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1、光伏并网发电逆变控制器的设计摘 要 恶化的环境和世界传统能源的枯竭，促进了新能源的研究和发展。太阳能资源具有可持续发展的特点受到了很多国家的重视，为了发挥太阳能的作用，刺激太阳能产业的发展，许多国家出台了新能源法。其中，太阳能发电有深刻的理论意义和现实意义，仅在过去五年，数千兆瓦的太阳能并网电站得以安装。光伏并网逆变器、光伏阵列和太阳能电池是整个光伏并网发电系统的核心。 本文根据光伏发电阵列和逆变器结构特点，提出了依赖于DC-DC与DC-AC两级并网逆变器结构。由于DC-DC和DC-AC电路的相互具有独立的特性，分别分析了DC-DC和DC-AC，其中，重点分析的是DC-AC的工作原理。本文的重
2、点是对并网逆变控制器进行设计，包括有逆变器的驱动电路设计、逆变器驱动电路的软件编程以及并网过程中直流侧欠电压、直流侧过电压、交流侧电流等硬件电路的设计。此外，该设计对主电路元件的参数的选择、系统的最大功率跟踪方法进行了详细的分析。 关键词 光伏并网；逆变器；太阳能；最大功率点跟踪PV grid power inverter controller designAbstract Deteriorating world environment and traditional energy depletion, prompted the development of new energy and de
3、velopment.Sustainable development of solar energy resources by the national attention, countries have introduced new energy law play a role in fueling the development of solar energy.Among them, grid-connected PV has profound theoretical and practical significance, in the past five years alone, the
4、photovoltaic power station installed total has reached thousands of MW. Connected PV array and grid photovoltaic grid-connected inverter is the key to the entire grid-connected PV system. Based on the inverter structure and array of photovoltaic power generation characteristics, based on the structu
5、re of the DC-DC and DC-AC two grid inverter.Based on the relative independence of the DC-DC and DC-AC circuits, respectively, on the DC-DC and DC-AC analysis, the focus of the working principle of the DC-AC.The grid inverter controller design is the focus of this article, DC inverter driver circuit
6、design, software programming of the inverter driver circuit and grid side under voltage DC side voltage AC side current hardware circuit design.The selection of the main circuit component parameters, the systems maximum power point tracking method to do a detailed analysis. Keyword Photovoltaic grid
7、；Inverter；Solar；Maximum Power Point Tracking插图清单图2-1 系统总拓扑图- 4 -图2-2 单相桥式逆变电路- 5 -图2-3 电压型三相桥式逆变电路- 5 -图2-4 、的波形- 6 -图2-5 和的波形图- 6 -图2-6 波形不同冲量相同的窄脉冲- 7 -图2-7 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形- 7 -图2-8 Boost电路的工作原理图- 8 -图2-9 扰动观测法的流程图- 11 -图3-1 直流侧欠电压检测电路- 12 -图3-2 直流侧过电压检测电路- 13 -图3-3 交流侧过电流检测电路- 13 -图4-1 主程序流程图- 15
8、 -图4-2 市电检测和供电切换软件流程图- 16 -图4-3 PWM脉冲生成程序流程图- 17 -图4-4 中断程序流程图- 18 -图4-5 键盘子程序流程图- 18 -表格清单表1-1 光伏发电的历史- 2 - 9光伏并网发电逆变控制器的设计第一章 绪论1.1太阳能及其光伏产业 太阳能的能量是来自于太阳内部连续不断的核聚变。在地球表面上太阳光的辐射强度为1367km/。我们生活的这个地球的赤道周长为40000km,所以我们大概可以计算出，地球可以获得173000TW的能量。人类维持生存需要这些能量。太阳这个能源是久远的、巨大的、无穷无尽的。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能以及部分潮
9、汐能都来源于太阳；即使在地球上存在的化石原料，从本质上来说也是由远古时候的能量转化而来的，所以从广义来说，太阳能的定义范围比较广，太阳能从狭义的定义来说是指太阳辐射的光热、光电跟光化学之间的转换。 太阳能的一种重要利用形式就是太阳能光伏发电，我们利用太阳电池把能量从光能变为电能，伴随着现代科技的进步，光伏发电在我国以致于全世界内有很大的发展前途。太阳能电池工作的原理是利用半导体具有的光伏效应，就是在太阳光的照射下会产生光电压的现象。1954年美国的贝尔实验室首先发明出了以PN结为基本结构具有使用价值的晶体硅太阳电池，从此以后太用电池在太空领域技术中就得到了应用，现在在地面也逐渐得到推广应用。
10、同核能、风能、化石能源等发电技术相比，光伏发电具有其自身的优势，可归纳为如下几点： 1）先进性的发电原理：直接由光子转化为电子，中间没有其他过程和机械运动，具有简洁的发电形式。2）太阳能资源的无限性和分布特性：太阳能取之不尽、用之不竭，可以再生和洁净环保；太阳光无处不在，不需运输，最最重要的是没有任何国家能过将其垄断和控制。3）太阳能没有资源短缺跟耗尽问题：用到的主要的硅材料储存丰富，在地壳上出了氧元素之外的第二多的元素，多达26%。4）光伏发电同大自然的关系：无燃烧的过程，无温室气体、废气和废水的放出，环境友好，可以称作真正的绿色发电。5）使用性能和寿命的问题：已经经过应用和实践了十几年：光
11、伏发电有比较稳定的性能，还有较长的使用寿命。6）维护和管理问题：可实现无人化且维护成本低。1.2太阳能光伏发电的发展史 太阳光伏发电的发展史如表（1-1）所示。它的历史还要从1800年前说起，伯克莱氏发现对某种半导体在阳光的照射下，会改变其伏安特性。最后光伏效应被发现，并用这种半导体做成了太阳能电池。其后在此方面又有更突出的发现。年份成就18001876190419401954195519561958197219741976198419851991199219942003光伏效应的发现研究硒的光伏效应对铜和氧化铜光敏感性的研究研究PN结的理论发明了单晶硅太阳能电池发明CdS太阳能电池发明GaA
12、s太阳能电池太阳能电池应用在先驱者1号通信卫星上美国制定新能源开发计划日本制定太阳能发电发展的“阳光计划”发明了非晶硅太阳能电池美国建成了7MW太阳能发电站日本建成了1MW太阳能发电站制定再生新能源发电与公共电力网并网法规（德国）制定逆潮流供电与公共网并网法规（日本）住宅用太阳光发电系统技术规程（日本）RPS法（新能源法案）（日本）1.3光伏发电并网逆变器研究的目的 目前我国的经济发展正处在繁荣时期，但是能源问题却是很严峻，在大多数城市中，由于现在的工厂燃烧大量的化石能源，环境恶化的趋势十分明显。由世界卫生组织（WHO）表1-1 光伏发电的历史2000年公布，在世界上污染最严重的十个城市之中，
13、中国占了八个，而且北京位居第七位。因此发展光伏并网发电会有助于提早解决这一问题。我国相关部门开始重视起来，国家科技部首先规划出有步骤的推进有关的科技创新研究、示范和产业化进程。在“八五”与“九五”期间，“光伏屋顶并网发电系统”已经被“国家科技公关计划”所列入，若干光伏屋顶并网发电系统示范工程分别建成在深圳和北京。现在我国仍然需要进口光伏并网发电的关键技术和设备，然而，为了面对巨大的国内需求，实现具有自我知识产权的高科技的发展相当关键，这是一个亟待解决的问题。具体的目的在光伏并网发电系统中表现在：（1）为了实现提高转换电能的质量，将太阳能光电转换组件阵列输出的直流电变化成为220V，频率为50H
14、z的单相正弦波，使电流与电压要有比较小的畸变率；（2）可以使系统变得更安全，如输入接反保护、输出短路保护、输出过载保护、直流过压保护、欠压保护、交流过压、“孤岛”保护。1.4光伏发电并网逆变器研究的意义 对光伏并网发电系统的研究与探索是非常有意义的，不仅在技术上可以更上一个台阶，在工程上取得经验，而且另外还能确定它在经济方面是可行的。光伏发电要是想进军到建筑市场和电力市场，那就必须发展并网光伏发电，光伏发电应用的规模只有达到了电力的规模，才能对能源的紧张和环境污染的抑制起到理想的作用。要想研究光伏并网发电系统，其重点应该落在并网发电的经济政策研究和具有商业化前景的实用技术和工业部件上。 大力推广光伏并网发电不仅减少环境的污染和节约了能源，对壮大光伏工业还有一定的促进作用，可以实现能源的可持续发展，同时也创造了很多就业的岗位。 要想将并网光伏发电实现，关键的技术就是设计并网光伏逆变器。目前，独立光伏电站使用的逆变器应用比较广，技术也相对成熟。但是比较落后的技术出现在并网逆变器这里，要想从国外进口并网逆变器，它的价格却很高昂，所以在国内推广不是很现实。为了能够自主研发生产，国内有相关的企业和部分高校开始开展合作，共同研究光伏发电技术，但是还没有产业化的实现，几乎都是示范系统。为更好将网光伏发电系统大众化，自主研发并网逆变器就具有丰富的现实意义。
