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1、毕业设计(论文)光伏发电逆变系统中电力逆变系统及控制二一三年五月二十四日摘要 世界经济的发展以及对能源的需求增加，导致能源短缺成为社会发展必须面临的问题。太阳能资源丰富，潜力巨大，无污染，是未来主要开发的新能源之一，而光伏并网发电技术是解决能源短缺的一个重要途径。其中，光伏并网逆变器是光伏发电技术的主要研究内容之一。数字信号处理芯片DSP的快速发展，使得光伏并网逆变器的控制算法得以实现。本文以TMS320F2812型DSP作为控制芯片，对10kW光伏并网逆变器进行了深入研究。首先本文分析了光伏并网逆变器的研究背景及意义和国内外的发展现状，并且对逆变器的构成、类别、拓扑结构进行了相关论述。其次对
2、光伏并网逆变器的工作原理进行了介绍，详细分析了光伏逆变器的输出电流的控制方式，即滞环电流瞬时比较方式、定时电流瞬时比较方式和SPWM电流跟踪方式。随后对10kW光伏并网逆变器进行了设计，本设计包括主电路参数设计和控制电路设计。主电路选用DC-DC升压电路和DC-AC逆变电路的两级电路结构。主电路的设计主要指元器件的选择，包括电感、电容和功率开关等的选择。控制电路设计主要包括信号采样电路、驱动电路和系统保护电路等。最后采用了MATLAB仿真软件对10kW三相光伏并网逆变器进行了仿真。仿真结果表明：逆变器中输出的电流和电网中的电压，频率和相位一致，功率因数为1，且跟踪速度快，谐波含量少。关键词：太
3、阳能 光伏并网逆变器 DSP MATLABAbstractEvelopment of world conomy and the increasing demand for energy, resulting in a shortage of energy and social development must be faced. Abundant solar energy resources, has great potential, no pollution, is the future of one of the main development of new energy sources
4、, and photovoltaic power generation technology to solve energy shortage is an important way. Among them, the volt grid-connected inverter for photovoltaic technology,one of the main research contents. SP igital ignal rocessing hip apid development, making PV grid-connected inverter control algorithm
5、s can be chieved. First，this aper analyzes the PV grid-connected inverter research background and significance of the current development at home and abroad, and the composition of the inverter, type, topology related exposition.Secondly，photovoltaic inverter working principle were introduced, a det
6、ailed analysis of the PV inverter output current control mode, ie hysteresis current instantaneous comparisons, regular comparisons and SPWM current instantaneous current tracking mode.Then，On 10kW photovoltaic inverter design, the design includes a main circuit parameters and control circuit design
7、. The main circuit is designed mainly refers to the choice of components, including inductors, capacitors and power switch options. Finally，use the MATLAB simulation software 10kW three-phase photovoltaic inverter simulation. Simulation results show that: The inverter output current and grid voltage
8、, frequency and phase coherent, the power factor is 1, and the tracking speed, low harmonic content.Keywords: solar photovoltaic grid-connected inverter DSP MATLAB目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1光伏发电逆变控制器研究的背景和意义11.2 逆变器技术的发展过程31.3 光伏并网逆变器发展现状31.3.1 国外逆变器的发展现状31.3.2 国内逆变器的发展现状41.4 光伏并网逆变器的发展趋势51.5 光伏逆变器存在的
9、技术问题61.6 本文的主要研究内容7第二章 光伏发电逆变系统及控制策略82.1 光伏发电系统82.2 光伏逆变器82.2.1 光伏逆变器的定义82.2.2 光伏逆变器的组成及结构92.2.3 光伏并网逆变器的标准102.2.4 光伏逆变器分类102.3 并网逆变器的工作原理132.4 逆变器输出电流的控制方式142.4.1 滞环电流瞬时比较方式142.4.2 定时电流瞬时比较方式142.4.3 SPWM电流跟踪方式15第三章 10kW光伏并网逆变器设计163.1 光伏并网逆变器的结构及原理图163.2 并网逆变器系统性能指标173.3 并网逆变器主电路参数设计173.3.1 前级 DC-DC
10、 升压电路参数设计173.3.2 后级 DC-AC 逆变电路参数设计213.4 并网逆变器控制电路的设计223.4.1 控制芯片的选择233.4.2 信号的采样电路233.4.3 驱动电路的设计253.4.4 系统保护电路26第四章 10kW三相并网逆变器仿真284.1 光伏并网逆变器的仿真软件284.2 光伏阵列仿真模型构建284.3 10kW三相并网逆变器的仿真30第五章 总结与展望345.1 总结345.2 展望34参考文献36致谢38IV第一章 绪论1.1光伏发电逆变控制器研究的背景和意义当前， 随着化石能源消耗的不断增长和地球生态环境的日益恶化，世界各国都在积极寻找一种可持续发展且对
11、生态环境无污染的新能源。太阳能作为一种高效无污染的新能源，已成为了当今能源结构中一个重要的组成部分。太阳能利用方式有三种：光热转换、光电转换及光化学转换。由于光热转换热能传送受限，光化学转换技术尚处于研制阶段，目前主要采用光伏发电技术。目前，随着光伏发电技术的提高，世界各国都在大力发展光伏产业。在美国，随着RPS制度（规定电力运营商必须采用一定比例的可再生能源所发电力的制度）的推行，预计太阳能电池板的装机容量会迅速增加。据欧洲光伏发电协会（EPIA）预测，在政策的推动下，2013年美国光伏发电装机容量将比上年增加31.4，达到4.6GW，之后也会稳步增长，截至目前，美国光伏装机总量达到5.14
12、GW，约占美国发电总量的0.44%，到2016年将超过中国成为世界第一大市场。日本从2012年7月开始实行可再生能源固定价格收购制度，太阳能电池板的设置数量随之猛增。日本的太阳能电池板出货量在2012年第四季度首次达到了1GW。其中，住宅用途约占一半，包括百万瓦级光伏电站在内的发电业务用途占2成多。2012年9月，我国公布了雄心勃勃的太阳能发电“十二五”规划目标，提出到2015年建成1000万千瓦分布式光伏发电装机。按照这一目标，“十二五”后三年，分布式光伏发电平均每年新增装机将在300万kW以上。紧接着，2012年10月份，国家电网公司宣布旗下电网向分布式光伏全面开放，提出如下支持分布式光伏
13、发电发展措施：减免并网服务费用，对于10千伏及以下电压等级接入电网，且单个并网点总装机容量不超过6MW的光伏发电项目，接入系统工程以及接入引起的公共电网改造部分由电网企业投资建设。接入用户侧的分布式光伏发电项目，接入系统工程由项目业主投资建设，接入引起的公共电网改造部分由电网企业投资建设；完善并网服务管理，简化并网程序，规定工作时限，通过多种渠道提供并网咨询服务；简化接入技术要求，接入用户侧的分布式光伏项目可采用无线公网通信方式，送出线路继电保护不要求双重配置，接入380V电压等级的项目只需向电网调控中心上传发电量信息；加强配套电网建设，承担接入公共电网的分布式光伏项目送出工程投资，承担因此而
14、引起的公共电网改造工程投资，保障分布式光伏发电全额消纳。“十二五”时期我国新增太阳能光伏电站装机容量约1000万kW，太阳能光热发电装机容量100万kW，分布式光伏发电系统约1000万kW，光伏电站投资按平均每千瓦1万元测算，分布式光伏系统按每千瓦1.5万元测算，总投资需求约2500亿元。图1-1为2000-2010年全球太阳能光伏系统装机容量变化情况。图1-1 2000-2010年全球太阳能光伏系统装机容量变化情况据国家能源部门统计，太阳能发电占世界总能源的比例将逐步上升。据统计，在2010年这个比率仅为0.1%，预计到2030年提至10%，2050年提升至20%。我国太阳能发电发展“十二五
15、规划”中提到，太阳能发电装机容量的目标将由“十二五”前的21GW调整到35GW，上不封顶。截至2011年底，我国光伏发电装机总容量仅为3.6GW，这就意味着，在未来两年中，我国光伏发电装机总容量有望扩大10倍以上。由于光伏发电系统中，逆变器是非常关键的部分，而逆变技术在新能源的开发和利用领域有着至关重要的地位，因此对光伏并网发电逆变控制器的研究具有重要的意义。1.2 逆变器技术的发展过程逆变器的原理最早在1931年就有人提到过，电力电子技术的发展是现代逆变技术的基础。从1956年第一个晶体管的诞生，到后来的可关断晶闸管 GTO、电力晶体管GTR及其模块实用化，再到20世纪80年代，功率场效应管MOSFET、绝缘门极晶体管IGBT等的相继问世，逆变器的发展大约经历了三个阶段：（1）19561980年为传统发展阶段。该阶段开关器件以低速器件为主，逆变器开关频率较低，输出波形改善以多重叠加法为主，逆变效率低。（2）19812000年为高频化新技术阶段。该阶段以高速器件为主，逆变器开关频率较高，波形改善以PWM波形为主，逆变效率高。（3）2000年至今为高效低污染阶段。该阶段以逆变器的综合性能为主，低速与高速开关并用，多重叠加法与PWM法并用，高效环保的逆变技术开始出现。1.
