光伏微型发电逆变器的设计.docx

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微型光伏发电逆变器的设计摘要
目前,人类社会进展快速,对能源的需求不断加大,能源危机和环境保护成了21世纪的主题。太阳能具有无限性,清洁性等特点,假设能加以利用,对人类以后的进展和连续由很重要的意义。在此背景下,本设计基于TMS320F240对光伏发电并网逆变器做出了分析和争论。
本设计首先介绍了国内外光伏发电的现状,分析了光伏发电的工作原理,然后对主电路构造进展分析和选择,最终确定前级承受Boost升压电路以及后级承受全桥逆变电路,逆变主电路承受无变压器绝缘的两级拓扑构造。把握方法承受滞环反响调整。分析了太阳能电池的工作原理,确定了承受扰动观测法实现最大功率点跟踪〔MPPT〕的方法。接着论述了孤岛效应的产生缘由和危害,确定了承受周期性扰动正反响频率漂移(AFDPF)孤岛检测方法。对系统进展了软硬件的设计,最终利用MATLAB软件对系统局部指标进展了仿真,满足了局部要求。本次设计能够局部解决地区供电难,社会能源短缺问题,对社会进展和稳定有重大现实意义。
关键词:太阳能,光伏并网逆变器,最大功率点跟踪,孤岛检测,MATLAB
TheDesignofPhotovoltaicInverter
ABSTRACT
Atpresent,thedevelopmentofhumanbeingsgrowingdemandforenergy,,thispaperusethesolarenergy,basedonTMS320F240isdesigned800wminiaturegrid-connectedphotovoltaicinverter.
Atfirst,thispaperanalyzesthemaincircuitstructureofsystem,beforethefinallevelusingtheBoostboostercircuit,andthelatter ,determinesthedisturbanceobservationmethodisusedtoachievemaximumpowerpointtracking(MPPT),determinestheperiodicdisturbanceusingpositivefeedbackfrequencydriftisland(AFDPF)detectionmethod.
Finally,thesystemhardwareandsoftwaredesign,andonthepartoftheperformanceoftheMATLABsimulation,toverifythepartoftheperformanceofthesystem.
KEYWORDS:Thesolarenergy,Photovoltaicgrid-connectedinverter,Maximumpowerpointtracing,Islanddetection,MATLAB
IV
目录
IV
前言 1
第1章绪论 2
微型光伏发电逆变器国内外争论动态 2
选题的依据和意义 2
根本内容和解决重点问题 3
争论进度 3
主要内容 3
第2章把握系统总体设计 4
光伏逆变系统的工作过程 5
光伏并网逆变系统的性能指标和参数要求 6
逆变器性能指标 6
逆变器参数要求 6
光伏并网逆变系统的把握方案 7
系统的整体把握方案 7
第3章把握系统硬件设计 10
把握系统的整体构成 10
把握系统中变量分析 10
变步长扰动观看法实现最大功率点跟踪 10
孤岛效应及其检测方法 12
把握系统中所用硬件设备的选择 13
Boost电路设计 13
逆变电路设计 15
驱动电路的设计 17
把握电路的设计 18
第4章把握系统的软件设计 19
MATLAB简介 19
把握系统整体设计 20
DSP锁相环节软件设计 20
第5章系统仿真 22
电流跟踪型逆变器仿真 22
光伏阵列的仿真 25
IV
扰动观看法模型仿真 28
第6章总结与展望 31
本设计主要完成的工作 31
把握系统的性能和优缺点 31
把握系统设计过程中的技术难点 32
把握系统还需改进的地方 32
谢辞 33
参考文献 34
外文翻译资料 36
IV
1
前言
本课题主要针对目前能源问题而设计,能源问题始终关乎人类生存和进展,是人类能否连续下去的关键。目前资源短缺使得人类必需找到一种的能源来替代,同时环境污染也是重大问题。然而太阳能是最好的选择,其一清洁,其二取之不尽用之不竭。假设能对其加以改造和利用,必定对人类的进展起着至关重要的作用[1]。
从20世纪80年月起中国开头争论了光伏逆变器,现有特定的公司生产光伏发电逆变器。我国光伏发电逆变器厂商普遍启动时间晚,所以在规模、构造、工艺、做工、性能稳定性国外企业无法相提并论。不过国内龙头企业合肥阳光电源公司进展快速,在欧洲市场及国外其他大功率市场取得相当大的成绩。
本次设计分析微型光伏发电及并网工艺过程,主电路主要承受两级电路,前级是Boost升压电路,后级为逆变电路。主要把握方式是滞环反响把握,承受变步长最大功率点跟踪方法实现太阳能光伏阵列最大功率电跟踪。最终在MATLAB中构建了系统的仿真模型,验证了局部系统性能[2]。
第1章绪论
微型光伏发电逆变器国内外争论动态
近年来,欧美各国如德国、美国、意大利以及中国光伏产业不断进展,光伏逆变器在全球的销量与日俱争。欧洲市场得天独厚,成熟的技术使他们具有领先水平,走在世界的前沿。全球光伏市场日渐兴起,欧洲大多数光伏逆变器厂家开头扩张。
具有先进半导体技术和工业根底的美国和日本在电路设计、自控设计设计方面颇具实力,他们依靠各自的品牌于光伏逆变器生产设计领域拥有很强的实力与优势。国外主要逆变器厂商有:SMA、KACO、Fronius、Siemens、studer、Danfoss、Spwtick等公司,其中SMA、KACO、Fronius、Siemens市场占有率达70%,领军国家德国SMA2023年市场销售额占为44%。这使得传统厂商不得不开头扩大产能,不断扩展渠道,传统电气把握、自动把握控等工业巨头渐渐开头进入能源市场。
从20世纪80年月起中国开头争论了光伏逆变器,现有特定的公司生产光伏发电逆变器。我国光伏发电逆变器厂商普遍启动时间晚,所以在规模、构造、工艺、做工、性能稳定性国外企业无法相提并论。不过国内龙头企业合肥阳光电源公司进展快速,在欧洲市场及国外其他大功率市场取得相当大的成绩。
如今,虽然国内逆变器生产厂商比较多,但对于光伏发电逆变器的争论的厂家却寥寥无几。合肥阳光电源股份、南京冠亚电源设备等企业的光伏逆变器技术不断上升,产量不断提高,甚至成功研发了大型光伏逆变器。逆变器的利率可高达35%--40%,主要由于逆变器本钱低、技术成熟、供给商少。以后投资者的不断增加和大规模光伏系统电站的建立必定使得毛利率下降。“金太阳工程”在确定程度上鼓舞国内商家的进展,给将来光伏器进展带来机遇与挑战[3]。
选题的依据和意义
21世纪是能源危机的时代,能源问题是人类能否连续下去的关键。目前资源短缺使人类必需找到一种的能源来替代,同时环境污染也是重大问题。然而太阳能是最好的选择,其一清洁,其二取之不尽用之不竭。假设能对其加以改造和利用,
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必定对人类的进展起着至关重要的作用。
本设计对光伏发电逆变器的总体把握方案、主电路构造、器件选型、光伏太阳能电池的最大功率点跟踪以及孤岛检测进展了深入争论。
根本内容和解决重点问题
本设计基于TMS320F240实现电路把握,主电路承受无变压器绝缘的两级构造,并且有最大功率检测与跟踪以及孤岛效应检测,争论分析了光伏发电并网逆变器,最终输出与电网电压同频同相的正弦电流输出。
分析微型光伏发电及并网工艺过程;
在分析工艺过程的根底上,设计系统整体把握方案,选择把握策略;(3)进展硬件电路设计,完成元器件参数计算和选型;
(4)硬件电路仿真;(5)搭建硬件电路;(6)电路测试及调整。
争论进度
1-3周:查找相关资料,设计整体方案,撰写开题报告。
4-5周:把握方案设计,元器件参数计算和选型。
6-8周:硬件电路的搭建、仿真和测试。
9-10周:系统把握软件的设计及测试。
11-12周:撰写毕业论文,辩论。
主要内容
本文主要内容分为六个局部:
一、绪论,介绍了本设计的来源和意义,概述了光伏发电的工作原理以及光伏逆变的关键技术。
二、争论了并设计出了本系统的主电路构造——无变压器绝缘两级构造,分
1
析了逆变电路。
三、介绍了系统各个关键局部:升压单元、逆变单元、滤波单元、驱动单元、把握单元等器件选型。
四、介绍了系统的软件设计。
五、给出本设计的光伏并网逆变器的仿真来验证局部性能。
六、主要对本次设计的性能指标做出了总结,说明白系统的优缺点以及需要改进的地方。
第2章把握系统总体设计
1
光伏逆变系统的工作过程
白昼,光伏电池组受到太阳光的照耀,产生电动势,光伏阵列由数个太阳能电池模块串联形成,它产生的电压应与系统所需要的输入电压一样。光伏系统主要分为两类:并网系统和独立系统,并网系统就是要与电网连接,则太阳能产生的电流要接入电网;独立系统则不与电网相连接,单独将太阳能产生的电流供给用电设备。利用光生伏打原理,光伏发电系统将太阳能直接转换成电能。光伏发电系统主要由由电池方阵和逆变器两局部组成。当有光照耀太阳能电池板时,电池方阵产生电流通过并网逆变器将电能输送到沟通电网上。光伏发电系统主要分为独立式和并网式。独立式光伏发电系统远离电网,适用于远离电网的地区用于不想接电网的用电场合。光伏并网发电系统原理图如图2-1所示,图2-1〔a〕是单级式并网发电系统原理图,图2-1〔b〕是两级式光伏并网发电系统原理图[4]。
PV阵列
并网
逆变器
MPPT把握
DC
PV阵列
并网
DC
逆变器
MPPT把握
逆变器
把握
电网 电网
〔a〕单级式光伏并网发电系统 〔b〕两级式光伏并网发电系
统
图2-1 光伏并网发电系统
得出结论,逆变器是光伏系统至关重要的环节,影响系统效率和系统工作质量,直接打算系统是否能够稳定运行。表2-1列举了独立式光伏发电系统和光伏并网发电系统的各自特点,依据表格得出结论:并网发电系统相对于独立系统本钱较低,发电质量和效率高,是比较好的选择[5]。
表2-1 独立光伏发电与并网发电比照
名称
描述
1
①
本钱相对较高;
②
输出功率不稳定;
独立式发电系统
③
输出电能质量易受外界影响;
④
需蓄电池或风力发电机等设备作为系统补充
⑤
主要用于遥远无电地区,用于进展中国家
①
造价较低、发电本钱较独立式低10~20%;
②
电能供给较稳定;
并网发电系统
③
无需其它能源补充设备;
④
进展不受地区的限制,兴盛国家应用较多
光伏并网逆变系统的性能指标和参数要求
逆变器性能指标
并网逆变器不同于一般的逆变器,差异是并网逆变器要保证输出电压〔电压型〕或电流〔电流型〕与电网电压同步,这样才能符合给电网供电的标准。然而工频电网的输出频率是变化的,所以逆变器的输出频率要随电网频率的变化而变化。与此同时,功率因数也是一个需要考虑的问题。功率因数过低,电网会被注入谐波和无功重量,线路负担加重,并且谐波会造成电磁辐射。为使生产高质量的电能,降低污染,应尽量使逆变器的输出功率因数趋于1。一般以下要求:
输出一个频率稳定度在±%的正弦沟通电。
断电状况下逆变器自行切断。
保证光伏阵列的最大功率点输出。
提高效率,使效率在85%以上。
启动电流小,系统运行稳定。
具有短路、过载、过压、欠压、声光报警保护功能[6]。
1
逆变器参数要求
额定输出功率:P
N

³800W;
1
输出单相沟通电压:Uon=220V;
1