏電池的分類光伏電池大多數(shù)都是用半導(dǎo)體固體材料制作而成，還有一部分是用半導(dǎo)體加電解質(zhì)的光電化學(xué)電池。經(jīng)過這么多年的發(fā)展，光伏電池的種類已經(jīng)非常多了，無(wú)論是采用哪一種材料生產(chǎn)太陽(yáng)能電池，對(duì)于材料的要求大概是這樣的：半導(dǎo)體材料的禁帶不可以太寬；要有比較高的光電轉(zhuǎn)換效率；材料本身不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；材料要便于生產(chǎn)，而且性能要穩(wěn)定，不易出現(xiàn)問題。按電池結(jié)構(gòu)分類，太陽(yáng)能光伏電池可以分為異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能光伏電池、同質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能光伏電池、肖特基太陽(yáng)能光伏電池、薄膜太陽(yáng)能光伏電池、疊層太陽(yáng)能光伏電池和濕式太陽(yáng)能光伏電池。按電池材料分類，光伏電池可以分為硅太陽(yáng)能電池、非硅半導(dǎo)體太陽(yáng)能光伏電池、有機(jī)半導(dǎo)體太陽(yáng)能光伏電池10。3.3 太陽(yáng)能電池組件太陽(yáng)能電池板采用的是高晶硅材料，并采用了強(qiáng)度高、透光性強(qiáng)的太陽(yáng)能專用鋼化玻璃和高性能、抗紫外線的專用密封材料層壓制成的，可以在雨雪、溫度聚變的惡劣環(huán)境下正常使用。太陽(yáng)能電池最基本的形式是以模塊的形式出現(xiàn)，單個(gè)模塊的輸出功率可以是幾瓦到幾百瓦，多種規(guī)格可任意搭配選用。在最近又出現(xiàn)了一種新型的太陽(yáng)能電池AC模塊，它的特點(diǎn)是內(nèi)置逆變器，可以輸出交流電能，有的甚至還具有控制器的功能，可以隨著光照強(qiáng)度的變化保持很高的轉(zhuǎn)換效率。這樣雖然增加了逆變器的成本，但對(duì)提高發(fā)電量更有用處11。3.3.1 光伏陣列的基本組合單體光伏電池是太陽(yáng)能光伏電池的最基本單元，它又可以叫做太陽(yáng)能光伏電池片。在用光伏電池供電的系統(tǒng)中，太陽(yáng)能光伏電池片容量比較小，輸出電壓也只有零點(diǎn)幾伏、輸出功率也只有一瓦左右。不能滿足一般負(fù)載用電時(shí)的需求，也不方便安裝和使用，所以不會(huì)單獨(dú)使用光伏電池片。一般情況下我們都要將單體的太陽(yáng)能電池進(jìn)行串、并聯(lián)構(gòu)成組合體來(lái)滿足負(fù)載的要求，組合體通過工藝流程將其封裝在透明的盒子里，將正負(fù)極線引出，就可以單獨(dú)發(fā)電使用了。太陽(yáng)能光伏電池模塊組件（module）指的是封裝前的組合體，而太陽(yáng)能電池組合板（簡(jiǎn)稱光伏電池板）指的是封裝后的組合體。光伏電池的最基本單元是工程上經(jīng)常使用到的光伏電池板，它的輸出電壓一般比較低，在十幾伏到幾十伏之間。另外我們可以將若干個(gè)光伏電池板再串、并聯(lián)組成大功率的供電裝置，從而滿足負(fù)載的要求，這種裝置我們叫做光伏陣列。在構(gòu)成光伏陣列的時(shí)候，我們需要考慮負(fù)荷的用電量、電流、電壓、功率和光照強(qiáng)度等，來(lái)確定我們所需的太陽(yáng)能光伏電池的串、并聯(lián)的數(shù)量。當(dāng)將光伏電池板串聯(lián)起來(lái)使用的時(shí)候，單個(gè)太陽(yáng)能電池組件工作電壓之和就是總的輸出電壓，而總的輸出電流等于該電池組件的電流。所以我們?cè)谶x擇的時(shí)候要選擇工作電流相等或近似相等的太陽(yáng)能電池組件串聯(lián)使用，以免造成電流的白白浪費(fèi)。將電池組件并聯(lián)使用的時(shí)候，各個(gè)電池組件工作時(shí)的電壓的平均值就是總的輸出電壓，而各個(gè)電池組件工作電流相加就是總的輸出電流。確定光伏電池板串聯(lián)數(shù)和光伏陣列總的輸出電壓的時(shí)候，首先要考慮的是負(fù)載電壓的需求，然后需要考慮蓄電池的浮充電壓、溫度和控制回路的影響。如果總的輸出電壓低于所需要的電壓，就可能會(huì)出現(xiàn)太陽(yáng)能光伏電池只有電壓輸出沒有電流輸出的現(xiàn)象，所以我們?cè)谟?jì)算電池組件串聯(lián)數(shù)量的時(shí)候，要給系統(tǒng)留一些余量，但也不能把串聯(lián)級(jí)數(shù)定的太高了，會(huì)造成嚴(yán)重的浪費(fèi)。最佳的方法就是讓電池組件盡量工作在伏安特性曲線的最大工作點(diǎn)的位置。確定光伏電池板并聯(lián)數(shù)和光伏陣列總的輸出電流的時(shí)候，首先要考慮的是系統(tǒng)平均每天的耗電量、當(dāng)?shù)氐奶鞖馇闆r，同時(shí)還需要考慮蓄電池組的充電效率、電池表面磨損程度和電池老化所帶來(lái)的不良因數(shù)。一般情況下，光伏電池組件的蓄電池的充電電流就是光伏電池組件的并聯(lián)數(shù)乘以每一支路的最佳工作電流。太陽(yáng)能光伏陣列的主要性能指標(biāo)如表3.1所示：表3.1 光伏陣列的主要性能指標(biāo)名稱單位定義輸出功率PW光伏陣列一天內(nèi)為負(fù)載提供的有效平均功率或峰值功率輸出能量EWh光伏陣列在一天內(nèi)所產(chǎn)生的能量，即為功率對(duì)時(shí)間的積分輸出安培小時(shí)EAh能量的另一種表示方法，主要用于蓄電池提供的光伏陣列效率功率效率p%光伏陣列功率輸出與太陽(yáng)能輸入之比能量效率e%光伏陣列能量輸出與太陽(yáng)能輸入之比重量（質(zhì)量）mkg表示該光伏陣列所含材料的多少成本元表示該光伏陣列的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)功率密度W/m2表示該光伏陣列單位面積的功率能量密度Wh /m2表示該光伏陣列單位面積的能量質(zhì)量密度kg/m2表示該光伏陣列單位面積的質(zhì)量單位成本元/W表示該光伏陣列單位功率的成本3.3.2 光伏陣列的分類光伏陣列的種類有很多，我們可以根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)太陽(yáng)能光伏陣列進(jìn)行分類。按外形結(jié)構(gòu)來(lái)分類的話，光伏陣列主要有平面式光伏陣列、曲面光伏陣列以及聚光太陽(yáng)能光伏陣列；以安裝形式來(lái)分類的話，可以分為固定安裝光伏陣列、定向安裝光伏陣列和加固太陽(yáng)能光伏陣列；按使用場(chǎng)合來(lái)分類的話，則可以分為地面太陽(yáng)能光伏陣列、高空光伏陣列、宇宙光伏陣列以及潛水光伏陣列。下面介紹幾種常用的光伏陣列12：1) 平板光伏陣列，就是將多個(gè)電池單元按照平板結(jié)構(gòu)組裝在一起，并將所有的光伏電池都要朝同一個(gè)方向。這種光伏陣列是直接收集照射的太陽(yáng)光的，光伏陣列可以固定安裝，也可以安裝成定向模式的。這種光伏陣列的組裝的技術(shù)已經(jīng)成熟，而且安裝非常便捷、維護(hù)方便，所以在市場(chǎng)上應(yīng)用是最為廣泛的。2) 曲面光伏陣列，這種光伏陣列是直接將光伏電池片貼在場(chǎng)地上或物體上的。電池片可以貼在不規(guī)則的表面上，電池片可以貼在凸面，也可以是凹面。因?yàn)檫@種陣列的安裝方式較為復(fù)雜，遮擋太陽(yáng)的概率比較高，所以適用于高科技的場(chǎng)合，如飛行器、附加太陽(yáng)跟蹤裝置等。3) 聚光式太陽(yáng)能光伏陣列，這種光伏陣列就是通過反射鏡或折射鏡將太陽(yáng)光聚集到光伏電池片上。它的特點(diǎn)是可以增強(qiáng)太陽(yáng)光的強(qiáng)度，還可以用少量的電池得到大量的電能，但隨之也會(huì)帶來(lái)問題，如電池板的工作溫度會(huì)升的很高，很容易使電池板燒壞。從光伏陣列的制作和安裝成本來(lái)說(shuō)，這種方式要比平板固定式價(jià)格上便宜一些；但因?yàn)樗€要附加太陽(yáng)跟蹤裝置，這些跟蹤裝置的維護(hù)和光伏陣列在高溫下共組的可靠性都是不大不小的問題。4) 固定安裝光伏陣列，是將光伏陣列固定安裝在地面結(jié)構(gòu)上或者飛行器上。它的特點(diǎn)是這種光伏陣列表面和太陽(yáng)光之間的角度是連續(xù)不斷變化的。5) 定向安裝光伏陣列，這種光伏陣列是將光伏電池安裝在特定的定向裝置上，光伏電池表面是跟著太陽(yáng)一直在旋轉(zhuǎn)的，以此來(lái)獲得最大的功率輸出。這種定向裝置又稱為太陽(yáng)能跟蹤器，太陽(yáng)能跟蹤器可以分為單軸跟蹤和雙軸跟蹤兩種，跟蹤運(yùn)行可以是連續(xù)的，也可以是間歇的。3.4 光伏電池的數(shù)學(xué)模型1) 光伏電池的數(shù)學(xué)模型13：通過半導(dǎo)體電子學(xué)理論，我們可以知道光伏電池的等效電路如圖3.1所示：圖3.1光伏電池等效電路當(dāng)光照強(qiáng)度一定的時(shí)候，可以把光伏電池看作是一個(gè)恒定電流源，二極管的正向電流和并聯(lián)電阻電流ISR都是由光電流IL提供，剩余的光電流是通過串聯(lián)電阻RS輸出給負(fù)載的，并在負(fù)載端產(chǎn)生電壓U。根據(jù)圖中的電流電壓的參考方向，光伏電池的I-U方程為： (3.1)式中：IL-光電流，單位（A）；I0-二極管反向飽和電流，單位(A)；q-電子電荷（C）；A-二極管因子；K-波爾茲曼常數(shù)（J/K）;T-太陽(yáng)能電池輸出電流，單位(A)；RS-串聯(lián)電阻，單位()；RSR-并聯(lián)電阻，單位()；I-太陽(yáng)能電池輸出電流，單位(A);U-太陽(yáng)能電池輸出電壓，單位(V)。2) 光伏電池的簡(jiǎn)化分析模型：在現(xiàn)實(shí)的太陽(yáng)能光伏電池中，因?yàn)槠陂g的瞬時(shí)響應(yīng)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，所以我們?cè)诜治龅臅r(shí)候通常是忽略結(jié)電容Cj；將電阻并聯(lián)的時(shí)候阻值一般較大（兆歐級(jí)）；將電阻串聯(lián)的時(shí)候阻值一般比較?。泓c(diǎn)幾歐）。所以根據(jù)具體情況，光伏電池的I-U方程可簡(jiǎn)化為： (3.2)或 (3.3)簡(jiǎn)化的模型結(jié)構(gòu)分別如圖3.2（a）和3.2（b）所示:（a）忽略串聯(lián)電阻等效電阻 （b）忽略并聯(lián)電阻等效電路圖3.2 光伏電池簡(jiǎn)化模型（1）通過對(duì)光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型的分析可以得出一個(gè)結(jié)論，光伏電池的輸出是一個(gè)復(fù)雜變量，它會(huì)隨著光照條件和溫度等因素而變化。在一定的溫度和日照強(qiáng)度條件下，光伏電池所呈現(xiàn)的伏安特性就是光伏電池的輸出特性，輸出電壓和輸出電流之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，我們通常簡(jiǎn)稱為I-U特性曲線。因?yàn)殡姵販囟取⒐庹諒?qiáng)度等因素都會(huì)對(duì)光伏電池的特性產(chǎn)生較大的影響，所以我們?cè)跍y(cè)試光伏電池的性能的時(shí)候，需要制定出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試條件。我國(guó)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件為：日照強(qiáng)度1KW/m2,電池溫度為25，太陽(yáng)輻射光譜為AM1.5。 圖3.3(a) 圖3.3（b）圖3.3(c)圖3.3 光伏電池輸出特性其中：圖3.3（a）光伏電池典型輸出特性曲線圖3.3（b）溫度一定，日照強(qiáng)度對(duì)輸出特性的影響圖3.3（c）日照強(qiáng)度一定時(shí)，溫度對(duì)輸出特性的影響。開路電壓（UOC）：標(biāo)準(zhǔn)條件下所能輸出的最大電壓；最大功率點(diǎn)電壓（Um）：標(biāo)準(zhǔn)條件下最大功率點(diǎn)的電壓；短路電流（ISC）:標(biāo)準(zhǔn)條件下所能輸出的最大電流；最大功率點(diǎn)電流（Im）：標(biāo)準(zhǔn)條件下最大功率點(diǎn)的電流；最大功率點(diǎn)功率（Pm）：標(biāo)準(zhǔn)條件下輸出最大功率Pm=Um*Im。由上圖我們可以看出：光伏電池即不是恒流源，也不是恒壓源。但是，當(dāng)光伏電池輸出電壓較小的時(shí)候，伴隨著著電壓的變化，輸出電流的變化也會(huì)變得很小，光伏電池可以近似看成是一個(gè)恒流源；當(dāng)光伏電池輸出電壓超出最大功率點(diǎn)電壓的時(shí)候，輸出電流也會(huì)隨著急劇下降，光伏電池又可近似看成是一個(gè)恒壓源。當(dāng)光伏強(qiáng)度和電池溫度一定的時(shí)候，系統(tǒng)將會(huì)有唯一最大輸出功率點(diǎn)Pm（其左側(cè)為近似恒流源段，右側(cè)為近似恒壓源段）。（2）日照強(qiáng)度和溫度對(duì)太陽(yáng)能光伏電池的輸出特性的影響光伏電池的I-U特性曲線與日照強(qiáng)度和電池溫度有關(guān)。圖3.3（b）是當(dāng)溫度一定時(shí)，日照強(qiáng)度分別為200W/m2、400W/m2、600W/m2、800W/m2、1000W/m2時(shí)太陽(yáng)能光伏電池的輸出特性曲線。從圖中我們可以看出，當(dāng)溫度一定的時(shí)候，光伏電池短路電流ISC是隨著日照強(qiáng)度的增加而增加的，與日照強(qiáng)度是成正比；開路電壓是隨著日照強(qiáng)度的增加而小幅增加，增加的幅度很小。圖3.3（c）是當(dāng)日照強(qiáng)度一定時(shí)，電池處于不同溫度的時(shí)候，光伏電池的輸出特性曲線。從中可以看出，隨著電池溫度的升高，光伏電池的短路電流ISC略微增加，而光伏電池開路電壓Uoc降低。由上面的三條特性曲線我們可以得出結(jié)論，當(dāng)日照強(qiáng)度一定時(shí)，溫度的變化對(duì)電池的短路電流基本沒有影響，但是隨著溫度的升高，光伏電池的開路電壓Uoc的數(shù)值有顯著的降低。另外我們還能知道可見光的光電轉(zhuǎn)換效率受到溫度的影響還是比較大的。3.5 最大功率點(diǎn)跟蹤光伏陣列輸出特性具有很多特征，其中一個(gè)就是其具有非線性特征，它的輸出是受光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度等因素的影響。在一定的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度下，光伏電池可以在不同的輸出電壓下工作，但是只有在一個(gè)點(diǎn)上太陽(yáng)能光伏電池的輸出功率才可以達(dá)到最大值，這點(diǎn)就是光伏電池輸出功率電壓曲線的最高點(diǎn)，我們稱之為最大功率點(diǎn)（MPP）。所以，在光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中想要提高系統(tǒng)的效率，最有效的辦法就是時(shí)刻調(diào)整光伏電池的工作點(diǎn)，讓它始終工作在最大功率點(diǎn)附近，這種方法我們稱之為最大功率點(diǎn)跟蹤（maximum power point tracking，MPPT）7。3.5.1 經(jīng)典MPPT算法的穩(wěn)態(tài)特性分析我們從光伏陣列在不同光照強(qiáng)度下的輸出功率電壓特性曲線圖中可以看到，每條曲線都會(huì)有一個(gè)最大功率輸出點(diǎn)的存在，并且這個(gè)最大功率點(diǎn)在光照強(qiáng)度是確定的條件下是唯一的。在實(shí)際應(yīng)用中，我們所用的“上山法”就是利用了最大功率點(diǎn)dP/dU為零的這一特性?！吧仙椒ā钡木唧w步驟是：先對(duì)太陽(yáng)能光伏陣列進(jìn)行采樣，對(duì)它的輸出電流和電壓進(jìn)行連續(xù)的采樣，并且將每一次采樣的一組數(shù)據(jù)相乘換算成成功率值，然后再減掉上一次采樣得到的功率值，得到的就是功率差分值。當(dāng)功率達(dá)到最大值時(shí)滿足式（3.4），同時(shí)還可以推得式（3.5）。 (3.4) (3.5)令 (3.6) (3.7)則當(dāng)U=I時(shí)，即可近似認(rèn)為達(dá)到最大功率點(diǎn)，這樣就構(gòu)成了最經(jīng)典的一階算法。在實(shí)際的應(yīng)用中，我們需要對(duì)太陽(yáng)能光伏陣列的輸出電壓和電流進(jìn)行連續(xù)采樣。為了避免一些不可預(yù)測(cè)的干擾出現(xiàn)，將每次采樣的電壓和電流數(shù)值進(jìn)行求平均值的操作得到一組電壓電流數(shù)據(jù)，并且減掉上一次平均得到的電壓和電流值，就可以得到電壓和電流差分值，分別記作dI(k)和dU(k)即： (3.8) (3.9)然后按照上面的式(3.8)和式（3.9）分別計(jì)算和，它們具有功率的量綱，可以記做功率差分。 (3.10) (3.11)通過比較和的大小我們可以確定太陽(yáng)能光伏陣列的工作區(qū)域。如果，太陽(yáng)能光伏陣列的輸出功率已經(jīng)達(dá)到了最大功率點(diǎn)的首要條件了，我們可以大致地認(rèn)為系統(tǒng)已經(jīng)工作在最大功率點(diǎn)上了；如果，就說(shuō)明太陽(yáng)能光伏陣列輸出功率增大的方向就是電壓增大，電流減小的方向，即系統(tǒng)工作在恒定電流區(qū)域以內(nèi)，這時(shí)候我們必須降低系統(tǒng)的有功輸出，系統(tǒng)才能重新工作在最大功率點(diǎn)上；如果，則說(shuō)明太陽(yáng)能光伏陣列輸出功率增加的方向是電流增加，電壓減小的方向，即系統(tǒng)工作在恒定電壓區(qū)域以內(nèi)，這時(shí)候必須增加系統(tǒng)有功輸出，系統(tǒng)才能重新工作在最大功率點(diǎn)上。上述具有一階差分方法的最大功率的跟蹤控制的“上山”算法框圖如圖3.4所示:圖3.4 最大功率點(diǎn)控制算法框圖在圖3.4的算法框圖中，Uref代表的是系統(tǒng)輸出有功指令，C代表的是輸出有功變化的步長(zhǎng)。我們?cè)趯?duì)多點(diǎn)采樣值進(jìn)行平均值得計(jì)算的時(shí)候，通過比較和判斷后再確定當(dāng)前的工作頻率，同時(shí)輸出相應(yīng)的控制指令作為一個(gè)控制循環(huán)。當(dāng)電壓功率差分值等于電流功率差分值的時(shí)候，可以認(rèn)為外部狀態(tài)沒有改變，系統(tǒng)仍然工作在最大功率點(diǎn)；當(dāng)電壓功率差分值大于電流功率差分值的時(shí)候，說(shuō)明當(dāng)前的光照強(qiáng)度有所減弱導(dǎo)致光伏陣列的輸出功率下降，這時(shí)候應(yīng)該降低系統(tǒng)的輸出有功，從而滿足陣列最大功率輸出的要求。當(dāng)電流功率差分值大于電壓功率差分值的時(shí)候，說(shuō)明當(dāng)前的光照強(qiáng)度有所增強(qiáng)，應(yīng)該相應(yīng)地增加系統(tǒng)輸出有功使得光伏陣列總能以最大功率輸出。3.5.2 幾種常見的最大功率點(diǎn)算法下面介紹幾種常用的最大功率點(diǎn)的算法14：1) 電壓反饋法光伏陣列是一種非線性的電源。由恒電流區(qū)域與恒電壓區(qū)域組成它的輸出特性，這兩個(gè)區(qū)域的交點(diǎn)就是系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)。在不同的光照強(qiáng)度下，光伏陣列都會(huì)唯一存在一個(gè)最大的功率輸出點(diǎn)。恒定電壓跟蹤法是一種穩(wěn)壓控制，此方法是通過調(diào)整太陽(yáng)能光伏電池在某一照度及溫度下的最大功率點(diǎn)的電壓大小，讓它的電壓與測(cè)試的電壓相符合，從而達(dá)到最大功率點(diǎn)跟蹤的效果。不過，這種方法也存在很明顯的缺點(diǎn)，最大的缺點(diǎn)是當(dāng)氣候大幅變化的時(shí)候，系統(tǒng)不能自動(dòng)識(shí)別并跟蹤到最大功率點(diǎn)，這樣會(huì)造成大量的能源消耗。對(duì)于那些早期的太陽(yáng)能光伏電池來(lái)說(shuō)，因?yàn)橥馓罩械臏囟茸兓^小，所以電壓反饋法是一個(gè)解決問題的好辦法。但是，隨著太陽(yáng)能光伏電池的迅猛發(fā)展，另外大氣環(huán)境也發(fā)生了很大的變化，使得最大功率點(diǎn)變化無(wú)常，這種方法便已經(jīng)不符合我們現(xiàn)在的需求，所以電壓反饋法已經(jīng)很少用在了最大功率點(diǎn)跟蹤上了。2) 電導(dǎo)增量法電導(dǎo)增量法（導(dǎo)納微分）的基本理念是與功率反饋法時(shí)相同的，其出發(fā)點(diǎn)為dU/dI=0這個(gè)邏輯判斷式，其中的功率（P）可由電壓（U）與電流（I）表示。 (3.12) (3.13) (3.14)式中，dI表示增量前后測(cè)得到的電流差值；同理，dU表示增量前后測(cè)量到的電壓差值。因此，通過測(cè)量增量值（dI/dU）與瞬間太陽(yáng)能光伏電池的電導(dǎo)值（），我們可以決定下一次的擾動(dòng)，當(dāng)增量值和電導(dǎo)值符合式（3.14）要求的時(shí)候，表示系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到最大功率點(diǎn)了，不用再進(jìn)行下一次擾動(dòng)，這就是電導(dǎo)增量法的基本工作原理。如圖3.5所示：雖然電導(dǎo)增量法仍然是以改變太陽(yáng)能是以改變太陽(yáng)能光伏電池輸出電壓來(lái)達(dá)到最大功率點(diǎn)，但是通過修改邏輯判斷式來(lái)減少在最大功率點(diǎn)附近的振蕩現(xiàn)象，可以使它更能適應(yīng)多變的氣候環(huán)境。就理論上而言，這種方法的理論推導(dǎo)是完美的，但是實(shí)際情況下，傳感器往往無(wú)法達(dá)到我們所要求的精度，所以誤差是沒辦法避免的。所以式（3.14）發(fā)生的機(jī)率是比較小的，這就意味著這種方法在實(shí)際情況中跟理想狀態(tài)下還是存在很明顯的差別，所以這種方法存在很大的誤差。由此可見，擾動(dòng)觀察法與電導(dǎo)增量法是差不多的，這兩種方法存在的誤差都很大，差別只在于邏輯判斷與測(cè)量參數(shù)的取舍。電導(dǎo)增量法是借著修改邏輯判斷式來(lái)減少在最大功率點(diǎn)附近的振蕩現(xiàn)象，使其更能適應(yīng)變化的日照強(qiáng)度和溫度。這種控制算法實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)復(fù)雜，而且檢測(cè)精度和速度在一定程度上會(huì)影響跟蹤精度和速度，同時(shí)，電導(dǎo)增量步長(zhǎng)的選取也會(huì)影響跟蹤誤差的大小和速度。圖3.5 電導(dǎo)增量法的控制流程圖3) 擾動(dòng)觀察法擾動(dòng)觀察法也稱爬山法（登山法），它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且需要測(cè)量的參數(shù)較少，所以它被普遍地應(yīng)用在太陽(yáng)能光伏電池的最大功率點(diǎn)跟蹤上。通過周期性的增加或減少負(fù)載的大小，以改變太陽(yáng)能光伏電池的端電壓及輸出功率，并觀察、比較負(fù)載變動(dòng)前后的輸出電壓及功率的大小，以決定下一步的增、減負(fù)載動(dòng)作。假設(shè)輸出功率較變動(dòng)前大，則負(fù)載繼續(xù)朝同一方向變動(dòng)：反之，若輸出功率較變動(dòng)前小的話，則表示我們需要在下一周期改變負(fù)載變動(dòng)的方向。如此反復(fù)地?cái)_動(dòng)、觀察及比較，讓太陽(yáng)能光伏電池到達(dá)它的最大功率點(diǎn)，這就是擾動(dòng)和觀察法的基本工作原理。但是，這種方法是通過不斷改變太陽(yáng)能光伏電池的輸出電壓，從而來(lái)跟蹤最大功率點(diǎn)的，當(dāng)達(dá)到最大功率點(diǎn)附近的時(shí)候，擾動(dòng)是不會(huì)停止，會(huì)在最大功率點(diǎn)左右振蕩，這樣會(huì)造成能量的大量損失，同時(shí)會(huì)降低太陽(yáng)能光伏電池的效率。尤其是在天氣環(huán)境變化比較緩慢的時(shí)候，能量損耗的情況會(huì)更加嚴(yán)重，這是擾動(dòng)與觀察法的最大缺點(diǎn)和不足。雖然我們可以縮小每次擾動(dòng)的幅度，不過當(dāng)溫度劇烈變化的時(shí)候，這種做法會(huì)使跟蹤到新的最大功率點(diǎn)的速度變慢，這時(shí)候會(huì)有大量的能量被白白浪費(fèi)掉，因此當(dāng)我們采用擾動(dòng)與觀察法的時(shí)候，擾動(dòng)幅度的大小就要讓我們自己做出取舍。擾動(dòng)觀測(cè)法控制流程圖如圖3.6所示：圖3.6 擾動(dòng)觀測(cè)法控制流程圖3.6 本章小結(jié)這一章主要詳細(xì)的介紹了光伏電池的相關(guān)概念，以及它的分類，同時(shí)還介紹了光伏電池的數(shù)學(xué)模型；介紹了最大功率跟蹤點(diǎn)法和幾種常見的最大功率點(diǎn)算法。廣東石油化工學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文：基于DSP2812的離網(wǎng)型智能光伏逆變器第四章 光伏逆變器的主電路設(shè)計(jì)4.1 離網(wǎng)型光伏逆變器的基本結(jié)構(gòu)離網(wǎng)型光伏逆變器主要是由一次回路和二次回路兩部分組成的，該設(shè)計(jì)采用了雙電源供電的模式，其中主回路由輸入濾波電路、單相全橋逆變電路和輸出濾波電路等組成，輔助回路主要有TMS320F2407A控制電路、信號(hào)檢測(cè)電路等組成。如圖4.1所示：圖4.1 離網(wǎng)型光伏逆變器的結(jié)構(gòu)方框圖主回路是通過輸入濾波電路對(duì)輸入的220V直流電進(jìn)行濾波處理，采用全橋逆變進(jìn)行逆變處理，輸出SPWM波，經(jīng)過工頻變壓器升壓，輸出260V的交流電再經(jīng)過輸出濾波器的濾波，輸出50Hz220V的交流電。4.2 逆變器的主要指標(biāo)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器在可