單相光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)主電路

單相光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)主電路

的設(shè)計(jì)TheMainCircuitDesignofSingle-phase

PhotovoltaicInverterSystem畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題目單相光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)內(nèi)容光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變系統(tǒng)是極其重要的環(huán)節(jié)，其可靠性直接影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。逆變系統(tǒng)主電路采用單相單極性SPWM全橋式逆變電路（單相全橋+輸出變壓器隔離）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)主電路及IGBT吸收電路原理進(jìn)行理論分析，并在MATLAB下進(jìn)行建模仿真。逆變系統(tǒng)主電路輸出電能有大量高頻諧波存在，而負(fù)載要求電能清潔無(wú)污染，因此，在主電路輸出端加一個(gè)低通濾波器，濾除高頻諧波。二、設(shè)計(jì)條件逆變系統(tǒng)主電路的各項(xiàng)參數(shù)為：輸入電壓：230VDC--270VDC輸出電壓：220VAC輸出額定電流：5A開(kāi)關(guān)頻率：17KHz最大輸出功率：1.1kW三、基本要求分析光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)的工作原理，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)逆變系統(tǒng)主電路、參數(shù)計(jì)算、器件選型；主電路仿真實(shí)現(xiàn)；設(shè)計(jì)緩沖電路，進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，緩沖電路仿真實(shí)現(xiàn)；輸出濾波器的設(shè)計(jì)。四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn)五、進(jìn)度計(jì)劃第1-2周第3周第4-6周五、進(jìn)度計(jì)劃第1-2周第3周第4-6周第7周第9-13周第14-15周開(kāi)題報(bào)告搜集資料，進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)主電路，參數(shù)計(jì)算，器件選型，主電路仿真實(shí)現(xiàn)中期檢查設(shè)計(jì)緩沖電路，參數(shù)計(jì)算，仿真實(shí)現(xiàn)，輸出濾波器的設(shè)計(jì)答辯畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告題目 單相光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)主電路的設(shè)計(jì)一、 研究背景隨著全球人口的增加以及工業(yè)的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)能源的需求越發(fā)的增多，但是，自然界的一次能源儲(chǔ)量有限，能源危機(jī)迫在眉睫。就連近代才發(fā)展起來(lái)的核能發(fā)電的原料鈾的儲(chǔ)量也是有限的，而且還存在著安全與污染的難題，同樣不能解決長(zhǎng)期的穩(wěn)定的供電難題。同時(shí)，一次能源的開(kāi)采、運(yùn)輸及使用的過(guò)程中都會(huì)對(duì)人類(lèi)生存的環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。目前，由于大量使用一次能源，全世界每年產(chǎn)生約1億噸的溫室效應(yīng)氣體，已經(jīng)造成了特別嚴(yán)重的大氣污染，全秋表面氣溫逐年增高，造成冰山融化，海平面上升，如果再不加以控制，人類(lèi)的生存空間也將會(huì)受到限制。與此同時(shí)人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)也在不斷的提高，因此尋找清潔的可再生的代替能源變得越來(lái)越重要。通過(guò)研究和實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)能是一種綠色的清潔替代能源。并且太陽(yáng)能是取之不盡的可再生能源并且不需要開(kāi)采和運(yùn)輸。太陽(yáng)能作為一種新能源還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是清潔無(wú)污染，沒(méi)有任何物質(zhì)的排放，不會(huì)留下污染物。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，而且太陽(yáng)能發(fā)電本身不向外界排放廢物，沒(méi)有機(jī)械噪聲。因此太陽(yáng)能是一種非常理想的替代能源。隨著電力電子的技術(shù)的不斷完善，越來(lái)越多的國(guó)家大力開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)。二、 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能光伏應(yīng)用仍然以獨(dú)立供電系統(tǒng)為主，并網(wǎng)系統(tǒng)剛剛起步，但是也取得了不少成果。例如:提出了光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的一種新方案，即一種應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的直接電流跟蹤滯環(huán)控制方法;通過(guò)應(yīng)用狀態(tài)反饋線(xiàn)性化方法設(shè)計(jì)了一種非線(xiàn)性控制器，實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)逆變器有功、無(wú)功分量的獨(dú)立控制;小功率、高效率等光伏并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn);最大功率點(diǎn)跟蹤得以研究。高校研究方面，教育部在合肥工業(yè)大學(xué)成立教育部光伏工程系統(tǒng)研究中心，取得了一系列可喜成果。中科院電工所也致力于光伏發(fā)電的研究并于1998年10月在西藏安多縣建成100KW光伏電站，這是目前我國(guó)發(fā)電容量最大、設(shè)備配套最先進(jìn)、最完善的大型光伏電站。此外，清華大學(xué)和浙江大學(xué)以及武漢大學(xué)也在光伏發(fā)電方面取得了一定的成果。國(guó)外研究現(xiàn)狀在國(guó)外，并網(wǎng)發(fā)電逐漸成為太陽(yáng)能光伏發(fā)電的主要應(yīng)用領(lǐng)域，太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)逐漸形成，并持續(xù)高速發(fā)展。目前國(guó)外并網(wǎng)逆變器技術(shù)發(fā)展十分迅速，其研究主要集中在數(shù)字鎖相技術(shù)、數(shù)字DSP控制技術(shù)、孤島檢測(cè)技術(shù)，和運(yùn)用模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、魯棒控制實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，以及綜合考慮以上方面的系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)等，解決了最大功率點(diǎn)跟蹤及逆變器設(shè)計(jì)問(wèn)題，在一定程度上提高了太陽(yáng)能光伏陣列的轉(zhuǎn)換效率。此外，國(guó)外有些并網(wǎng)逆變器同時(shí)具有獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行功能。綜上所述，目前國(guó)外光伏并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品的研發(fā)主要集中在最大功率跟蹤和逆變環(huán)節(jié)集成的單級(jí)能量變換上，功率主要為幾百瓦到五千瓦的范圍，控制電路主要采用數(shù)字控制，注重系統(tǒng)的安全性、可靠性和擴(kuò)展性，均具有各種完善的保護(hù)電路。三、 主要技術(shù)指標(biāo)本設(shè)計(jì)主要就是進(jìn)行單相光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)的主電路的設(shè)計(jì)。逆變系統(tǒng)是極其重要的環(huán)節(jié)。其中逆變系統(tǒng)主電路采用單相單極性SPWM全橋式逆變電路（單相全橋+輸出變壓器隔離）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，需要對(duì)其進(jìn)行參數(shù)計(jì)算以及器件選型，也要對(duì)IGBT緩沖電路進(jìn)行詳細(xì)的理論分析計(jì)算，并在MATLAB下進(jìn)行了仿真研究。在此基礎(chǔ)上完成主電路的設(shè)計(jì)調(diào)試，給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。2.采用的方法、手段根據(jù)設(shè)計(jì)要求，輸入電壓為230VDC--270VDC，輸出電壓為220VAC，光伏發(fā)電就是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，此時(shí)的轉(zhuǎn)換的電為直流電，再將得到的直流電轉(zhuǎn)換成為220V的交流電。分析光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)的工作原理，逆變系統(tǒng)的主電路采用單相單極性SPWM全橋式逆變電路，還需設(shè)計(jì)一個(gè)IGBT的緩沖電路起到保護(hù)作用。并且由于逆變系統(tǒng)主電路輸出電能有大量高頻諧波存在，而負(fù)載要求電能清潔無(wú)污染，因此，在主電路輸出端加一個(gè)低通濾波器，濾除高頻諧波，以達(dá)到預(yù)期的效果，并在MATLAB下進(jìn)行建模仿真。四、預(yù)期達(dá)到的結(jié)果實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析計(jì)算及仿真結(jié)果吻合，主電路輸出波形良好，緩沖電路性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，主電路及IGBT緩沖電路研究方案正確可行有效。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類(lèi)對(duì)能源的依賴(lài)日益加重，能源短缺和環(huán)境污染與經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的矛盾日益突出。人類(lèi)為尋求經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，不斷在探索可再生的環(huán)保的新能源。太陽(yáng)能作為一種取之不盡、用之不竭的可再生的環(huán)保能源，成為人類(lèi)研究及開(kāi)發(fā)利用的熱點(diǎn)，并已經(jīng)取得了顯著的成果。本文以光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)為研究對(duì)象，逆變系統(tǒng)的主電路采用單相全橋+輸出變壓器隔離，IGBT緩沖電路采用的是RCD緩沖電路，進(jìn)行了輸出濾波器的設(shè)計(jì)。并且對(duì)主電路、IGBT緩沖電路以及輸出濾波器進(jìn)行參數(shù)計(jì)算和器件選型，最后在MATLAB環(huán)境下完成建模與仿真。最終，在MATLAB中完成建模，單相全橋逆變電路實(shí)現(xiàn)將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，輸出電壓?20V和輸出電流為5A。緩沖電路消除了尖峰電壓，實(shí)現(xiàn)了對(duì)IGBT的保護(hù)。關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)主電路MATLABAbstractWiththerapiddevelopmentofsocialeconomy,thehumandependenceonenergyincreasing,energyshortageandenvironmentalpollutionandrapideconomicdevelopmentofincreasinglyprominentcontradictions.Humanbeingstoseekfortheeconomicsustainabledevelopment,andconstantlyexploringrenewablenewenergyofenvironmentalprotection.Solarenergyasaninexhaustible,inexhaustiblerenewablegreenenergy,isbecomingahotspotofresearchanddevelopmentandutilizationofhuman,andhasmadesignificantprogress.Photovoltaicinvertersystemastheresearchobjectinthispaper,TheSingle-phasefull-bridgeandtheisolationofoutputtransformertopologyisselectedinmaincircuitofinvertersystem.TheIGBTbuffercircuitisusedinRCDbuffercircuit.Butalsotocompletetheoutputfilterdesign.Andcompletethemaincircuit,IGBTbuffercircuit,anoutputfilterparametercalculationanddeviceselection.Finally,completedmodelingandsimulationintheMATLABenvironment.Finally,CompletedthemodelinMATLAB,Single-phasefull-bridgeinvertercircuitsachievetheDCintotheAC,theoutputvoltageis220Vandtheoutputcurrentis5A.BuffercircuiteliminatesthevoltagespiketoprotecttheIGBT.Keywords:PhotovoltaicinvertersystemThemaincircuitMATLABTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第1章緒論 1\o"CurrentDocument"1.1課題研究的目的意義 1\o"CurrentDocument"1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1\o"CurrentDocument"論文研究的內(nèi)容 4\o"CurrentDocument"第2章光伏發(fā)電系統(tǒng)概述 5\o"CurrentDocument"2.1光伏逆變器的結(jié)構(gòu) 5\o"CurrentDocument"工頻隔離型 5\o"CurrentDocument"高頻隔離型 5\o"CurrentDocument"非隔離型 6\o"CurrentDocument"2.2單極性調(diào)制方式的研究 7\o"CurrentDocument"2.2.1單邊單極性調(diào)制 8\o"CurrentDocument"雙邊單極性調(diào)制 9\o"CurrentDocument"2.3太陽(yáng)能電池光伏發(fā)電原理 10\o"CurrentDocument"第3章逆變系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計(jì) 12\o"CurrentDocument"光伏發(fā)電逆變器拓?fù)浞治?12\o"CurrentDocument"3.2光伏逆變系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 14\o"CurrentDocument"工作模態(tài)分析 14\o"CurrentDocument"3.2.2主開(kāi)關(guān)器件的選擇 15\o"CurrentDocument"輸出LC濾波器設(shè)計(jì) 16\o"CurrentDocument"3.4緩沖電路設(shè)計(jì) 17\o"CurrentDocument"3.4.1緩沖電路原理分析 17\o"CurrentDocument"緩沖電路參數(shù)計(jì)算 19\o"CurrentDocument"第4章光伏逆變器主電路的MATLAB仿真及結(jié)果分析 21\o"CurrentDocument"MATLAB軟件介紹 21\o"CurrentDocument"4.2仿真建模的模塊介紹與參數(shù)設(shè)定 21\o"CurrentDocument"4.2單相逆變電路建模及仿真分析 26\o"CurrentDocument"單相逆變電路仿真模型建立 26\o"CurrentDocument"仿真結(jié)果與分析 27\o"CurrentDocument"緩沖電路仿真與分析 27緩沖電路電路仿真模型建立 27緩沖電路仿真結(jié)果與分析 28\o"CurrentDocument"第5章結(jié)論與展望 29\o"CurrentDocument"結(jié)論 29\o"CurrentDocument"展望 29\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 30\o"CurrentDocument"致謝 31附錄外文資料 32第1章緒論1.1課題研究的目的意義隨著世界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，三大化石能源這些一次能源的儲(chǔ)量正在快速的耗盡，能源危機(jī)已成為人類(lèi)面臨的最大挑戰(zhàn)。因此，為了確保人類(lèi)生存環(huán)境，同時(shí)減少空氣污染，保持能量的長(zhǎng)期穩(wěn)定供應(yīng)，國(guó)家在發(fā)展可再生能源，與水電，風(fēng)電，核電相比，太陽(yáng)能發(fā)電具有無(wú)噪音，無(wú)污染，制約少，故障率低，易維護(hù)等優(yōu)勢(shì)。此外，豐富的太陽(yáng)能是便宜和取之不盡的能源，太陽(yáng)能每秒鐘到達(dá)地球的能量高達(dá)80萬(wàn)KW，如果把地球表面的0.1%的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，且轉(zhuǎn)化率為5%，那么每年發(fā)電量非?？捎^，相當(dāng)于目前全球能耗的40倍。隨著世界經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)能源大量使用消耗造成了嚴(yán)重的能源匱乏，許多國(guó)家都將注意力轉(zhuǎn)向了以太陽(yáng)能、風(fēng)能為主要能源的新能源領(lǐng)域。其中，太陽(yáng)能由于儲(chǔ)藏量巨大、不受地域限制、便于安裝、利用多元化和技術(shù)相對(duì)成熟，使得太陽(yáng)能得到了廣泛的開(kāi)發(fā)和利用。現(xiàn)在，一般將光伏發(fā)電系統(tǒng)按照容量的大小而劃分為大型光伏發(fā)電系統(tǒng)和小型光伏發(fā)電系統(tǒng)，其中大型光伏發(fā)電系統(tǒng)要在光照面積大和光照強(qiáng)度強(qiáng)的的地方去布置大量的光伏列陣來(lái)收集電能，然后將收集到的電能去進(jìn)行并網(wǎng)對(duì)其他用戶(hù)供電，但這也就面臨著諸多的難點(diǎn)，比如設(shè)備投資會(huì)很大，而且適合進(jìn)行光伏發(fā)電的環(huán)境比較少?gòu)亩鴮?dǎo)致光伏發(fā)電站的數(shù)量很少。而小型光伏發(fā)電系統(tǒng)成本低，分布廣泛，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。此外，小型光伏發(fā)電系統(tǒng)一般可分為離網(wǎng)和并網(wǎng)，由于小型光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量較小，相對(duì)于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)所需電能微乎其微，并網(wǎng)價(jià)值不大，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生較大影響。離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)成為了目前的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著工業(yè)發(fā)展，光伏產(chǎn)業(yè)也得到了充分發(fā)展和利用，根據(jù)2011年9月一份由歐洲光伏產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)公開(kāi)發(fā)布表示，到2020年，歐洲光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展將會(huì)與其他傳統(tǒng)能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生強(qiáng)烈的競(jìng)爭(zhēng)局勢(shì)，歐洲部分地區(qū)光伏產(chǎn)業(yè)將有可能在2020年之前就具備了強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)［1。由于適宜的政府政策引導(dǎo)及自由化的市場(chǎng)條件，部分歐洲各國(guó)市場(chǎng)上的太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)將會(huì)在2013年形成具有核心競(jìng)爭(zhēng)力的發(fā)電規(guī)模。同時(shí)，歐盟各國(guó)家正處于努力提升可再生能源等一系列新能源在總能源消費(fèi)中所占比例，預(yù)測(cè)至2020年所占比例將有望達(dá)到20%。與此相比，德國(guó)計(jì)劃到2020年將達(dá)成35%的比例目標(biāo)，其自從上世紀(jì)90年代德國(guó)就開(kāi)始超過(guò)整個(gè)歐盟平均水平。同時(shí)，美國(guó)也推出了一些列發(fā)展太陽(yáng)能的策略，比如光伏先鋒計(jì)劃等等，來(lái)大力推進(jìn)和加速本國(guó)光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。伴隨著全世界光伏產(chǎn)業(yè)的不斷進(jìn)步，光伏逆變器的市場(chǎng)也迎來(lái)了高峰期。在“十一五”期間，中國(guó)的太陽(yáng)能電池生產(chǎn)水平翻倍的成長(zhǎng)。連續(xù)5年在世界年產(chǎn)量名列前茅。隨著生產(chǎn)設(shè)備不斷完善，我國(guó)光伏設(shè)備國(guó)產(chǎn)化水平的不斷提高，國(guó)內(nèi)光伏市場(chǎng)逐步啟動(dòng)，中國(guó)的光伏市場(chǎng)也慢慢地開(kāi)始穩(wěn)步提升。到2010年，中國(guó)的光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到800MW，那么新增裝機(jī)容量足足多達(dá)500萬(wàn)千瓦，同比上升了66%幾乎實(shí)現(xiàn)了翻一番。截至2011年底，光青海電網(wǎng)已并網(wǎng)的大中型光伏電站40座，容量達(dá)100MW，全國(guó)電網(wǎng)太陽(yáng)能光伏裝機(jī)容量2143000千瓦中型網(wǎng)絡(luò)。雖然中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能和產(chǎn)量達(dá)到了世界第一，但現(xiàn)在，隨著在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)，國(guó)外光伏產(chǎn)品實(shí)際上是增加進(jìn)口，這說(shuō)明國(guó)內(nèi)光伏產(chǎn)品的技術(shù)水平還不足，生產(chǎn)效率低下，另外，我國(guó)晶硅電池和薄膜電池生產(chǎn)線(xiàn)上的關(guān)鍵設(shè)備輔佐材料等還主要依靠進(jìn)口，這都是我們?nèi)涨暗牟蛔阒帯Ｍ瑫r(shí)根據(jù)逆變電路中逆變環(huán)節(jié)的不同，將逆變器按其作用劃分成為工頻逆變器和高頻逆變器兩種。工頻逆變器是將輸出的50Hz交流電經(jīng)工頻變壓器升壓到用戶(hù)或者負(fù)載所需的電壓值。這種逆變器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定，主要運(yùn)用于太陽(yáng)能電站。但是其電路結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)決定了它不合適帶感性負(fù)載，此外工頻變壓器繞組匝數(shù)多，體積大且價(jià)格昂貴。為了解決工頻變壓器的占地面積大以及設(shè)備沉重的問(wèn)題，技術(shù)人員試圖在逆變電路中使用高頻變壓器來(lái)減小占地面積大的問(wèn)題。在20世紀(jì)70年代，20kHz的PWM高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)被應(yīng)用于逆變器領(lǐng)域，但由于當(dāng)時(shí)高頻功率開(kāi)關(guān)管技術(shù)還不成熟且價(jià)格較高，高頻逆變器的研制進(jìn)展緩慢。到了80年代，隨著MOSFET、IGBT等高頻功率開(kāi)關(guān)管的技術(shù)成熟和成本下降，高頻逆變電源技術(shù)才得以快速發(fā)展。高頻逆變器先將光伏電池組發(fā)出的低壓直流電壓經(jīng)高頻逆變得到低壓高頻交流電壓，在經(jīng)高頻逆變器升為高頻高壓交流電，接著進(jìn)行整流得到高壓直流，然后對(duì)高壓直流進(jìn)行工頻逆變得到負(fù)載所需的工頻交流電壓［2。由于采用了高頻逆變環(huán)節(jié)，所以大大減小了逆變器的體積和重量，得到了廣泛的應(yīng)用。雖然高頻化有大大縮小了設(shè)備的占地面積的優(yōu)點(diǎn)，但是它也會(huì)伴隨著一些問(wèn)題的發(fā)生，比如隨著電力電子技術(shù)的不斷提升，開(kāi)關(guān)頻率不斷加快也就帶來(lái)這開(kāi)關(guān)的功率消耗不斷提升，想使高頻帶來(lái)的開(kāi)關(guān)的功率消耗不斷降低，諧振變換的思想被提出并應(yīng)用在逆變器中。諧振型逆變器即采用零電流開(kāi)通和零電壓關(guān)斷技術(shù)，消除開(kāi)關(guān)損耗，進(jìn)而提高效率。相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明：諧振型逆變器在相同開(kāi)關(guān)頻率下比非諧振逆變器的損耗低30%-40%［3］。此外，模塊化也是光伏逆變器的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。逆變器各部分的模塊化，有利于系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行，減少分立元件相互間的干擾，同時(shí)也能降低損耗。與此同時(shí)，小型逆變器性能不但依賴(lài)于良好穩(wěn)定的硬件性能，更依賴(lài)于高效、穩(wěn)定的逆變控制算法。逆變控制算法的研究將會(huì)是今后國(guó)內(nèi)外光伏逆變領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。雖然我國(guó)光伏發(fā)電在過(guò)去幾十年在技術(shù)上有了飛速的發(fā)展，但是，還是存在著一些問(wèn)題，總結(jié)如下：(1)可靠性相對(duì)較差相關(guān)研究證明，影響逆變器可靠性的主要因素是：光電耦合器、電解電容器和磁性材料。但是，目前國(guó)內(nèi)的逆變器生長(zhǎng)廠家多使用第一代的鐵磁材料，這種材料飽和磁通密度較低，在時(shí)間較長(zhǎng)功率較大的情況下很容易出現(xiàn)故障。(2)效率較低與國(guó)外同類(lèi)逆變產(chǎn)品相比，國(guó)內(nèi)逆變器開(kāi)關(guān)損耗較大，且諧振逆變結(jié)構(gòu)采用較少，造成了整體逆變產(chǎn)品效率不高。(3)逆變核心技術(shù)還有待研究目前市場(chǎng)上應(yīng)用的發(fā)電系統(tǒng)的逆變器主要采用經(jīng)典PID控制算法，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)性能良好和具有高可靠性。但是其對(duì)穩(wěn)態(tài)誤差的控制并不十分理想?；谀壳靶⌒桶l(fā)電系統(tǒng)的逆變器控制算法單一同質(zhì)化的情況，有必要在經(jīng)典控制算法的基礎(chǔ)上研究其他多樣化的算法，其中包括現(xiàn)代控制算法。高頻鏈結(jié)構(gòu)的光伏逆變主電路拓?fù)?，這種結(jié)構(gòu)拓?fù)溆赏仆炷孀冸娐贰⒏哳l變壓器、整流濾波電路。后級(jí)全橋逆變電路和輸出濾波電路組成，雖然采用了高頻環(huán)節(jié)節(jié)省了整體體積，但是由于環(huán)節(jié)過(guò)多，控制算法相對(duì)復(fù)雜，一定程度影響了系統(tǒng)的可靠性。此外，電壓電流PI雙閉環(huán)控制由于簡(jiǎn)單易行控制優(yōu)良，在逆變器上已廣泛使用。雖然雙閉環(huán)控制中電流內(nèi)環(huán)不但能抑制直流電壓的波動(dòng)，還能對(duì)輸出LC濾波器產(chǎn)生的相位延遲校正。但是在實(shí)際使用中，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載突然變化時(shí)，逆變輸出電壓會(huì)發(fā)生很大變化，不能滿(mǎn)足逆變輸出電壓要求［4］。此外，傳統(tǒng)的逆變器控制是通過(guò)模擬分立元件或芯片來(lái)進(jìn)行，隨著微處理器技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，對(duì)逆變器實(shí)行數(shù)字化控制也是十分有必要的。因此，基于以上所述，為了研制一種穩(wěn)定可靠、性能優(yōu)良和低成本的光伏逆變器，本文提出了帶變壓器的光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以單相全橋?yàn)槟孀兤髦魍負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，將直流電通過(guò)逆變橋再經(jīng)LC濾波轉(zhuǎn)化成交流電壓。1.3論文研究的內(nèi)容根據(jù)設(shè)計(jì)要求，輸入電壓為230VDC--270VDC，輸出電壓為220VAC，光伏發(fā)電就是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，此時(shí)的轉(zhuǎn)換的電為直流電，再將得到的直流電轉(zhuǎn)換成為220V的交流電。分析光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)的工作原理，逆變系統(tǒng)的主電路采用單相單極性SPWM全橋式逆變電路，還需設(shè)計(jì)一個(gè)IGBT的緩沖電路起到保護(hù)作用。并且由于逆變系統(tǒng)主電路輸出電能有大量高頻諧波存在，而負(fù)載要求電能清潔無(wú)污染，因此，在主電路輸出端加一個(gè)低通濾波器，濾除高頻諧波，以達(dá)到預(yù)期的效果，并在Matlab下進(jìn)行建模仿真。第2章光伏發(fā)電系統(tǒng)概述光伏發(fā)電的原理是通過(guò)光照射在太陽(yáng)能電池板上發(fā)生光生伏特效應(yīng)將得到的直流電通過(guò)逆變系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成交流電。光伏發(fā)電系統(tǒng)有兩大類(lèi)，一類(lèi)是與電網(wǎng)進(jìn)行連接的發(fā)電模式，將其稱(chēng)為并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。另一類(lèi)是簡(jiǎn)單的光伏發(fā)電系統(tǒng)，它是不與電網(wǎng)相連的一種發(fā)電模式，這種發(fā)電模式一般是應(yīng)用光伏蓄電池去儲(chǔ)存夜晚的用電的能量。本章將會(huì)具體描述一下幾種逆變器的結(jié)構(gòu)、單極性調(diào)制的原理以及太陽(yáng)能電池板的具體的工作原理。2.1光伏逆變器的結(jié)構(gòu)2.1.1工頻隔離型工頻隔離型是指帶工頻變壓器的逆變器結(jié)構(gòu)，它是將通過(guò)太陽(yáng)能電池通過(guò)光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生的DC（直流電）轉(zhuǎn)化成為AC（交流電），然后將工頻變壓器置于逆變器與電網(wǎng)之間，從而達(dá)到電氣隔離防止漏電的發(fā)生，保證了工作人員的人身安全避免發(fā)生觸電，如圖2-1所示。但是工頻變壓器也存在了一些缺點(diǎn)，那就是工頻變壓器的體積很大，導(dǎo)致占地面積大，且成本昂貴，降低了發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率。這種逆變器通常應(yīng)用在大功率的單相或者三相的系統(tǒng)中。工頻變壓器圖2-1帶工頻隔離變壓器的并網(wǎng)逆變器2.1.2高頻隔離型上節(jié)主要介紹了工頻隔離變壓器，可以發(fā)現(xiàn)工頻隔離變壓器的諸多缺陷，比如它的體積大、重量大、成本高且只適合大功率的光伏發(fā)電系統(tǒng)。隨著技術(shù)的發(fā)展，

高頻隔離變壓器的出現(xiàn)改變了這一現(xiàn)狀，它可以適用于小功率的發(fā)電系統(tǒng)。它的主要工作原理也是在直流(DC)變交流(AC)的過(guò)程中防止漏電實(shí)現(xiàn)電氣隔離而加入高頻隔離變壓器。它的優(yōu)點(diǎn)是減小變壓器的占地面積，減輕它的重量，縮小成本。根據(jù)高頻變壓器與變換環(huán)節(jié)的組合方式不同可以分為含直流環(huán)節(jié)的變換結(jié)構(gòu)、含偽直流環(huán)節(jié)的變換結(jié)構(gòu)和無(wú)直流環(huán)節(jié)的變換結(jié)構(gòu)［5,如圖2-2所示。高頻變壓器(a)含直流環(huán)節(jié)的變換結(jié)構(gòu)圖高頻變壓器(b)含偽直流環(huán)節(jié)的變換結(jié)構(gòu)圖高頻變壓器(c)無(wú)直流環(huán)節(jié)的變換結(jié)構(gòu)圖圖2-2帶高頻隔離變壓器的并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)圖隨著技術(shù)的進(jìn)步，高頻隔離變壓器的出現(xiàn)滿(mǎn)足了小功率的發(fā)電需求，豐富了拓?fù)湫问剑且泊嬖谥S多的缺憾，它會(huì)使系統(tǒng)的變換環(huán)節(jié)變的更加麻煩，轉(zhuǎn)換的效率會(huì)降低，轉(zhuǎn)換效率為90%到95%。2.1.3非隔離型非隔離型并網(wǎng)逆變器(TransformerlessGrid-connectedInverterTLGCI)結(jié)構(gòu)不含變壓器(高頻和低頻)，擁有變換效率高，體積、重量和成本低等優(yōu)勢(shì)，據(jù)PhotonMagazine報(bào)道，系統(tǒng)最高變換效率達(dá)到98%以上，迅速得到各國(guó)科研人員的重視和

工業(yè)界的追捧，首先在歐洲國(guó)家得到應(yīng)用［6。圖2-3(a)和(b)分別為非隔離并網(wǎng)逆變器的兩種構(gòu)成方式：?jiǎn)渭?jí)式和兩級(jí)式。兩級(jí)式并網(wǎng)逆變器可以適應(yīng)寬的輸入電壓范圍，系統(tǒng)分級(jí)優(yōu)化和控制，因此整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常方便；單級(jí)式變換器適用于更高的光伏電池串電壓，要求低輸入壓不低于電網(wǎng)電壓峰值，系統(tǒng)變換效率更高，最高可達(dá)98.8%。(a)單級(jí)式結(jié)構(gòu)圖(b)雙級(jí)式結(jié)構(gòu)圖圖2-3無(wú)隔離變壓器的并網(wǎng)逆變器2.2單極性調(diào)制方式的研究SPWM的調(diào)制是通過(guò)控制載波與正弦波來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制的，本文主要采用的是單極性的調(diào)制，所以下面簡(jiǎn)述一下單極性調(diào)制的兩種方法，第一種為單邊單極性SPWM調(diào)制，稱(chēng)它為單邊SPWM調(diào)制是因?yàn)閷⑤d波也就是所謂的正弦波的負(fù)半周通過(guò)整流翻轉(zhuǎn)到正半周，三角波(調(diào)制波)一直在正半周，如圖2-4(a)所示；第二種方法稱(chēng)為雙邊單極性SPWM調(diào)制，它的載波也就是正弦波是一個(gè)完整的正弦波，并不需要去進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，而三角波(調(diào)制波)的正負(fù)是和載波的正負(fù)一致的，載波為正三角波為正，載波為負(fù)三角波為負(fù)，如圖2-4(b)所示。

(a)單邊單極性調(diào)制的波形圖(b)雙邊單極性調(diào)制的波形圖圖2-4兩種SPWM調(diào)制波形圖單邊與雙邊的調(diào)制方法不同，所以它們的控制電路也有所不同，下面本文就簡(jiǎn)單介紹一下兩種控制電路。2.2.1單邊單極性調(diào)制單邊SPWM的控制方法如圖2-5所示。圖2-5中的Sg3及5幺4分別對(duì)應(yīng)高頻臂上下管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；Sg1分別對(duì)應(yīng)低頻臂上管Sg2對(duì)于低頻橋臂的下管驅(qū)動(dòng)信號(hào)。由于

圖2-5單邊SPWM控制電路圖在低頻臂切換的同時(shí)，把輸出誤差信號(hào)人為地放電，使其為0,這樣就可以減弱在過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻所引起的振蕩；人為地把低頻臂信號(hào)超前或滯后一定相位，但是，這一方案由于低頻臂信號(hào)的相位受負(fù)載輕重的影響，實(shí)際上難以做到準(zhǔn)確。2.2.2雙邊單極性調(diào)制雙邊SPWM的控制電路如圖2-6所示。由于低頻臂的切換作用，高頻臂PWM輸出性質(zhì)隨之改變。例如，過(guò)零前S1的窄脈沖對(duì)應(yīng)為輸出低電壓，低頻臂切換后突然成為高電壓。然而與單邊SPWM控制所不同的是，雙邊SPWM中的反相動(dòng)作是與低頻臂同時(shí)進(jìn)行的。由于控制器中的輸出沒(méi)有突變，低頻臂的切換也不會(huì)造成輸出的突變。

圖2-6雙邊SPWM控制電路圖通過(guò)以上的理論分析，得出單邊SPWM會(huì)在過(guò)零點(diǎn)處發(fā)生突變，使得逆變器在過(guò)零點(diǎn)的輸出波形發(fā)生畸變，這一問(wèn)題不論是在MATLAB仿真，還是實(shí)際試驗(yàn)中都有體現(xiàn)。在過(guò)零點(diǎn)附近逆變器輸出電壓波形會(huì)以直線(xiàn)趨勢(shì)迅速下降，但加入閉環(huán)控制以及增大負(fù)載功率都使得這一問(wèn)題得到了緩解。因此綜上所述，本設(shè)計(jì)采用的是雙邊單極性的控制，可以減少在過(guò)零點(diǎn)時(shí)發(fā)生突變。2.3太陽(yáng)能電池光伏發(fā)電原理太陽(yáng)能電池本質(zhì)上可看成一個(gè)半導(dǎo)體二極管，當(dāng)它受到太陽(yáng)光照后就會(huì)產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)，立即可以輸出直流電。其發(fā)電原理是：將硼放入到濃度非常高的半導(dǎo)體里面可以形成一種新型的半導(dǎo)體（P型半導(dǎo)體），加入磷的時(shí)候也可以形成一種新型的半導(dǎo)體（N型半導(dǎo)體），當(dāng)兩種新型的半導(dǎo)體組合以后構(gòu)成新的PN結(jié)。當(dāng)太陽(yáng)光照射在PN結(jié)上的時(shí)候，負(fù)電荷會(huì)飄向N型半導(dǎo)體，正電荷會(huì)飄向P型半導(dǎo)體移動(dòng)從而造成電勢(shì)差。太陽(yáng)能電池將光能轉(zhuǎn)化為電能的整個(gè)過(guò)程可以歸納為三個(gè)主要步驟：第一步，太陽(yáng)能電池在接收太陽(yáng)光照射之后，在光伏電池中半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電子和空穴；第二步，由第一步產(chǎn)生極性相反的電子和空穴在半導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)的作用力下發(fā)生分開(kāi)；第三步，電子和空穴分別聚集到太陽(yáng)能電池的正極和負(fù)極兩段，形成電勢(shì)差，進(jìn)而獲得電能。它的工作原理如圖2-7所示。圖2-7太陽(yáng)能電池的工作原理太陽(yáng)能電池就是將將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成為電能，它是太陽(yáng)能發(fā)電的基本元件，太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)后組成太陽(yáng)能電池組，再將這些太陽(yáng)能電池組進(jìn)行串聯(lián)與并聯(lián)變成一個(gè)個(gè)光伏列陣，通過(guò)這些光伏列陣來(lái)收集太陽(yáng)能通過(guò)整流電路與逆變電路變換成為平常使用的電能。第3章逆變系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)3.1光伏發(fā)電逆變器拓?fù)浞治霰疚牟捎玫亩际菃蜗嗄孀兤?，光伏逆變器就是把通過(guò)光伏列陣產(chǎn)生的直流電(DC)轉(zhuǎn)換成為交流電(AC)。目前逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為三種，分別是推挽式逆變器、半橋式逆變器、全橋式逆變器。下面我們就簡(jiǎn)單介紹一下這三種結(jié)構(gòu)的逆變器。如圖3-1所示的是推挽電路的結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出驅(qū)動(dòng)脈沖來(lái)控制IGBT開(kāi)關(guān)管￡與％的基極，按照SPWM的方式來(lái)控制開(kāi)關(guān)管的交替通斷，將輸入的直流電壓U轉(zhuǎn)換為高頻交流電壓U。當(dāng)S導(dǎo)通，直流電壓U經(jīng)S連接到變壓器的原邊i 0 1 i1繞組N兩端，因?yàn)樽儔浩饔袃蓚€(gè)相等匝數(shù)的繞組N，所以當(dāng)S導(dǎo)通時(shí)，開(kāi)關(guān)管S將1 1 1 2承受兩倍直流電壓。當(dāng)施加在S1上的控制脈沖消失時(shí)，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管都截止，集電極電壓和發(fā)射極電壓都為直流電壓'。在下半周期，S2導(dǎo)通，*上承受兩倍直流電壓，然后又是兩開(kāi)關(guān)管都截止，承受直流電壓，如此不斷重復(fù)。1UoUo變壓器利用率較低。但是，推挽電路也有整個(gè)只需要兩個(gè)，節(jié)省成本，而且可以輸推挽電路由于開(kāi)關(guān)管要承受兩倍直流電壓，所以給選擇開(kāi)關(guān)管帶來(lái)了困難，同時(shí)，由于原邊繞組僅有一半時(shí)間在工作，它的優(yōu)點(diǎn)，推挽電路需要的IGBT變壓器利用率較低。但是，推挽電路也有整個(gè)只需要兩個(gè)，節(jié)省成本，而且可以輸與全橋相似，但是開(kāi)關(guān)管只有兩個(gè)，其余如圖3-2所示的是半橋電路的結(jié)構(gòu)。與全橋相似，但是開(kāi)關(guān)管只有兩個(gè)，其余兩個(gè)被電容C1和C2替代。根據(jù)半橋電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，半橋電路IGBT兩端的最高可以承受的電壓要小于輸入的直流電壓(DC)，電路中IGBT的數(shù)量與推挽

電路中的數(shù)量相同，是全橋電路中IGBT數(shù)量的一半。但是半橋電路也有它的缺憾，通過(guò)電路結(jié)構(gòu)可知，變壓器上的輸出電壓僅為輸入電壓的二分之一，如果想要得到與推挽電路和全橋電路相同的輸出功率，IGBT必須要承擔(dān)原來(lái)2倍以上的電流，還可以發(fā)現(xiàn)半橋電路在直流側(cè)兩端加入了2個(gè)電容，這兩個(gè)電容的作用是為了充放電，并且電壓的峰值會(huì)有一定的緩沖，達(dá)到保護(hù)的目的。一般情況下，半橋電路只適合輸出中等的容量。+L2圖3-2半橋電路結(jié)構(gòu)圖圖3-3所示的是全橋電路的結(jié)構(gòu)：橋的兩臂由S，S，S和S組成，輸出電壓L2圖3-2半橋電路結(jié)構(gòu)圖連接在兩個(gè)橋臂的中間，按照PWM方式經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制主電路開(kāi)關(guān)管S1、S4和S2、S3的交替導(dǎo)通，將輸入的直流電壓被轉(zhuǎn)換為需要的工頻交流電壓。14圖3-3全橋電路結(jié)構(gòu)圖因此，全橋電路開(kāi)關(guān)管在穩(wěn)態(tài)時(shí)最大電壓等于輸入直流電壓，暫態(tài)尖峰電壓，由于在鉗位二極管的存在下，被鉗位于其輸入電壓，因此要比推挽電路的暫態(tài)尖峰電壓要小一半，這就便于開(kāi)關(guān)管的選擇，也能夠輸出較大的功率［7。同時(shí)，鉗位二

極管能將漏感儲(chǔ)能回饋給輸入電容，可以提高效率。但電路中兩個(gè)橋共有4個(gè)開(kāi)關(guān)管，相對(duì)元器件的數(shù)目較多，電路較復(fù)雜。綜上所述，全橋電路與半橋電路以及推挽電路比較的話(huà)可以發(fā)現(xiàn)其IGBT兩端需要承受電壓比較低較低，同時(shí)在承受低電壓的同時(shí)其輸出功率是半橋電路的2倍，適用于大功率的輸出環(huán)境。因此，本設(shè)計(jì)選擇的結(jié)構(gòu)為全橋式電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。3.2光伏逆變系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)根據(jù)題目要求，主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用單相單極性全橋逆變電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。整個(gè)系統(tǒng)包括全橋逆變主電路，直流電壓(DC)輸入，IGBT緩沖電路，輸出低通濾波電路和隔離變壓器。本章中將重點(diǎn)闡述逆變系統(tǒng)的主電路的實(shí)現(xiàn)與設(shè)計(jì)。如圖3-4所示。U1U1圖3-4光伏逆變系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖本設(shè)計(jì)中光伏逆變系統(tǒng)主電路拓?fù)洌麟娐酚?個(gè)橋臂4個(gè)開(kāi)關(guān)管構(gòu)成，輸出采用LC濾波方式，由于單相全橋逆變結(jié)構(gòu)不具備隔離作用在并網(wǎng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生漏電流，所以輸出部分連接一個(gè)工頻1:1變壓器來(lái)起到隔離保護(hù)的作用。3.2.1工作模態(tài)分析工作模態(tài)I：如圖3-5所示，當(dāng)處于正半周期時(shí)，*、七以相同的驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制；此時(shí)時(shí)S、S處于常斷狀態(tài)。在此模態(tài)下，輸入直流電源經(jīng)由S、濾波電感3 2 1氣、隔離變壓器、S4構(gòu)成回路向電網(wǎng)供電。橋臂輸出電壓為：1 4 Uhc

圖3-5工作模態(tài)I原理圖工作模態(tài)II,負(fù)半周工作時(shí)，高頻管S、S以相同驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制，S、S常2 3 1 4斷。S、S導(dǎo)通時(shí)，如圖3-6所示，輸入電源經(jīng)S、隔離變壓器、濾波電感L、S2 3 2 1 3構(gòu)成回路向電網(wǎng)供電。橋臂輸出電壓為：U=—U3.2.2主開(kāi)關(guān)器件的選擇直流電壓的波動(dòng)會(huì)影響輸出交流電能，并且直流電壓波動(dòng)越大，輸出交流電能質(zhì)量越差。為了盡量提高主電路輸出交流電能的質(zhì)量，應(yīng)降低直流電壓的脈動(dòng)，因此通常在直流側(cè)并聯(lián)大容量的電容，起到濾波和無(wú)功功率交換的作用。

設(shè)V為逆變系統(tǒng)主電路輸入直流電壓，為直流電壓的變化量，P為逆變器的瞬時(shí)輸出功率。主電路穩(wěn)定工作時(shí)，直流電壓為250V，電壓的變化量為20V，則PWVPWVAV1100100兀?250?20(3-1)在正常狀態(tài)下IGBT開(kāi)通越快，開(kāi)通損耗也越小。但在開(kāi)通過(guò)程中如有正在續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流和吸收電容器的放電電流，則開(kāi)通越快，IGBT承受的峰值電流也就越大，甚至急劇上升導(dǎo)致IGBT或續(xù)流二極管損壞。此時(shí)應(yīng)降低門(mén)級(jí)驅(qū)動(dòng)脈沖的上升速率，即增加門(mén)級(jí)電阻的阻值，抑制該電流的峰值。其代價(jià)是要付出較大的開(kāi)通損耗。當(dāng)門(mén)級(jí)電阻R增加時(shí)，IGBT的開(kāi)通與關(guān)斷時(shí)間增加，進(jìn)而使每脈沖開(kāi)通能耗和關(guān)斷能損也增加：當(dāng)門(mén)級(jí)電阻R減小時(shí)，IGBT的電流上升率di/dt增大，這也會(huì)引起IGBT的誤導(dǎo)通，同時(shí)門(mén)級(jí)電機(jī)R上的損耗也增加。根據(jù)上述兩種情況R的選擇原則是，在開(kāi)關(guān)損耗不太大的情況下，應(yīng)選用較大的門(mén)級(jí)電阻R。門(mén)級(jí)電阻"的阻值對(duì)于驅(qū)動(dòng)脈沖的波形也有較大的影響，電阻值過(guò)小時(shí)會(huì)造成驅(qū)動(dòng)脈沖振蕩，過(guò)大時(shí)驅(qū)動(dòng)波形的前后沿會(huì)發(fā)生延遲和變緩。本系統(tǒng)中將230-270V作為逆變器輸入電壓，留有兩倍余量的情況下本設(shè)計(jì)選擇耐壓能夠達(dá)到600V的管子，由于輸出最大功率為1.1KW，逆變器輸出電壓為220V，逆變器的輸出流約為5A右，同時(shí)考慮到IGBT的開(kāi)關(guān)性能等因素，本設(shè)計(jì)選擇英飛凌公司的K20T60作為主電路的開(kāi)關(guān)管。3.3輸出LC濾波器設(shè)計(jì)假設(shè)額定負(fù)載為線(xiàn)性負(fù)載，LC濾波器的傳遞函數(shù)是一個(gè)二階震蕩環(huán)節(jié)，忽略,c和rL，濾波器在阻性負(fù)載下的轉(zhuǎn)折頻率和阻尼比分別為：七』 （3-2）(3-3)在w?w的低頻段，濾波器增益為1，相位為零，在w>>w的高頻段，濾波器增益以-40dB/dec的斜率下降，相位從零變?yōu)?800。因此LC濾波器主要對(duì)中高頻段影響較大，對(duì)低頻段影響非常小。一般要求LC濾波器的轉(zhuǎn)折頻率為開(kāi)關(guān)頻率的1/10左右，保證對(duì)開(kāi)關(guān)頻率附近的諧波具有良好的衰減效果。阻尼比&主要影響在轉(zhuǎn)折頻率處的諧振峰值，&越小，諧振峰值越大，在空載情況下（趨近于零，諧振峰值最大，系統(tǒng)最容易出現(xiàn)瞬態(tài)震蕩導(dǎo)致不穩(wěn)定［8。增大電感L上的等效電阻可以增

大E，但會(huì)使電感的損耗加大，因此需要折中考慮&的取值。濾波電感的取值還需要考慮最大脈動(dòng)電流，L上的最大脈動(dòng)電流為:Lmax-dr2Lmax-dr2Lf(3-4)式中，udc為直流母線(xiàn)電壓，f為開(kāi)關(guān)頻率。濾波電感上的最大電流脈動(dòng)我們總是希望越小越好，但是會(huì)使電感過(guò)大，使逆變器重量和體積加大。本文中額定功率1.1kW，直流母線(xiàn)電壓為250V，按常規(guī)通常取為負(fù)載電流峰值的10%-20%，取最大脈動(dòng)電流為15A，于是有：L= ^-dc L= ^-dc 2f△/sLmax250V2x17000x15=490pH(3-5)濾波電容的選出必須考慮以下幾個(gè)因素：電阻的大小會(huì)使輸出的電壓的變化。換流時(shí)，由于高頻變壓器的漏感、引線(xiàn)電感、二極管結(jié)電容所引起“寄生”振蕩，導(dǎo)致輸出過(guò)電壓?？刂齐娐吩O(shè)計(jì)不當(dāng)或調(diào)試不當(dāng)引起的過(guò)電壓。一般要求LC濾波器的轉(zhuǎn)折頻率為開(kāi)關(guān)頻率的1/10左右，保證對(duì)開(kāi)關(guān)頻率附近的諧波具有良好的衰減效果。轉(zhuǎn)折頻率為：(3-6)1一，

—— =1.7kHz(3-6)2兀v'LC解得：C=2.13叩綜上所述，本文綜合取值：L=500pH，C=2.2pF。3.4緩沖電路設(shè)計(jì)3.4.1緩沖電路原理分析本設(shè)計(jì)中緩沖電路由一個(gè)二極管與一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)上一個(gè)電容構(gòu)成，將這樣的電路叫做RCD緩沖電路。在IGBT的應(yīng)用中，隨著電路中電壓，電流和頻率的增加，電路中對(duì)IGBT的保護(hù)就顯得相當(dāng)重要，因此緩沖電路是必不可少的保護(hù)igbt的輔助電路。緩沖電路開(kāi)關(guān)管％的開(kāi)斷時(shí)的工作過(guò)程及相應(yīng)的等效電路如圖3-7所示。何 (f) (h)圖3-7緩沖電路工作過(guò)程及相應(yīng)的等效電路圖匕開(kāi)通后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。流過(guò)匕的負(fù)載電流為I。當(dāng)V的柵極上加入關(guān)斷信號(hào)，V轉(zhuǎn)入恢復(fù)阻斷能力時(shí)，電流I通過(guò)V的集電111極與發(fā)射極之間的寄生電容流通，Uce1電壓升高，然后由于tDomtDon而使VD11導(dǎo)通，一部分電流轉(zhuǎn)移到％成為％的充電電流，匕上的電流減小了C；經(jīng)氣2、負(fù)載和電源負(fù)極構(gòu)成cs2的放電回路。。C2的放電電流成為一部分負(fù)載電流：C：中的一部分能量消耗在rs2上。 52 52V完全恢復(fù)阻斷能力，VD正偏置。由于VD的開(kāi)通延時(shí)t的作用沒(méi)能導(dǎo)1 2 2 Don通，故CS1繼續(xù)充電而流過(guò)一部分負(fù)載電流，CS2繼續(xù)放電承擔(dān)一部分負(fù)載電流。C：］仍然過(guò)充電，VD2開(kāi)始續(xù)流，負(fù)載電流I由上橋臂向下橋臂換流，七繼續(xù)放電。VD完全續(xù)流，C和C放電，C上過(guò)充電能量的一部分消耗在R上，另TOC\o"1-5"\h\z2 S1 S2 S1 S1一部分反饋到直流電源。Cs2放電完畢，VD2進(jìn)入穩(wěn)態(tài)續(xù)流。在PWM方式下工作時(shí)，V再次導(dǎo)通，V與VD之間進(jìn)行換流。V中電流增1 1 2 1大，VD最小電流減小。V與VD之間換流完畢，V上流過(guò)負(fù)載電流I，C的放電電流和C的充電1 2 1 S1 S2電流仍然繼續(xù)進(jìn)行。C&放電和CS2充電過(guò)程結(jié)束后.工作狀態(tài)與圖3-7(a)所示相同。3.4.2緩沖電路參數(shù)計(jì)算在上一小節(jié)中本設(shè)計(jì)提出設(shè)計(jì)了一中RCD緩沖電路，并對(duì)其工作過(guò)程和原理進(jìn)行了分析。在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)原理計(jì)算相關(guān)參數(shù)，本節(jié)中將對(duì)RCD緩沖電路的實(shí)際參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。(1)緩沖電容Cs的計(jì)算因?yàn)榫彌_電路起到的是保護(hù)的作用，當(dāng)R越小。C越大時(shí)，緩沖電路起到的保護(hù)作用會(huì)更明顯，但是我們也要考慮到電阻R的損耗功率不能太大。當(dāng)IGBT由關(guān)斷到再次開(kāi)通時(shí)，緩沖電容C上儲(chǔ)存的電能將會(huì)以熱損耗消耗在電阻R上。R的功率消耗為：1 ” CP=-CV2f (3-7)R2CE公式中Vce為IGBT的最大集電極和發(fā)射極的電壓，Vc^e=270V。公式中f為開(kāi)關(guān)頻率為17kHz。由于要盡量降低電阻R上的熱損耗，所以一般取PR<120W。TOC\o"1-5"\h\z?！?CV2f<120 (3-8)CE解得C=9.68X10-7F實(shí)際選擇C=0.01rF⑵緩沖電阻Rs的計(jì)算當(dāng)IGBT導(dǎo)通以后，要在下次關(guān)斷完成前完成放電，是為了保證緩沖電容的兩端的電壓的初始狀態(tài)值為0。因此，RC的放電的時(shí)間常數(shù)需要受到控制，我們通常情況下會(huì)假定超過(guò)3倍的時(shí)間常數(shù)可以使RC完成放電，那么：3RC<T (3-9)式中T=OT,其中D為IGBT導(dǎo)通的平均占空比，D=40%=0.4；式中孔為開(kāi)關(guān)的周期，孔=1=17:［丁總58.8ps。所以，=7840T_0.4x58.8x10-所以，=7840R<on=3C 3x0.01x10-6當(dāng)計(jì)算緩沖電阻的時(shí)候還需要考慮去控制放電的電流，要讓放電的電流/辦必須要小于集電極電流ic的14，即：

(3-10)I=^ce<0.251(3-10)disR C270=45Q。0.25x24公式里匕為集電流的電流，根據(jù)IGBT參數(shù)可知七=24A270=45Q。0.25x24所以R>^CE0.251C最后，R選用50Q的電阻。第4章光伏逆變器主電路的MATLAB仿真及結(jié)果分析4.1MATLAB軟件介紹本課題使用Simulink軟件對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。Simulink是MATLAB軟件里一款功能強(qiáng)大的工具，它更是一個(gè)能夠根據(jù)MATLAB內(nèi)部對(duì)話(huà)框來(lái)完成可以動(dòng)態(tài)的建立模型的軟件模塊?，F(xiàn)在這款軟件已經(jīng)被許多科研人員大量應(yīng)用在各種線(xiàn)性或非線(xiàn)性的數(shù)字信號(hào)處理分析的研究中。它具有對(duì)各種各樣的采樣時(shí)間實(shí)行模擬的優(yōu)越能力，同時(shí)也能用于具有多速率的各種系統(tǒng)，即針對(duì)系統(tǒng)中各個(gè)部分分別使用不一樣的速率進(jìn)行采樣。為能夠建立一些動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的模型，它還提供出一個(gè)可以直接調(diào)用的模塊接口，使用這個(gè)接口時(shí)只需要找到所需模塊并將其拖入系統(tǒng)圖中即可。使用后就會(huì)發(fā)現(xiàn)這是一種非常容易操作，非常簡(jiǎn)單明了的功能。在建立好調(diào)速控制系統(tǒng)模型之后，只需要單擊運(yùn)行按鈕，就可以直接觀看仿真結(jié)果。而在調(diào)節(jié)傳遞函數(shù)或調(diào)節(jié)器時(shí)，只需雙擊模塊在對(duì)應(yīng)處輸入數(shù)據(jù)。在這里可以看出，Simulink是一款非常適用于建模仿真分析的工具，相比傳統(tǒng)方式它確實(shí)具有很多優(yōu)點(diǎn)。在創(chuàng)立調(diào)速控制系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究是一個(gè)以系統(tǒng)模型為中心、以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的要求和指標(biāo)為目的進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、測(cè)試及驗(yàn)證的過(guò)程。用Simulink軟件仿真可以分為這樣幾步：（1）在庫(kù)中拖出研究要用到的要的基本元件模塊；（2）按所研究的系統(tǒng)擺放好模塊然后拖動(dòng)連線(xiàn)，并對(duì)調(diào)節(jié)器、傳遞函數(shù)等模塊輸入?yún)?shù)；（3）點(diǎn)擊運(yùn)行開(kāi)始仿真，點(diǎn)擊示波器觀看輸出波形；（4）對(duì)仿真輸出的結(jié)果進(jìn)行分析，需要調(diào)試的還需結(jié)合輸出對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)試。4.2仿真建模的模塊介紹與參數(shù)設(shè)定（1）IGBT模塊逆變電路主電路的設(shè)計(jì)中與要用到IGBT模塊，IGBT模塊如圖4-1所示。圖4-1IGBT模塊圖IGBT管叫做絕緣柵雙極性晶體管，本設(shè)計(jì)選擇的是帶續(xù)流管的IGBT模型，這個(gè)反并聯(lián)的續(xù)流二極管起到的保護(hù)的作用。由于 matlab軟件只是進(jìn)行仿真，所以IGBT的參數(shù)設(shè)置使用的是默認(rèn)值，參數(shù)圖如圖4-2所示。r* 1BlockParameters:1GET1 'S3'IGET/Dioce(nask；上nit)IiipLeventsar.idealIGBJjGiOjorMosze:aniantiparalleldioce.Faran.eterEInternalrtsislanceRon:Q】uhm):：e-3EnublerresistanceRs:Ohms);eEnublercafaciianceCs(F):mzShowmsasurenientportOKCancelHelpApply圖4-2IGBT模塊參數(shù)圖spwmgenerator模塊逆變電路主電路的設(shè)計(jì)中需要用到spwmgenerator模塊，spwmgenerator模塊可以稱(chēng)為spwm發(fā)生器，通過(guò)它來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)IGBT模塊的驅(qū)動(dòng)脈沖，spwmgenerator模塊如圖4-3所示。>Signal(s) Putses>&PWMGeneratori圖4-3spwmgenerator模塊圖本設(shè)計(jì)主電路采用的是單相全橋逆變電路，所以spwmgenerator模塊選擇的是單相全橋(兩臂)型，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，載波頻率選擇為17000Hz，spwmgenerator模塊詳細(xì)參數(shù)如圖4-4所示。FunctionBlockParamet印5：SPWMGenerator |貿(mào)|PWGenerator(mask)(link)Thisblockgeneratespilsesforcarrier-based(PulseWidthModelation)jsei:-commutatedIGBTSjGTOsorFETsbridges.Dependingonthenumberofbridgeselectedinthe""GeneratorModeaparam^terjtheblcckcanbeusedeitherforsinglt-phaseorthree-phaseFWcontrol.ParametersGeneratorMode2-armbridge(4pulses) tCarrierfrequency(Hz):17000Internalgenerationofmodulatingsignal(s)OKCancelHelpApply圖4-4spwmgenerator模塊參數(shù)圖sinewave模塊sinewave模塊是正弦波信號(hào)模塊，這里是用來(lái)產(chǎn)生信號(hào)波，也就是所謂的調(diào)制信號(hào)，sinewave模塊如圖4-5所示。圖4-5sinewave模塊圖本設(shè)計(jì)需要的調(diào)制信號(hào)為220V的正弦波形。所以sinewave模塊參數(shù)設(shè)置時(shí)幅值選為220，已知正弦波的頻率為50Hz，根據(jù)公式①=2兀f，計(jì)算得出角頻率為314rad/s。sinewave模塊的詳細(xì)參數(shù)計(jì)算如圖4-6所示。

圖4-6sinewave模塊參數(shù)圖controller模塊controller模塊是一個(gè)控制模塊，將該模塊內(nèi)部展開(kāi)，如圖4-7所示。圖4-7controller模塊圖由上圖可知I-in引腳接的是主電路輸出的電流信號(hào)、V-in引腳接的是主電路的輸出電壓信號(hào)，carrier引腳接的是sinewave模塊發(fā)出的正弦信號(hào)，out引腳接spwmgenerator模塊，給spwmgenerator模塊輸入調(diào)制信號(hào)。由上圖可以發(fā)現(xiàn)controller模塊的作用是為了實(shí)現(xiàn)電壓反饋與電流反饋，可以更好的實(shí)現(xiàn)控制。其中PI模塊是比例與積分環(huán)節(jié)，PI的參數(shù)是經(jīng)過(guò)調(diào)試得出的。CurrentMeasurement模塊CurrentMeasurement模塊是電流測(cè)量模塊，作用是檢測(cè)電流，當(dāng)它串聯(lián)在電路中相當(dāng)于電流表的檢測(cè)筆，它的輸出端"i”為輸出電流信號(hào)。CurrentMeasurement模塊如圖4-8所示。+i=圖4-8CurrentMeasurement模塊圖VoltageMeasurement模塊VoltageMeasurement模塊是電流測(cè)量模塊，作用是檢測(cè)電壓，當(dāng)它串聯(lián)在電路中相當(dāng)于電壓表的檢測(cè)筆，它的輸出端"v”為輸出電壓信號(hào)。VoltageMeasurement模塊如圖4-8所示。+Cv5圖4-9VoltageMeasurement模塊圖PulseGenerator模塊緩沖電路的仿真中需要用到PulseGenerator模塊，PulseGenerator為脈沖發(fā)生器，PulseGenerator模塊如圖4-9所示。圖4-10PulseGenerator模塊圖IGBT的門(mén)極電壓一般為15V，所以選擇PulseGenerator模塊的驅(qū)動(dòng)幅值為15,占空比設(shè)置為40%，PulseGenerator模塊的參數(shù)圖如圖4-11所示。圖4-11PulseGenerator模塊參數(shù)圖4.2單相逆變電路建模及仿真分析4.2.1單相逆變電路仿真模型建立單相逆變電路主電路仿真模型如圖4-12所示。圖4-12單相逆變電路的仿真模型圖4.2.2仿真結(jié)果與分析單相逆變電路輸出電壓及電流波形如圖4-13所示。Ai\i1 \J \1 \■' Li 1f 、i1 1/ 11 1i "i\11 1!\Il'I■1j:f■\/i fI ,!; 1)1\I■ 1k J\ /1-Wnr'JV'?V*圖4-13單相逆變電路輸出電壓及電流波形圖與設(shè)計(jì)要求相同，輸出電壓為220V，輸出電流為5A。4.3緩沖電路仿真與分析4.3.1緩沖電路電路仿真模型建立緩沖電路仿真模型如圖4-14所示。圖4-14緩沖電路的仿真模型圖

4.3.2緩沖電路仿真結(jié)果與分析緩沖電路仿真波形圖如圖4-15所示。圖4-15緩沖電路的仿真波形圖通過(guò)波形圖可以看出，IGBT導(dǎo)通時(shí)，IGBT兩端并沒(méi)有出現(xiàn)尖峰電壓，波形是以一個(gè)平緩的姿態(tài)上升到最高點(diǎn)，并不會(huì)對(duì)IGBT實(shí)現(xiàn)電壓沖擊，所以證明緩沖電路仿真成功，實(shí)現(xiàn)了對(duì)IGBT的保護(hù)。第5章結(jié)論與展望5.1結(jié)論隨著可持續(xù)發(fā)展大趨勢(shì)的進(jìn)行，能源危機(jī)日益嚴(yán)峻，太陽(yáng)能作為未來(lái)主要能源之一，逐漸成為研究熱點(diǎn)之一。本文以單相光伏發(fā)電逆變系統(tǒng)的主電路為研宄對(duì)象，所做的主要工作如下：逆變系統(tǒng)主電路采用單相單極性SPWM全橋式逆變電路(單相全橋+輸出變壓器隔離)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，完成了主電路的設(shè)計(jì)，并在MATLAB下進(jìn)行建模仿真。對(duì)IGBT吸收電路原理進(jìn)行理論分析，完成了IGBT吸收電路的設(shè)計(jì)，并在MATLAB下進(jìn)行建模仿真。⑶逆變系統(tǒng)主電路輸出電能有大量高頻諧波存在，而負(fù)載要求電能清潔無(wú)污染，在主電路輸出端加一個(gè)低通濾波器，濾除高頻諧波，完成了LC濾波器的參數(shù)計(jì)算。本設(shè)計(jì)通過(guò)MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)了輸出交流電壓220V，輸出電流5A。緩沖電路的仿真實(shí)現(xiàn)了對(duì)IGBT的保護(hù)，沒(méi)有出現(xiàn)尖峰電壓。濾波器完成了低通濾波，本設(shè)計(jì)完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。5.2展望在未來(lái)隨著不可再生資源的日益減少，太陽(yáng)能成為新的替代能源已經(jīng)成為必然。而且太陽(yáng)能作為一種新能源還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是清潔無(wú)污染，沒(méi)有任何物質(zhì)的排放，不會(huì)留下污染物。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，而且太陽(yáng)能發(fā)電本身不向外界排放廢物，沒(méi)有機(jī)械噪聲。因此太陽(yáng)能是一種非常理想的替代能源。隨著電力電子的技術(shù)的不斷完善，越來(lái)越多的國(guó)家大力開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)。光伏發(fā)電在未來(lái)也面臨著諸多的問(wèn)題與挑戰(zhàn)，光伏發(fā)電也具有一定的局限性，比如光伏發(fā)電會(huì)受到氣象條件的影響，當(dāng)空氣污染嚴(yán)重，能見(jiàn)度低時(shí)會(huì)影響光伏發(fā)電的效率，而且光伏發(fā)電也會(huì)受到時(shí)間周期的限制，只有在有太陽(yáng)時(shí)，光伏發(fā)電設(shè)備才可以正常的使用，白晝黑夜，四季變換都會(huì)對(duì)光伏發(fā)電產(chǎn)生很大的影響。并且隨著中國(guó)電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，中國(guó)也有能力去生產(chǎn)一些逆變器的主要器件，因此中國(guó)也應(yīng)鼓勵(lì)本國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。參考文獻(xiàn)梁卓.小型離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器的研制[D].廣州：華南理工大學(xué),2012.⑵王英衢.單相光伏離網(wǎng)逆變器研究[D],合肥：安徽大學(xué),2013.江新金.小型離網(wǎng)光伏逆變系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].南昌：南昌航空大學(xué),2013.張迪.光伏離網(wǎng)逆變器研制及其PWM控制方法[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué),2010.易宏，代冀陽(yáng)，伍家駒.單相逆變系統(tǒng)建模與控制仿真研究[J].計(jì)算機(jī)仿真,2010.李?lèi)?ài)文，張承慧.現(xiàn)代逆變技術(shù)及其應(yīng)用[M],第一版.北京：科學(xué)出版社,2000.陳威.基于數(shù)字控制的正弦波逆變電源的研究[D].南京：南京理工大學(xué),2009.馬寧.太陽(yáng)能光伏發(fā)電概述及發(fā)展前景[J].太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù),2011.王兆安.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2010.LiangZhuo,YangPing.DesignoftheInverterinagrid-connectedSmallScaleWindPowerGenerationSystem[D].InternationalConferenceonPowerElectronicsSystemsandApplications,2011.致謝在本文完成之際，謹(jǐn)向我的導(dǎo)師韓兵欣致以最誠(chéng)摯的謝意！在論文的寫(xiě)作過(guò)程中遇到了無(wú)數(shù)的困難和障礙，韓兵欣老師對(duì)我進(jìn)行了無(wú)私的指導(dǎo)和幫助，不論是畢業(yè)論文的選題，畢業(yè)論文進(jìn)度的跟進(jìn)，還是畢業(yè)論文格式的撰寫(xiě)，內(nèi)容的缺陷，韓兵欣老師都給予了我很大的支持與幫助。本文是在韓兵欣老師悉心指導(dǎo)下完成的。韓兵欣老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、實(shí)事求是的工作作風(fēng)、深厚淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、敏銳的洞察力以及對(duì)專(zhuān)業(yè)孜孜不倦的追求，給我深深的教益和啟迪，是我今后工作和學(xué)習(xí)的楷模。同時(shí)，我還想感謝一下幫助過(guò)我的同學(xué)和朋友，在我寫(xiě)論文的過(guò)程中他們同樣給予了我很多的幫助。他們不僅給我提供了許多的素材，而且還在論文的撰寫(xiě)和排版過(guò)程中提供了我熱情的幫助。特別感謝在課題研究和論文撰寫(xiě)過(guò)程中熱情幫助過(guò)我的同學(xué)！感謝你們的幫助！其次還得感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒(méi)有這些學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫(xiě)作。因此對(duì)于這些學(xué)者們的感激是必不可少的。最后，衷心感謝學(xué)校四年來(lái)對(duì)我的辛勤培育和諄諄教誨，感謝我們班所有同學(xué)，感謝我的家人和朋友，你們的理解和支持使我得以順利的完成學(xué)業(yè)，感謝你們對(duì)我的鼎力支持！附錄外文資料AppliedPhotovoltaicsIntroductionPhotovoltaicsistheprocessofconvertingsunlightdirectlyintoelectricityusingsolarcells.Thefirstphotovoltaicdevicewasdemonstratedin1839byEdmondBecquerel,asayoung19yearoldworkinginhisfather’slaboratoryinFrance.However,theunderstandingandexploitationofthiseffectwastodependonsomeofthemostimportantscientificandtechnologicaldevelopmentsofthe20thcentury.Oneisthedevelopmentofquantummechanics,oneofthemajorintellectualachievementsofthe20thcentury.Another,dependentonthefirst,isthedevelopmentofsemiconductortechnology,whichhasbeenresponsibleforthepervasiveelectronicsrevolutionandthephotonicsrevolutionnowgatheringpace.AninterestinghistoryofmodernphotovoltaicdevelopmentsisgivenbyLoferski(1993)andtheearlyhistory,reachingbackto1839,isdescribedinmoretechnicaldetailbyCrossleyetal.(1968).Fortunately,givenitspedigreedbackground,thesimplicityandreliabilityofuseofsolarcellsisoneofthetechnology’sgreatstrengths.Inthefirstfewchaptersofthisbook,weexplorethepropertiesofthetwomostimportantcomponentsofthisprocess—sunlight,whichprovidestheprimarysourceofenergy,andthesolarcellsthemselves,whichconvertthissunlightbyelegantinternalprocessesintoelectricity.Wethenlookatthefabricationofcellsandmodulesbeforeexaminingarangeofphotovoltaicsystems,fromspecificpurposeapplicationssuchassolarcarsthroughindependentpowersuppliesforhouseholdsorwaterpumpingtolargegrid-connectedpowerstations.Thisbookaimstoprovideworkersinthefieldwiththebasicinformationneededtounderstandtheprinciplesofphotovoltaicsystemoperation,toidentifyappropriateapplicationsandtoundertakesimplephotovoltaicsystemdesign.ItisbasedoncoursematerialusedforundergraduatePhotovoltaicandSolarEnergyEngineering,RenewableEnergyEngineeringandElectricalEngineeringstudentsattheUniversityofNewSouthWales,andwillcontinuetobeusedasaprincipaltext.Byincreasingthenumberofgraduateswhoareexpertinphotovoltaicconceptsandapplications,wehopetoprovideengineersqualifiedtoparticipateinandpromotetherapidglobalgrowthofthephotovoltaicsindustry.PhotovoltalcpoweredtransportTransportofpeopleandgoodsisanenergychallengethatisdifficulttomeetdirectlywithsolarcellsowingtotherelativelysmallcollectingareasonvehiclesandthelargepowerandenergydemands.Solarpowermaybeusedtohelppowerconventionalsystems,usinganexistinggridaseffectivestorage,suchasthetramwayinKarlsruhe,Germany.Photovoltaicmodules(100kWp)ontheroofoftheCentreforArtandMedia(ZKM)supplypowerfortheKarlsruheurbantramsystem.TheenergyisfeddirectlytotheDCsystemtopowerthetramswithadditionalrequirementssuppliedbytheusualgrid-basedsystem.ThelargeDCloadsmakestorageandinvertersunnecessary.Asimilar,250kWpsystemoperatesinHanover.Afixed,ground-mounted24kWpphotovoltaicarraysuppliessufficientenergytothegridtooffsettheenergydemandsofthefunicularrailwayneartheParliamentBuilding,Bern,Switzerland.Thesystemwasinstalledin1992andproduced105%and95%oftherailway’senergyrequirementsin1993and1994,respectively.A36kWpinstallationmeetstheentireenergyneedsofafunicularnearLivorno,Italy.On-boardsolarassistancefortransportisalsoquitepractical.Severalsmallroadcarswithphotovoltaicroofshavecometomarket,buttodatehaveexperiencedsmallsalesvolumes.Asolar-assistedbus,using15photovoltaiclaminatesintegratedintotheroof,carriesdisabledvisitorsaroundKewGardensintheUK,andasupermarketchainintheUKusestop-mountedphotovoltaicstopowerrefrigerationintrucktrailers.Similarly,PVarraysontrucksarebeingtrialledintheUSasameansofkeepingbatteriestoppedupwhiledriversstopattruckstops,withouttheneedforidlingthemotor.Highwaynoisebarriersrepresentahugeinvestmentinexpensivestructuresthathavebeenfoundaseconduseasmountsforlargenumbersofgrid-connectedphotovoltaicmodulesinEurope.Apartfrombeingconvenientsupportstructures,theyprovideanexcellent‘showcase5opportunityforexposureofPVtolargenumbersofpeople.AnexcellentexampleistheA9motorwaynearAmsterdamAirportwitha220kWpsystemspreadalong1.65km(EC,2002).Solarpoweredboatsareattractive