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1、安徽理工大学本科毕业设计（论文）开题报告姓 名 李* 专业班级 电气* 指导教师 *一、课题的名称、来源1.课题名称 10KW 光伏发电并网逆变器的设计2.课题来源 生产 科研 教学 其他 二、研究意义、研究现状、研究内容、拟采用的研究思路与方法研究意义：在当今的世界能源结构中，人类所用的能源主要是石油、天然气和煤炭等化石能源。据记载，2009 年世界一次能源（包括生物能）消费总量为 140.50 亿吨标准煤，其消费结构为：石油占 33.9%，开然气占 19.6%，煤炭占 22.7%，核电占 6.1%，大中型水电占 3.9%，新可再生能源占 2.0%，传统生物能占 11.8%。随着经济的发展，
2、人口的增加以及社会生产力的提高，预计未来世界能源消费将以每年 3%的速度增长。2010年全球人口约 70 亿左右，能源需求折合成装机容量为 16TW 之多；预计到 2050 年全世界人口将达 100 亿，能源需求装机达 4060TW，届时人类对能源的需求只能依靠可再生能源来解决。但是，地球上潜在的水能资源 4.6TW，经济可开采资源只有0.9TW；风能实际可开发资源 2TW；生物质能 3TW；核能的利用争议很大，正如最近日本地震引起的福岛第一核电站核泄漏事故，对周边国家和地区造成了很大的安全危害，而且，如果按照目前核裂变技术，受资源限制最多可以开发 3TW，人类掌握可控聚变技术预计还要 100
3、 年。因此，只有太阳能是唯一能够保证人类能源需求的能量来源，其潜在资源 120000TW，实际可开采资源高达 600TW。太阳能光伏发电优势明显，具体变现为以下几点：体积小、重量轻，单位重量比功率为 501000W/Kg ；寿命长： 2050 年（工作 25 年，效率下降 20%）；零排放：无燃料消耗，无噪声，无污染；发电不用水（高倍聚光电池也如此），可在荒漠地区建设；运行可靠，无机械转动部件，使用安全，免维护，无人值守；太阳能资源永不枯竭（至少 50 亿年），各地区差异不大，可实现分布式电站；生产资料丰富，硅材料储量丰富，为地壳上的元素丰富程度排列第二，达到 26%之多；不单独占地：可以安装
4、到建筑上；规模大小皆宜，可为 10W100GW ，可以“ 搭积木”式建设和安装；安装容易，建设周期短，安装成本低；能量回收期短，只有 0.83.0 年，能量增值效应明显，达 830 倍；规律性强，可预测，调峰效果明显，调度比风力发电容易；降价潜力大。因此，太阳能光伏发电具有最广阔的发展前景，是各国最着力发展的可再生能源技术之一。欧洲联合研究中心（JRC）对光伏发电的未来发展做出如下预测： 2020 年世界太阳能发电的发电量占世界总能源需求的 1%，2050 年占到 20%，2100 年则将超过 50%。研究现状：世界光伏产业在严峻的能源形势和生态（地球变暖、自然灾害频发）形势压力下，自 199
5、0 年后半期起就进入了快速发展时期，世界光伏电池产量逐年增长，过去 10 年里的平均年增长率达到 40%，已经超过了 IT 产业，成为世界上发展最快的产业之一。2010 年世界光伏电池的产量更是高达 16GW，光伏产业迎来蓬勃发展。我国太阳电池的研究开发始于 1958 年，1971 年就成功地将自主研发的太阳电池首次应用于我国自主发射的东方红二号卫星上，于 1973 年开始将光伏电池用于地面。自1981 年开始，光伏电池及其应用开始列入国家的科技攻关计划，通过“六五” 到“十一五”六个五年计划，在光伏电池器件和应用技术方面取得了可喜的成绩。2000 年以后，国家科技部又启动了国家“863” 计
6、划和“973” 计划，分别对光伏发电的产业化技术和基础性研究给予支持。目前国内已有大量太阳能光伏发电工程建成并投入运行，例如，深圳国际园林花卉博览园 1MW 并网型太阳能光伏发电系统于 2004 年 8 月 20 日建成发电并投入运营，国家体育场（鸟巢）100KW 并网型太阳能光伏发电系统已经成功使用于2008 年的奥运会，上海世博会光伏电站主体工程装机容量为 3 兆瓦，成为全球目前最大的单一光伏建筑一体化项目。预计在 2010 年2020 年，中国光伏发电的市场主流将会由独立光伏发电系统转向并网发电系统。太阳能光伏逆变器的市场潜力与太阳能并网发电息息相关，没有光伏逆变器，光伏并网发电将毫无实
7、现的可能。一般并网发电型系统的光伏逆变器，其成本约占整个光伏系统的 10%15% 。 2006 年 3 月国际合作发展基金会的太阳能光电产业报告指出，未来 10 年全球太阳能光电产业可望以平均 30%的速度成长，以目前的全球产值来预估，2007 年全球 PV 产值可达 77.5 亿美元。另外，工研院产经中心于 2006 年 4 月份的电阳光电电力调节器技术与市场分析报告指出，根据国际能源署 IEA（International Energy Agency）的 PVPS 计划调查，2006 年新装 PV 发电系统容量为 770MW，其中，93.4%的装置容量（719.5MW）来自于并网发电型系统。
8、到 2020 年，德国、日本要提升可再生能源的发电量至 20%，中国宣称要达到 15%，而美国为 10%，从以上数据可以看出全球太阳能光产业将会迎来蓬勃发展，这也必将同时带动光伏逆变器需求的增长。研究内容：光伏发电系统主要分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。其中并网型光伏发电系统一般由太阳能电池板、升降压变换电路，光伏逆变器，控制器等部分组成，其中光伏逆变器是将直流电转换成交流电的核心设备。逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能发电系统，独立的向负载供电，并网逆变器用于并网运行的太阳能发电系统。逆变器按输出波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器。
9、方波逆变器电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统，正弦波逆变器成本高，但可以适用于各种负载。本课题拟在熟悉光伏并网逆变器的基础上，设计出一种效率较高、并网控制策略较新的光伏并网逆变器。实现输出电流与电网电压同频同相，达到光伏发电并网的要求。拟采用的思路与方法： 本课题的设计思路是由整体到局部逐步细化的方式来完成设计，首先确定出总体的设计方案，完成系统拓扑结构图的绘制。然后设计出光伏并网逆变器的主电路部分，其主电路部分主要由太阳能电池板，升压变换电路，逆变电路，滤波和隔离变压器所组成。接着，设计出逆变器的检测和控制电路，其检测电路主要由输入电压电流检测电路，输出
10、电流检测电路，电网检测电路所组成。光伏并网逆变器有两个控制电路，分别是太阳能电池的最大功率点跟踪控制电路和逆变器控制电路。最后，根据光伏并网发电系统的组成结构，设计出各个部分的软件流程图，编程实现。本设计的重点是放在光伏并网逆变器的硬件设计和软件编程上。在设计中我们采用了三相电压型逆变电路，对其开关器件的控制，采用 SPWM 输出芯片SA4828，SA4828 是 MITEL 公司推出的一种专用于生成三相 SPWM 波控制信号的集成电路芯片，可独立运行不必占用单片机资源。但由于其控制信号是 TTL 电平不能直接驱动 IGBT，需在中间增加一个驱动电路 TIP250，通过 SA4828 发 6
11、路 PWM 脉冲给TLP250，控制三相桥式逆变电路的核心器件 IGBT 的开通和关断。本设计中所有检测和控制电路均由一个单片机 AT89C51 单片机进行控制，它是采用中断的方式来响应硬件的中断请求，在主程序执行的过程中，无论何时，只要单片机检测到有外部中断产生，就会立即响应外部中断，将程序跳转到中断子程序处去执行相应的中断程序，中断处理完成后，再返回到断点处继续执行未执行完的程序。对于软件编程来说，主要是根据硬件设计方案编制软件控制流程图，将不同的控制功能进行分块，采用结构化程序设计方法，编写不同控制任务的子程序，由系统主程序调用管理相应的子程序，完成总体监控任务。三、主要参考文献1 王兆
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