三相光伏并網(wǎng)逆變器的設(shè)計(jì).doc

三相光伏并網(wǎng)逆變器的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告1 選題的目的和意義隨著社會(huì)生產(chǎn)的曰益發(fā)展，對(duì)能源的需求量在不斷增長(zhǎng)，全球范圍內(nèi)的能源危機(jī)也日益突出。地球中的化石能源是有限的，總有一天會(huì)被消耗盡。隨著化石能源的減少，其價(jià)格也會(huì)提高，這將會(huì)嚴(yán)重制約生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高?？稍偕茉词菨M足世界能源需求的一種重要資源，特別是對(duì)于我們這個(gè)人口大國(guó)來講更加重要。其中太陽能資源在我國(guó)非常豐富，其應(yīng)用具有很好的前景。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是通過太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并通過并網(wǎng)逆變器將直流電變?yōu)榕c市電同頻同相的交流電，并回饋電網(wǎng)。存陽光充足時(shí)，太陽能發(fā)出的電可供使用，而不使用市網(wǎng)電；在陽光不充足或光伏發(fā)電量達(dá)不到使用量時(shí)，由控制部分自動(dòng)調(diào)節(jié)，通過市網(wǎng)電給予補(bǔ)充。此系統(tǒng)主要用于輸電線路調(diào)峰電站以及屋頂光伏系統(tǒng)。 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心技術(shù)是并網(wǎng)逆變器，在本文中對(duì)于單相并網(wǎng)逆變器硬件進(jìn)行了建摸及設(shè)計(jì)。給出了硬件主回路并對(duì)各部分的功能進(jìn)行了分析，同時(shí)選用Tl公司的DSP芯片TMs320F2812作為控制CPU，闡述了芯片特點(diǎn)及選擇的原因。并對(duì)并網(wǎng)逆變器的控制及軟件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究。文中對(duì)于光伏電池的最大功率跟蹤(MPPT)技術(shù)作了閘述并提出了針對(duì)本設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法。最后對(duì)安全并網(wǎng)的相關(guān)問題進(jìn)行了分析探討。2 本選題的國(guó)內(nèi)外動(dòng)向 太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電始于20世紀(jì)80年代，由于光伏并網(wǎng)逆變器在并網(wǎng)發(fā)電中所起的核心作用，世界上主要的光伏系統(tǒng)生產(chǎn)商都推出了各自商用的并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品。這些并網(wǎng)逆變器在電路拓?fù)?、控制方式、功率等?jí)上都有其各自特點(diǎn)，其性能和效率也參差不齊。目前在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上比較成功的商用光伏并網(wǎng)逆變器主要有以下幾種：1 德國(guó)SMA公司的Sunny Boy系列光伏逆變器艾思瑪太陽能技術(shù)股份公司(SMA SolarTechnology AG)是全球光伏逆變器第一大生產(chǎn)供應(yīng)商，并引領(lǐng)著全球光伏領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展。該公司推出的Sunny Boy系列光伏組串逆變器是目前為止并網(wǎng)光伏發(fā)電站最成功的逆變器，市場(chǎng)份額高達(dá)60。其在國(guó)內(nèi)的典型工程包括大興天普“50kWp大型屋頂光伏并網(wǎng)示范電站、深圳國(guó)際園林花卉博覽園1MWp光伏并網(wǎng)發(fā)電工程等。2奧地利Fronius公司的IG系列光伏逆變器Fronius是專業(yè)生產(chǎn)光伏并網(wǎng)逆變器和控制器的高新技術(shù)企業(yè)，光伏并網(wǎng)逆變器實(shí)力排名世界第二。目前該公司的市場(chǎng)主要在歐洲和北美，在國(guó)內(nèi)參與的工程還比較少。3美國(guó)Power-One公司的AURORA系列光伏逆變器Power-One(寶威)是世界知名的電源供應(yīng)商，該公司于2006年通過收購(gòu)Magnetek而進(jìn)入新能源領(lǐng)域。在2008年底，該公司已與云南無線電有限公司簽署了光伏并網(wǎng)逆變器項(xiàng)目合作協(xié)議，將對(duì)推動(dòng)我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。4陽光電源的SunGrow系列光伏逆變器作為國(guó)內(nèi)最大的光伏逆變器提供商，陽光電源始終專注于可再生能源發(fā)電產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)，其產(chǎn)品主要有光伏發(fā)電電源、風(fēng)力發(fā)電電源、回饋式節(jié)能負(fù)載、電力系統(tǒng)電源等。陽光電源先后成功參與了北京奧運(yùn)鳥巢、上海世博會(huì)、三峽工程、上海臨港大型太陽能光伏發(fā)電項(xiàng)目、西班牙Malaga 5MW大型光伏電站等重大工程。到目前為止，陽光電源還是國(guó)內(nèi)唯一一家取得CE認(rèn)證的光伏發(fā)電設(shè)備提供商，該公司產(chǎn)品已成功進(jìn)入西班牙、意大利等對(duì)并網(wǎng)技術(shù)要求十分嚴(yán)格的歐洲市場(chǎng)。相對(duì)國(guó)內(nèi)同行，其技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)明顯。除以上公司外，能提供成熟的商用光伏并網(wǎng)逆變器的廠家還很多，如加拿大的Xantrex公司、德國(guó)康能(Conergy)集團(tuán)，國(guó)內(nèi)的北京索英電氣、南京冠亞電源等。同時(shí)，國(guó)內(nèi)許多高校和研究機(jī)構(gòu)也長(zhǎng)期致力于光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的研究工作，其中中科院電工所在在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)和工程應(yīng)用上取得了很大進(jìn)展，合肥工業(yè)大學(xué)能源研究所在光伏水泵系統(tǒng)、太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及光伏照明系統(tǒng)方面都進(jìn)行了深入的研究，上海交通大學(xué)能源研究院在太陽能與建筑節(jié)能、中山大學(xué)太陽能系統(tǒng)研究所在太陽能材料和太陽電池技術(shù)、光伏建筑一體化、太陽能半導(dǎo)體照明等方面都進(jìn)行了廣泛而深入的研究。清華大學(xué)、北方交通大學(xué)、山東大學(xué)等院校也在光伏發(fā)電領(lǐng)域開展了大量的研究和開發(fā)工作。光伏并網(wǎng)逆變器市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也越來越激烈，技術(shù)和價(jià)格優(yōu)勢(shì)己成為產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力。相對(duì)于國(guó)外逆變器廠家，國(guó)內(nèi)廠商除了在價(jià)格上具有一定優(yōu)勢(shì)外，在技術(shù)上差距還比較大，對(duì)國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)行模仿的痕跡還十分明顯。因此有必要繼續(xù)對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器及并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)進(jìn)行深入的研究，這對(duì)提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的性價(jià)比，降低系統(tǒng)造價(jià)，提高國(guó)內(nèi)廠商核心競(jìng)爭(zhēng)力有重要作用，對(duì)推動(dòng)光伏市場(chǎng)的發(fā)展也具有積極影響。3. 論文的主要內(nèi)容和重點(diǎn)本文研究分析單相光伏并網(wǎng)逆變器的工作原理并得出總體的設(shè)計(jì)方案及各部分控制單元的控制策略。前級(jí)DC-DC環(huán)節(jié)部分采用中心差分的電導(dǎo)增量法來實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤（MPPT），并建立MATLAB仿真模型，對(duì)該方案進(jìn)行仿真驗(yàn)證。研究分析并網(wǎng)逆變器主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并對(duì)其建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，釆用虛擬磁鏈?zhǔn)噶慷ㄏ虻目刂萍夹g(shù)，引入虛擬磁鏈觀測(cè)器，通過觀測(cè)電網(wǎng)角度，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)控制。通過Matlab/Simulink對(duì)單相光伏并網(wǎng)逆變器進(jìn)行仿真，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的單相光伏并網(wǎng)逆變器的可行性。4. 實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)1 比較研究分析光伏并網(wǎng)逆變器的控制方式。2 建立虛擬磁鏈觀測(cè)器數(shù)學(xué)模型。3 利用Matlab/Simulink對(duì)單相光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真。5. 預(yù)期達(dá)到的水平和目標(biāo)(1)詳細(xì)分析了以全橋DC-DC電路為前級(jí)的兩級(jí)式高頻隔離光伏并網(wǎng)逆變器的設(shè)計(jì)過程，對(duì)系統(tǒng)的主電路、控制電路的工作原理進(jìn)行了深入分析。(2)在分析了太陽電池的工作特性基礎(chǔ)上，結(jié)合傳統(tǒng)的MPPT控制方法，對(duì)基于移相全橋電路的MPPT控制進(jìn)行了研究，并對(duì)算法在DSP中的實(shí)現(xiàn)做了詳細(xì)分析。(3)對(duì)逆變器輸出級(jí)進(jìn)行了詳細(xì)分析，建立了狀態(tài)空間模型方程，給出了系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，并詳細(xì)分析了T型濾波器的原理及電網(wǎng)電壓對(duì)系統(tǒng)的影響，同時(shí)對(duì)輸出電流的數(shù)字PI控制進(jìn)行了深入研究。(4)設(shè)計(jì)了光伏并網(wǎng)逆變器人機(jī)交互子系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析和討論。在文章最后，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了設(shè)計(jì)方案的可行性。6. 存在的主要問題和技術(shù)關(guān)鍵(1)太陽電池的最大功率點(diǎn)跟蹤是提高效率的最重要手段，本文對(duì)基于移相全橋電路的MPPT跟蹤方法僅進(jìn)行了理論上的分析。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要對(duì)該方法在不同環(huán)境、不同地區(qū)的跟蹤精度做長(zhǎng)期的觀察，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，本文未能完成該部分工作。(2)目前提出的關(guān)于并網(wǎng)逆變器輸出控制的方法多種多樣，本文僅僅討論了其中一種，對(duì)于其他各種控制技術(shù)還需進(jìn)行深入的討論，對(duì)各種控制方法的優(yōu)劣性需要進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比分析。(3)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)際上是一種分布式發(fā)電系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)必然會(huì)對(duì)配電系統(tǒng)和大電網(wǎng)造成一定的影響，尤其光伏系統(tǒng)功率較大時(shí)，其對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響將更加突出。因此，研究分布式發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的影響，對(duì)推廣光伏應(yīng)用具有重要意義。(4)隨著光伏技術(shù)的發(fā)展，具有功率調(diào)節(jié)及無功補(bǔ)償功能的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)于改善電網(wǎng)電能質(zhì)量、減輕電網(wǎng)負(fù)擔(dān)具有重要意義，是光伏發(fā)電技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的一個(gè)重要方向.7參考文獻(xiàn)1楊海柱金新民最大功率跟蹤的光伏并網(wǎng)逆變器的研究.【J】北方交通大學(xué)，2004(4)2陳興峰曹志峰許洪華等光伏發(fā)電的最大功率跟蹤算法研究【J】.可再生能源，2005(1)3羅力.單相數(shù)字式光伏并網(wǎng)逆變器的研究與設(shè)計(jì)【D】.廣東：中山大學(xué)，20094吳理博光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)綜合控制策略研究及實(shí)現(xiàn)【D】清華大學(xué)20065王飛單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的分析與研究【D】.合肥工業(yè)大學(xué)20036崔容強(qiáng)，趙春江，吳達(dá)成并網(wǎng)型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)【M】北京.化學(xué)工業(yè)出版社，2007，1-47張敏.10kW太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究【D】.安徽.安徽理工大學(xué)，2011.8舒杰，傅誠(chéng)，陳德明，沈玉棵高頻并網(wǎng)光伏逆變器的主電路拓?fù)浼夹g(shù)【M】電力電子技術(shù)，2008，42.79-829 趙爭(zhēng)鳴,劉建政,孫曉瑛,等. 太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用【M】.北京.科學(xué)出版社, 2005: 203-231.10吳海濤,孔娟,夏東偉基于MATLAB/Simulink的光伏電池建模與仿真青島大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，21(4).74-7711王巖光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT控制方法的研究【D】華北電力大學(xué)，21-40，200712Hasan.K.N, Haque.M.E.,Negnevitsky.M.An improved maximum power point tracking technique of the photovoltaic module with current mode control. AUPEC09 - 19th Australasian Universities Power Enginee