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1、摘 要由于近年来不可再生能源的不断消耗，能源危机日益凸显，各国都在加紧开发新能源。太阳能发电作为一种全新的电能生产方式，具有清洁无污染、来源永不衰竭且维护措施简单等特点，因而受到越来越广泛的关注。本文针对太阳能应用的一个重要研究领域光伏发电系统，尤其是小功率光伏离网发电系统，设计实现了基于 DSP 控制的光伏离网逆变器逆变电路部分的硬件电路。论文首先介绍了太阳能光伏发电的国内外发展现状，阐述了利用 DSP 控制光伏离网系统的基本原理。然后提出了以逆变器 DC/AC 变换技术为核心的光伏离网逆变器的硬件电路设计方案，并在 Matlab 软件上进行了仿真测试。关键词：光伏离网；逆变器关键词：光伏离
2、网；逆变器；DSP；MatlabMatlab 仿真仿真AbstractIn recent years, with the continuous consumption of non-renewable energy, the energy crisis has become increasingly prominent, countries are stepping up the pace to develop new energy. Solar power, as a new energy production methods, owns many features, such as, cl
3、ean, non-polluting, never failure of source and simple maintenance measures, and thus draws more and more attention.In this paper, as for an important research field of solar energy applications-photovoltaic systems, especially low power photovoltaic off grid power generation system, design and achi
4、eve the hardware circuit of inverter circuit in photovoltaic off grid inverter based on DSP control. The paper firstly described the development of photovoltaic power generation in the world, and explained the basic principles of DSP controlled photovoltaic off grid system.Then objective of toff gri
5、d inverter with the core of DC / AC conversion technology inverter hardware circuit is designed and its simulation tests on the Matlab software is proceeded. Key words: off grid photovoltaic; inverter; DSP; Matlab simulation目录摘 要.1Abstract .21 引论.41.1 太阳能应用的背景 .41.2 光伏发电应用现状和意义 .41.2.1 国内光伏发电应用现状.41
6、.2.2 国外光伏发电发展现状.61.3 太阳能光伏发电的概述 .71.4 本课题的内容和设计要求 .72 光伏发电系统 .82.1 光伏发电系统的组成 .82.2 光伏发电系统的分类 .93 光伏电池 .113.1 光伏电池的工作原理 .113.2 光伏电池的分类 .114 主电路拓扑及电路主要参数设计 .134.1 主电路拓扑 .134.2 DC-DC 部分的电路拓扑 .134.3 功率开光管的缓冲电路的设计 .165 系统的软件构架 .175.1 系统的控制方式 .175.3 SPWM 波的生成 .186 采样电路.206.1 直流电压电流采样电路 .206.2 交流电压与频率的采样 .
7、211 引论1.1 太阳能应用的背景伴随着传统的能源资源不断枯竭，环境污染造成全球变暖的最严重的问题，制约着社会的可持续发展。对于全世界的能源需求的增长使能源资源已经成为了世界上最重要的战略物资。因此，发展可再生能源是全球未来的能源发展的必由之路。在中国水电和风力发电已成为商业发电，但他们的资源是有限的，他们不可能即使利用所有的资源满足未来的需求。光伏发电，是一种取之不尽的无限量的能源，可以直接将太阳光转化为电能。光伏发电系统是一种重要的解决问题，如能源危机和环境保护。技术相关的并网光伏发电系统已经通过了世界广泛的研究并已经取得了很大进展。尽管中国的光伏并网发电系统的研究开始不久，但中国有丰富
8、的太阳能资源。通过上述分析，在能源需求急剧增加而其他能源日益紧张的背景下，太阳能作为一种取之不尽的、无污染的可再生能源已经成为当今最热门的能源开发应用的课程之一，它必将是 21 世纪最重要的能源之一。因此对光伏发电设计具有巨大应用价值和现实意义。因此，将来光伏发电系统的发展前景会很乐观。同时对于目前的一些能源问题，光伏并网发电系统都可以很好的解决，这将会对我们社会所面临的能源问题做出相当大的贡献。1.2 光伏发电应用现状和意义1.2.1 国内光伏发电应用现状中国的光伏发电产业出现了非常奇怪的“两头在外”现象，即 90%的原材料依赖进口，而 90%的光伏产品却进入了国际市场。光伏产业的发展也相对
9、缓慢，各种光伏材料的发展都相对落后。1958 年开始对太阳能光伏电池进行研究，并于 1971 年将光伏电池成功应用于东方红 2 号卫星；1973 年开始太阳能光伏电池的地面应用研究；从 20 世纪 70 年代初到 80 年代末，由于成本高，太阳电池在地面的应用非常有限。20 世纪 90 年代以后，随着成本的降低，太阳电池产量迅速增长，太阳电池开始向工业领域和农村电气化应用发展，市场稳步扩大。国家和地方政府开始制订光伏计划。2002 年，国家发改委启动了“送电到乡”项目，使得中国的光伏市场迅速增长，总装机容量从 2001 年的 235 MW 迅速增长到 2002 年的 45 MW，至 2003
10、年达到 55 MW。20032005 年，受德国市场的巨大需求影响，国内光伏企业的产能迅速扩展，产量迅速增长。2005 年，电池产量约 150 MW，组件产量约 284 MW，国内安装量约 5 MW，累计安装量 70 MW。近年来，随着环境问题日益突出，绿色发展理念逐渐深入人心，全球经济的发展方向和导航标已然转向低碳经济，太阳能光伏产业受到世界各国的重视。目前我国已经形成了完整的太阳能光伏产业链。据了解，随着国内太阳能光伏发电的大规模应用及快速发展，其上游的多晶硅大规模产业化生产及应用技术已日趋成熟，尤其是从国内及全球现有生产工艺水平看，已可实现整个多晶硅生产产业链和系统内部的封闭运行，从而接
11、近零排放水平。我国太阳能光伏电池的年产量约为 3MW 生产能力约为 5-8MW，累计用量约为 15MW，同国外相比有很大差距!光伏发电产业生产规模小，水平低，生产成本高，市场培育迟缓，其总体水平落后国外约 15 年。我国 “十二五”规划纲要提出，要大力发展节能环保、新能源等战略性新兴产业，新能源产业重点发展太阳能热利用和光伏光热发电、生物质能等，解决 600 万人(即无电人口的 10%)的用电问题等目标!这给光伏发电产业提供了前所未有的市场和发展机会2。我国光伏发电的重点项目：(1)我国“光明工程”计划由国家发展计划委员会牵头制定的“中国光明工程”计划，筹集 l00 亿元，计划到 2010 年
12、利用风力发电和光伏发电技术解决 2300 万边远地区人口的生活、边防哨所、微波通讯站、公路道班、输油管线维护站、铁路信号站等用电问题。使他们达到人均拥有发电容量 100 瓦的水平。(2)深圳园博园 光伏并网发电系统，该项目总投资 750 万美元，这是国内第一座 MW 级太阳能发电站。是目前中国乃至亚洲最大的太阳能并网发电系统，发电能力约为 100 万千瓦。该电站采用与市电并网形式。投入使用以来共发电200 多万度。(3)京奥运会鸟巢体育场太阳能光伏发电系统2008 年 4 月。北京奥运会鸟巢体育场太阳能光伏系统实现并网发电。这是2008 北京奥运会主场馆鸟巢工程首次采用太阳能光伏发电。这套光伏
13、发电系统总投资约 1000 万元，总装机容量为 100 千瓦。该太阳能光伏系统使用单晶硅组件，采用了不可逆流、无储能的太阳能光伏发电技术。可以就地安装、维护费用低。该太阳能光伏发电系统安装在位于国家体育场鸟巢周围的 5 个安检棚顶部，每个安检棚为一个并网发电单元。通过光伏并网逆变器与公共电网并接，实现了与公共电网的互联、互通和互补。该系统发电除满足鸟巢检票系统的自身用电外，多余电力将并人国家体育场的电力供应系统。按平均每天 5 小时光照时间计算。这套光伏发电系统每天可为鸟巢提供 520 度绿色电力。该系统将稳定运行 25 年，累计可生产约 475 万度绿色电力，可减排 2500 多吨废气替代
