光伏发电并网逆变器毕业论文.doc
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目录
第一章绪论 -1-
1.1太阳能及其光伏产业 -1-
1.2太阳能光伏发电的发展史 -1-
1.3光伏发电并网逆变器研究的目的 -2-
1.4光伏发电并网逆变器研究的意义 -3-
第二章光伏发电并网逆变控制器系统的理论分析 -4-
2.2逆变器的电路原理 -4-
2.2.1逆变器的电路原理 -4-
2.2.2逆变器的逆变传统技术 -5-
2.2.3逆变器的SPWM控制技术 -7-
2.3并网逆变 -7-
2.3.1电路结构 -7-
2.3.2系统的总体方案 -7-
2.3.3前级电路的工作原理 -8-
2.3.4主电路中参数的选取 -9-
2.3.5光伏系统最大功率跟踪的方法 -10-
2.3.6逆变器驱动电路 -11-
第三章硬件电路的设计 -12-
3.1直流侧欠电压检测电路 -12-
3.2直流侧过电压检测电路 -12-
3.2直流侧过电压检测电路 -13-
第四章系统软件设计 -14-
4.1软件设计的目的 -14-
4.2基于AT89C51的系统软件设计 -14-
4.3系统的主程序流程图 -14-
4.4市电检测和光伏发电系统投切程序设计 -15-
4.5逆变电路控制程序设计 -16-
4.6中断与键盘子程序的设计 -17-
结论 -19-
参考文献 -20-
致谢 -21-
附录 -22-
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
PVgridpowerinvertercontrollerdesign
Abstract
Deterioratingworldenvironmentandtraditionalenergydepletion,promptedthedevelopmentofnewenergyanddevelopment.Sustainabledevelopmentofsolarenergyresourcesbythenationalattention,countrieshaveintroducednewenergylawplayaroleinfuelingthedevelopmentofsolarenergy.Amongthem,grid-connectedPVhasprofoundtheoreticalandpracticalsignificance,inthepastfiveyearsalone,thephotovoltaicpowerstationinstalledtotalhasreachedthousandsofMW.ConnectedPVarrayandgridphotovoltaicgrid-connectedinverteristhekeytotheentiregrid-connectedPVsystem.
Basedontheinverterstructureandarrayofphotovoltaicpowergenerationcharacteristics,basedonthestructureoftheDC-DCandDC-ACtwogridinverter.BasedontherelativeindependenceoftheDC-DCandDC-ACcircuits,respectively,ontheDC-DCandDC-ACanalysis,thefocusoftheworkingprincipleoftheDC-AC.Thegridinvertercontrollerdesignisthefocusofthisarticle,DCinverterdrivercircuitdesign,softwareprogrammingoftheinverterdrivercircuitandgridsideundervoltageDCsidevoltageACsidecurrenthardwarecircuitdesign.Theselectionofthemaincircuitcomponentparameters,thesystem'smaximumpowerpointtrackingmethodtodoadetailedanalysis.
KeywordPhotovoltaicgrid;Inverter;Solar;MaximumPowerPointTracking
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2-8Boost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-
图4-2市电检测和供电切换软件流程图 -16-
图4-3PWM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。
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
1800
1876
1904
1940
1954
1955
1956
1958
1972
1974
1976
1984
1985
1991
1992
1994
2003
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GaAs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,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
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