小功率光伏并网逆变电源的设计

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1、目录摘要IABSTRACTII第一章绪论11.1课题的研究背景与意义11.2光伏并网发电系统简介11.3光伏并网发电系统对逆变器的要求21.4本文的主要研究内容2第二章并网逆变器的设计及系统的工作原理32.1并网逆变器的选择32.1.1并网逆变器结构的选择32.1.2并网逆变器回路方式的选择32.1.3系统的总体方案42.2光伏并网发电系统的工作原理52.2.1前级电路的工作原理52.2.2后级电路的工作原理6第三章光伏并网发电系统的设计83.1主电路的设计83.2控制电路及保护电路的设计83.2.2并网同步的实现83.2.3SPWM波的

2、产生113.2.4保护电路12III3.3驱动电路123.4输出滤波电路133.5辅助电源设计143.5.1辅助电源的设计要求143.5.2辅助电源设计电路143.6系统的电磁兼容设计153.6.1硬件方面考虑153.6.2软件方面考虑163.7光伏并网逆变器的仿真建模163.8控制系统软件设计17第四章最大功率点跟踪方法的比较分析194.1恒定电压跟踪法194.2扰动观测法204.3间歇扫描法21第五章光伏并网发电系统的孤岛效应及防止策略225.1孤岛效应及其危害225.2孤岛效应的检测方法225.2.1被动检测方法225.2.2主动检

3、测方法235.2.3外部检测方法235.2.4本论文采用的孤岛检测的方法24第六章总结与展望26III6.1总结266.2展望26参考文献27III第一章绪论1.1课题的研究背景与意义能源是人类社会生存和发展的动力源泉。随着社会经济的发展和人类生活水平的提高，世界范围内对能源的需求日益增长，目前世界能源的利用仍以煤炭、石油、天然气和水与核能等一次能源为主，然而这些有限的能源储量正在日趋枯竭。据世界能源委员会（WEC）预测，按照资源己探明储量和目前的发展速度，石油将在45年后枯竭，天然气将在60年后殆尽，资源量最大的煤炭也只够再开采220年

4、。另外，由于燃烧煤、石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质排向天空，使大气环境遭到严重污染，同时由于大量排放CO2等温室气体而使地球产生明显的温室效应，引起全球气候变化；水力发电受到水力资源的限制和季节的影响，并且有时会破坏当地的生态平衡；核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果同样十分严重，并且核废料的处理直至今日仍然是一个全球性待解决的问题。自1973年世界石油危机以来，常规能源频频告急。人们对能源提出了越来越高的要求，寻找新能源己经是当前人类面临的迫切课题。太阳能以其清洁、无污染，并且取之不尽、用之不竭等优点越来越得

5、到人们的关注。地球表面每年接受太阳的辐射量达5.4×1024J，相当于1.8×1014t标准煤。若将其中的0.1%按转换率5%转换为电能，每年发电量可达5600TW·h，相当于目前全世界能耗的40倍。因此，太阳能发电，必将成为21世纪后期的主导能源。据欧洲JRC预测，到未来的2100年时，太阳能在整个能源结构中将占68%的份额[3]。因此，太阳能发电对今后能源发展有着特别重要的意义。1.2光伏并网发电系统简介光伏并网发电系统是将太阳能电池发出的直流电转化为与电网电压同频同相的交流电，并且实现既向负载供电，又向电网发电的系统。光伏并网发电系

6、统主要由光伏阵列、并网逆变器、控制器和继电保护装置组成。光伏阵列是光伏并网发电系统的主要部件，由其将接收到的太阳光能直接转换为电能。目前工程上应用的光伏阵列一般是由一定数量的晶体硅太阳能电池组件按照系统需要的电压的要求串、并联组成的。并网逆变器是整个光伏并网发电系统的核心，它将光伏阵列发出的电能逆变成220V／50Hz的正弦波电流并入电网。电压型逆变器主要由电力电子开关器件组成，以脉宽调制的形式向电网提供电能。控制器一般由单片机或DSP芯片作为核心器件，控制光伏阵列的最大功率点的跟踪、控制逆变器并网电流的功率和波形。继电保护装置可以保证光

7、伏并网发电系统和电网的安全性。391.3光伏并网发电系统对逆变器的要求作为光伏阵列和交流电网系统间进行能量交换的逆变器，其安全性、可靠性、逆变效率、制造成本等因素对光伏并网发电系统的整体投资和收益具有举足轻重的作用。因此，光伏并网发电系统对并网逆变器有如下要求：1)实现高质量的电能转换。并网逆变器输出的电流频率和相位与电网的必须严格一致，以使输出功率因数尽可能的达到1。2)实现系统的安全保护要求。如输出过载保护、输出短路保护、输入反接保护、直流过压保护、交流过压和欠压保护、孤岛保护及装置自身保护等，从而确保系统的安全性和可靠性。3)具有较

8、高的可靠性。目前光伏并网发电系统主要在一些自然条件恶劣的地区，所以逆变器应在长时间的工作条件下保证低故障率，并具有较强的自我诊断能力，因此所设计的逆变器应具有合理的电路结构、严格的元器件筛选。