毕业论文-光伏发电系统

1摘要由于全球能源的逐渐紧张和环境污染的日益严重，清洁的可再生的太阳能越来越受到人们是重视[11]。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电。我们主要研究光伏发电系统中的逆变电路而其中的电压型单相全桥逆变电路是我们所要详细研究的对象，.而其中本论文会涉及最大功率跟踪及PWM控制技术全桥逆变电路克服了推挽电路的缺点，功率晶体管调节输出脉冲宽度，输出交流电压的有效值即随之改变。由于该电路具有续流回路，即使对感性负载，输出电压波形也不会畸变。几种逆变器的主电路均需要有控制电路来实现一般有方波和正弱波两种控制方式，方波输出的逆变电源电路简单，成本低，但效率低，谐波成份大。正弦波输出是逆变器的发展趋势，随着微电子技术的发展，有ＰＷＭ功能的微处理器也已问世，因此正弦波输出的逆变技术已经成熟。关键词：太阳能；光伏系统；逆变器技术；正弦波输出目录１．绪论.................................................．．...．．．．.....11.1光伏电池的历史及其工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１1.2光伏发电系统的国外与国内发展．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２1.3光伏发电系统形式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．３1.4光伏发电系统中逆变器的架构及类型（单相）．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．４1.5所涉及的逆变器控制技术简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６２．光伏系统的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６2.1光伏系统的中逆变器及控制电路的器件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．６2.2光伏发电系统的模拟电路图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７３．光伏并网系统的工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７3.1电压型单相全桥逆变电路分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．７3.2滤波器的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９3.3工频隔离变压器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．９3.4控制电路-----PWM逆变电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０2４．PWM型逆变电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０4.1PWM控制算法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１０4.2PWM控制方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１１4.3PWM调制方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３4.4本设计的主要电路及其分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３4.4.1交流采样电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１３4.4.2采样信号输入与控制信号的输出．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１４4.4.3TLC5615的信号控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１５4.4.4PWM波形信号处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１６4.4.5逆变电路的IGBT控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１７4.4.6反馈信号的处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１７５．软件部分及结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１９5.1MCS-51单片机内部结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．１９5.2主程序流程图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２１5.3SPWM波生成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２１5.4电路中频率与相位的控制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２２总结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２２参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．２４光伏发电系统逆变技术应用姓名：吕咸洲学号：班别：工商管理14春据记载，人类利用太阳能已经有3000年的历史，但是将太阳能作为一种能源和动力加以利用只有300多年的历史。真正将太阳能作为“近期急需的补充能源”，“未来能源结构的基础”，则是近来的事。20世纪70年代以来，太阳能科技突飞猛进，太阳能利用日新月异。自从实用性的硅太阳能电池问世以来，世界上很快就开始太阳能光伏发电的应用。随着太阳能电池技术的提高和价格的下降，光伏发电逐渐在地面得到硬功，规模也日益矿大。本课题主要研究光伏发电系统中的逆变器，逆变器是一种将直流电能变换成交流电能的变流装置。我们将讨论光伏发电系统中各种类型的逆变器，并对其中某一至两种类型进行详解。1.绪论1.1光伏电池的历史及其工作原理自从1954年第一块实用光伏电池问世以来，太阳光伏发电取得了长足的进步。但比计算机和光纤通讯的发展要慢得多。其原因可能是人们对信息的追求特别强烈，而常规能源还能满足人类对能源的需求。1973年的石油危机和90年代的环境污染问题大大促进了太阳光伏发电的发展。光伏电池的早期应用主要局限于科学研究及军事，航空等特殊领域。受20世纪70年代的石油危机和90年代的环境污染问题影响，人们对能源和环境问题的认识不断提高，光伏发电越来3越受到各国政府的重视，科研投入不断加大，鼓励和支持光伏产业发展的政策也不断出台[2]。太阳能是一种辐射能，它必须借助于能量转换器才能转换成为电能。这种把光能转换成电能的能量转换器，就是光伏电池。太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。太阳能功能电池组件就是将数十个太阳能电池单元进行耐候性封装。把太阳能电池组件内的太阳能电池单元以适当方式相连接能得到规定的电压和输出功率。太阳能电池组件的转换效率，单晶硅太阳能电池为12%-15%，多晶硅太阳能电池为10%-13%，非晶硅太阳能电池和化合物半导体太阳能电池是6%-9%，由于实验的限制，我们大多采用第三者。因为太阳能电池单元本身产生的电压约低于0.5V，所以使用时必须串联接作为电池组件使用。太阳能电池镇流是有太阳能电池组件集合体的太阳能电池组件串、防止逆流元件、旁路元件和接线箱等构成的。这里所谓太阳能电池组件串，是指由太阳能电池组件串联连接构成的太阳能电池阵列满足所需输出电压的电路。在电路中各太阳能电池组件串通过防止逆流元件相互并联连接[9]。PV系统的容量是标准太能能电池阵列输出功率来表示的。PV系统的输出功率受辐射照度的强烈影响，也受太阳能电池组件内的太阳能电池单元的温度影响，因此用在日照强度为1kw/m2、单元温度为25摄氏度的标准条件下的最大输出功率表示标准太阳能电池阵列的输出功率。图1-1太阳能电池阵列结构图1.2光伏发电系统的国外与国内发展从上世纪70年代开始，各国政府都投入了很大的力量来支持太阳能电池的发展。美国于1973年首先制定了政府光伏发电发展计划，明确了近、中、远期的发展战略目标；4日本于1974年开始执行“阳光计划”，投资5亿美元，迅速发展成为世界太阳能电池的生产大国。自上世纪80年代以来，其他发达国家，如德国、英国、法国、意大利、西班牙、瑞士、芬兰等，也纷纷制定了光伏发展计划，并投入了大量资金进行技术开发和加速工业化进程。近年来世界太阳能光伏一直保持着快速发展，十世纪九十年代后期世界光伏市场更是出现了供不应求的局面，进一步促进了发展速度。综观进入新世纪后世界太阳电池的总产量，年增长率达到30-40%。充分开发利用包括太阳能在内的可再生能源、实现能源工业的可持续发展具有重大的战略意义。随着对太阳能和可再生能源的广泛的大规模的利用，全球的能源结构必将发生根本性的变化。我国正处在经济转轨和蓬勃发展时期，但能源问题严峻，由于城市中大量使用化石能源，环境持续恶化。另一方面，我国具有丰富的太阳能资源，日照时数大于2000h，太阳能总辐射量高于5016MJ/（m2a）的地方约占全国总面积的三分之二以上，尤其是西部地区有很大的潜力。在这些地方发展并网发电计划，对于缓解当地的能源贫乏情况，提高当地人们生活水平有着极其重要的意义。我国在20世纪50年代开始研究太阳能电池，于1971年首次成功应用于我国发射的东方红二号卫星。此后，光伏发电就不断摸索中发展。在新世纪初，国家发改委在2002年启动了“送电到乡工程”，该工程光伏系统容量为20MW，极大地拉动了我国光伏市场的需求。尽管我国研制太阳能电池始于1958年，中国的光伏技术经过了50年的努力，已经具有一定的水平和基础，但是与世界先进国家相比仍有不小的差距。近几年来，我国的光伏发电技术己经具有了一定的市场潜力和市场吸引力，但光伏并网发电的关键技术和设备主要依靠进口，光伏并网发电的技术更是刚刚起步，因此，并网型光伏系统的造价高，依赖性强，制约了并网型光伏发电系统在国内的发展和推广。掌握并网型光伏系统的核心——并网逆变技术对发展并网型光伏发电系统具有至关重要的作用。国内光伏系统主要采用单位功率因数并网，不具备电能质量控制功能。因此，研究具有电能质量调节功能的光伏并网系统有重要意义，其研究主要放在并网逆变器的控制方法上，相同的拓扑电路，采用不同的控制方法能够产生不同的控制效果。对逆变器建立模型并进行分析，采用先进的控制策略对于光伏并网系统的性能是必不可少的。同时采用先进的控制算法是提高逆变器效率的方法之一。1.3光伏发电系统形式典型的光伏发电系统是由光伏阵列、蓄电池组、控制器、电力电子变换器、负载等构成，而光伏发电系统按工作条件分为独立型，并网型和介于两者之间的可调度型。独立型：没有与电力公司的配电线并网的系统成为独立型系统。独立型光伏发电多用于边远山区，因为这些地方需要的电能容量小，建变电站成本昂贵，宜用独立型光伏发电。这种系统中要把使用的电量限制在PV系统的发电量以下，考虑到夜间和雨天PV系统不能发点，此时需要由蓄电池供给电力，西电池必须预先充电。此