三相光伏并網(wǎng)逆變器的設(shè)計.doc

三相光伏并網(wǎng)逆變器的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計開題報告1 選題的目的和意義隨著社會生產(chǎn)的曰益發(fā)展，對能源的需求量在不斷增長，全球范圍內(nèi)的能源危機也日益突出。地球中的化石能源是有限的，總有一天會被消耗盡。隨著化石能源的減少，其價格也會提高，這將會嚴(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，特別是對于我們這個人口大國來講更加重要。其中太陽能資源在我國非常豐富，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，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)電量達不到使用量時，由控制部分自動調(diào)節(jié)，通過市網(wǎng)電給予補充。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，在本文中對于單相并網(wǎng)逆變器硬件進行了建摸及設(shè)計。給出了硬件主回路并對各部分的功能進行了分析，同時選用Tl公司的DSP芯片TMs320F2812作為控制CPU，闡述了芯片特點及選擇的原因。并對并網(wǎng)逆變器的控制及軟件實現(xiàn)進行了研究。文中對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本設(shè)計的實現(xiàn)方法。最后對安全并網(wǎng)的相關(guān)問題進行了分析探討。2 本選題的國內(nèi)外動向 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)洹⒖刂品绞?、功率等級上都有其各自特點，其性能和效率也參差不齊。目前在國內(nèi)外市場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，市場份額高達60。其在國內(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)逆變器實力排名世界第二。目前該公司的市場主要在歐洲和北美，在國內(nèi)參與的工程還比較少。3美國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Magnetek而進入新能源領(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)逆變器項目合作協(xié)議，將對推動我國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出積極貢獻。4陽光電源的SunGrow系列光伏逆變器作為國內(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鳥巢、上海世博會、三峽工程、上海臨港大型太陽能光伏發(fā)電項目、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)品已成功進入西班牙、意大利等對并網(wǎng)技術(shù)要求十分嚴(yán)格的歐洲市場。相對國內(nèi)同行，其技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢明顯。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、德國康能(Conergy)集團，國內(nèi)的北京索英電氣、南京冠亞電源等。同時，國內(nèi)許多高校和研究機構(gòu)也長期致力于光伏發(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)逆變器市場的競爭也越來越激烈，技術(shù)和價格優(yōu)勢己成為產(chǎn)品的核心競爭力。相對于國外逆變器廠家，國內(nèi)廠商除了在價格上具有一定優(yōu)勢外，在技術(shù)上差距還比較大，對國外產(chǎn)品進行模仿的痕跡還十分明顯。因此有必要繼續(xù)對光伏并網(wǎng)逆變器及并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)進行深入的研究，這對提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的性價比，降低系統(tǒng)造價，提高國內(nèi)廠商核心競爭力有重要作用，對推動光伏市場的發(fā)展也具有積極影響。3. 論文的主要內(nèi)容和重點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)計方案及各部分控制單元的控制策略。前級DC-DC環(huán)節(jié)部分采用中心差分的電導(dǎo)增量法來實現(xiàn)最大功率跟蹤（MPPT），并建立MATLAB仿真模型，對該方案進行仿真驗證。研究分析并網(wǎng)逆變器主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并對其建立相關(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)，引入虛擬磁鏈觀測器，通過觀測電網(wǎng)角度，實現(xiàn)并網(wǎng)控制。通過Matlab/Simulink對單相光伏并網(wǎng)逆變器進行仿真，驗證所設(shè)計的單相光伏并網(wǎng)逆變器的可行性。4. 實驗方案的設(shè)計1 比較研究分析光伏并網(wǎng)逆變器的控制方式。2 建立虛擬磁鏈觀測器數(shù)學(xué)模型。3 利用Matlab/Simulink對單相光伏并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)進行建模仿真。5. 預(yù)期達到的水平和目標(biāo)(1)詳細(xì)分析了以全橋DC-DC電路為前級的兩級式高頻隔離光伏并網(wǎng)逆變器的設(shè)計過程，對系統(tǒng)的主電路、控制電路的工作原理進行了深入分析。(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，對基于移相全橋電路的MPPT控制進行了研究，并對算法在DSP中的實現(xiàn)做了詳細(xì)分析。(3)對逆變器輸出級進行了詳細(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)電壓對系統(tǒng)的影響，同時對輸出電流的數(shù)字PI控制進行了深入研究。(4)設(shè)計了光伏并網(wǎng)逆變器人機交互子系統(tǒng)。對系統(tǒng)的軟件設(shè)計過程進行了詳細(xì)的分析和討論。在文章最后，對整個系統(tǒng)進行了實驗驗證，實驗結(jié)果表明了設(shè)計方案的可行性。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跟蹤是提高效率的最重要手段，本文對基于移相全橋電路的MPPT跟蹤方法僅進行了理論上的分析。在實際實驗時，需要對該方法在不同環(huán)境、不同地區(qū)的跟蹤精度做長期的觀察，由于實驗條件的限制，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，對于其他各種控制技術(shù)還需進行深入的討論，對各種控制方法的優(yōu)劣性需要進行詳細(xì)的對比分析。(3)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)實際上是一種分布式發(fā)電系統(tǒng)。系統(tǒng)運行時必然會對配電系統(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，其對電網(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)對電網(wǎng)的影響，對推廣光伏應(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)及無功補償功能的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)對于改善電網(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)用的一個重要方向.7參考文獻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【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，趙春江，吳達成并網(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，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 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AUPEC09 - 19th Australasian Universities Power Enginee