家庭太阳能发电及售电系统

家庭太阳能发电及售电系统•答辩报告1研究背景及意义2系统整体方案设计5控制策略及仿真结果43硬件电路设计热仿真分析及机箱设计•一、研究背景及意义太阳能是未来最清洁、安全和可靠的能源，发达国家正在把太阳能的开发利用作为能源革命主要内容长期规划，光伏产业正日益成为国际上继IT、微电子产业之后又一爆炸式发展的行业。•同时，这带动了我国光伏发电方面的发展，我国政府出台了一些列的政策，如《金太阳示范工程财政补助资金管理暂行办法》以及《关于做好分布式电源并网服务工作的意见》等，为光伏发电的发展提供了有力支撑。其中，最具实际意义的是2014年6月初，国家税务总局发布《关于国家电网公司购买分布式光伏发电项目电力产品发票开具等有关问题的公告》规定自7月1日起，家庭分布式光伏发电项目向国家电网公司售电，发票由供电部门开具。•二、系统整体方案设计采用高频链方案，先采用隔离型Converter模块将48V蓄电池的电压提升至350V电压，再经过Inverter/APFC模块输出220V交流电入网。项目亮点1.家庭供电系统太阳能、电网、蓄电池能量双向传输,实现“削峰填谷”.2.太阳能发电控制器模块化、并联设计DC/DCDC/DC双向电表电网BatDC/AC70-90VMPPT48V380V双向可逆220V•三、硬件电路设计LrL1Q2Q3Q4Q1D2D3D4DTTn:1oCLR+-oUfDfCfn:1-+inU反激绕组原理分析由于输出电容上电压为零，且电感上没有存储能量。那么启动初期开关管势必会在最大的占空比下工作，通过电感的电流不断增大，不断存储能量且无法释放，几个周期后电感就会饱和。从而失去了对电流的抑制作用，形成很大的冲击电流，甚至击穿功率开关管。因此对升压电感增设一个反激绕组，与升压电感耦合成反激变压器完成启动工作。隔离升压全桥(IBFBC)DCDCB/H磁滞回线如上图所示，磁心不允许在磁滞回线上一直沿单方向磁化。若它由给定伏秒数从磁滞回线上的b点，则磁心再次沿磁滞回线磁化上移之前施加反极性伏秒数使其精确回复到0.有源钳位原理分析inULrL1Q2Q3Q4Q1D2D3D4DTTn:1oCLR+-oU1C2C3C4CCCQ实际电路中隔离变压器存在漏感Lr，各开关管存在结电容C1-C4，假设其电容值均为CQ。由于没有耦合关系，稳态工作中漏感所存储的能量无法通过变压器传送到输出端。任何一对开关管关断时，流过变压器原边的电流换向，流过Lr的电流不能突变，其与关断开关管的结电容发生谐振，在开关管漏源极两端会产生很高的尖峰电压，从而损坏开关管。inULrL1Q2Q3Q4Q1D2D3D4DTTn:1oCLR+-oUoi1C2C3C4C1CU+-+-4CU变换器采用全控型半导体开关器件进行高频脉宽调制，可以很好地实现系统的动态响应要求及对进网电流的波形控制。另外，通过适当的控制策略控制交流侧进网电流的波形，可以控制功率因数为所设计的任意值，达到交、直流侧能量的双向流动的目的。非隔离型Inverter/APFC项目难点•1.项目中的DC/DC升压拓扑结构中用到了高频变电路(DC/AC/DC)和比较陌生的MOS管，在减少管耗的同时提高了技术难度。•2.双向能量传输增加了软件控制的难度，需要功能更加齐全的控制策略，本文采用的SPWM（解耦）控制策略。•四、热仿真分析及机箱设计•通过对机箱内部主要发热元件、散热元件以及结构的参数设定运用Icepak热分析软件根据设定参数进行热仿真分析得到温度分布云图。通过在热仿真过程中对各种结构以及设计参数的调节，从而可以确定确定各种参数的设计对本次机箱散热效果的影响。通过仿真分析工频方案散热方式的效果并且调节散热结构可对原定机箱设计结构进行散热结构优化，并通过Icepak热分析软件进行仿真验证，证明热分析在电器产品设计中的可靠性。机箱整体设计根据方案分析及具体选材所确定的散热片尺寸，最后完成的强电板跟驱动板组合的板子整体三维图如图从图中可以看出温度的制高点还是在热源表面，主要分布在MOS管附近和变压器底部，越往底部，温度越高。边界条件参数设定环境温度30℃换热系数重力方向Y轴方向轴方向求解类型对流与传导湍流模型湍流模型环境参数设计由于未经过任何机箱散热设计，热能大量积聚在机箱内部，造成散热不畅，机箱内平均温度远远高于系统允许阀值。通过前后两个风扇前来后推的方式，大大加快了机箱内部气流的流速，使机箱前后的风速始终保持在相当的高度，同时使机箱内部的风速分布更加均匀。通过混合式风道时使机箱的平均温度下降了约40℃。未优化的散热模型混合式风道散热模型从图中可以看出风道结构优化设计采用混合式风道实现前推后拉方式，大大加快机箱内气流的流动速度，使机箱前后气流的分布更加的均匀；通过在侧面加开通风窗口，实现了机箱内外的对流速度，气流流速提高了散热效果。而散热片参数优化设定通过仿真，选择并确定最后的散热片参数，长度17cm，宽度3cm，底板厚度5mm，翅片厚度0.8mm，翅片间距0.8cm。最后热源模块位置优化更改原设计中电路结构，使MOS管离风扇距离为1cm，达到最好的散热效果。•五、控制策略及仿真结果•Park坐标变换（2s/2r）•静止坐标系中的空间矢量可以转换到旋转坐标系统•220V工频电压在静止坐标系中是一个从0V到310V再到-310V最后到0V不断变换的交变量；在以50HZ角速度旋转的旋转坐标系中却变成幅值310V、相位保持不变。•在旋转坐标系中，与电网电压同相的并网电流分量对应着有功功率输出；与电网电压相角相差90度的并网电流分量对应着无功功率。RPWM,qd,dqCurrentController,qd,4/sTePLLUtilityGridLDCLinkauaucossinrefdi,refqi,cossiniuii•图中PLL锁相环时刻检测电网电压的幅值和相角，为Park坐标变换及其反变换提供解耦所需旋转的角度。•利用PID控制器将目标对象整定为典型I型系统，实现负反馈闭环控制。PWM调制器数学模型PWMcmdSABKUU(t)UucmU为三角载波的峰值；为调制波，是一个正弦量；(t)Us由于PWM装置存在延时。因此，逆变环节可以看作一个带滞后的高增益比例环节pecmpEsT1K(s)G•主电路解耦模型假设其中一个三相滤波器是通过三相线路电抗器进行滤波和一个三相耦合变压器接口到公用电网的三相系统。这样系统可以用单线图表示，假设单相变量由三相那些取代。因此，这样的系统的交流侧的动力学可以描述为abci,abcabcabca,udtdiLRiu将方程式从abc坐标到静止坐标系变换，获得如下公式：αβαβi,αβαβαβa,udtdiLRiu当这些电气量用采用空间矢量来表示时，获得公式如下：sisssaudtdiLRiu将公式中的微分方程进行拉普拉斯变换，就可以得到该系统在静止坐标系中的结构式。根据公式。。。。。。。。。主电路解耦系统的传递函数推导如下ssssT1K(s)G可以得到系统的开环传递函数为:ssPEcmR0sT1K)sT(1K(s)G(s)G运用常规的PI控制器就可以使系统达到期待的动态响应，因此：作为典型的I型系统，使其开环传递函数选择为1)s(TsKW(s)inRsTsT1(s)G•仿真实验仿真结果分析有功功率和无功功率仿真结果逆变和整流仿真波形ThankYou！