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智能建筑电气文献综述院（系）：新能源学院专业班级：电气（光伏）122学号：121806034学生姓名：宿泽达5.1辅助电源设计.......................................................255.2系统检测与保护电路设计.............................................285.2.1直流电压电流采样电路...........................................285.2.2交流电压与频率的采样...........................................295.2.3温度检测电路...................................................305.2.4功率驱动模块IGBT..............................................305.2.5逆变器保护电路设计.............................................336系统软件设计...........................................................356.1系统主程序设计流程.................................................356.2设计...............................................................366.3A/D中断程序的设计流程.............................................37结论.....................................................................40参考文献.................................................................41致谢.....................................................................43附图.....................................................................441绪论1.1本课题的意义目前传统的石化能源与经济、环境的矛盾越来越突出。能源是经济与社会发展的基本动力但由于常规能源的有限性和分布不均匀性造成世界上大部分国家的能源供应不足不能满足经济可持续发展的需要。从长远来看全球已探明的石油储量只能用到2020年天然气也只能延续到2040年左右即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二、三百年。而传统的石化能源所带来的环境问题也令人担忧。每年有数十万吨二氧化硫和二氧化碳等有害物质排向空间使大气环境遭到严重污染直接影响居民的身体健康和生活质量局部地区形成严重的酸雨区又严重污染水土。同时由于排放大量温室气体而产生的温室效应已引起全球气候恶化。发展可再生能源已成为全球课题。而综观可再生能源种类风能、生物能、太阳能中太阳能的利用前景最好潜力最大。近30年来太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓方面都获得了长足发展成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。而其中的太阳光伏发电是世界上节约能源、倡导绿色电力的一种主要的高新技术产业。发展光伏产业已经成为全球各国解决能源与经济发展、环境保护之间矛盾的最佳途径之一。而随着我国光伏发电系统的迅速发展尤其是光伏屋顶计划的实施国内对离网型光伏逆变器的需求将越来越大。离网型光伏发电系统主要是由光伏电池阵列、控制器、逆变器、储能装置等环节组成其中逆变器则是光伏系统中重要的器件之一其可靠性和转换效率队推行光伏系统、降低系统造价至关重要。1.2太阳能光伏发电的现状近几年国际上光伏发电快速发展美国、欧洲及日本制定了庞大的光伏发电发展计划。国际光伏市场开始由边远农村和特殊应用向并网发电和与建筑结合供电的方向发展光伏发电已由补充能源向替代能源过渡。美国政府最早制定光伏发电的发展规划1997年又提出“百万屋顶”计划能源部和有关州政府制定了光伏发电的财政补贴政策总光伏安装量已达到3000MW以上美国连续三年光伏产业均高于30%的年增长率上升其主要原因是光伏组件并网应用和政策激励引起的。日本于1974年开始执行“阳光计划”投资5亿美元一跃成为世界太阳电池的生产大国1994年提出朝日七年计划计划到2000年推广16.2万套太阳能光伏屋顶已完成。1997年又宣布7万光伏屋顶计划到2010年将安装7600MW太阳电池。1993年德国首先开始实施由政府投资支持被电力公司认可的1000屋顶计划继而扩展为2000屋顶计划现在实际建成的屋顶光伏并网系统已经超过5000。德国政府并于1999年开始实施10万太阳能屋顶(每户约3kW~5kW)计划。并且1999年德国光伏上网电价为每千瓦时0.99马克极大地刺激德国乃至世界的光伏市场。瑞士、法国、意大利、西班牙、芬兰等国也纷纷制定光伏发展计划并投巨资进行技术开发和加速工业化进程。印度、马来西亚等东南亚国家也制定了国家的光伏发展计划。我国光伏发电经历了两次飞跃。第一次飞跃始于二十世纪80年代末当时我国正处于改革开放蓬勃发展时期。国内先后引进多条太阳能电池生产线太阳能电池生产能力由原来的几百瓦升至几兆瓦。引进的光伏电池生产设备和生产线的投资主要来自中央政府、地方政府、国家工业部委和国家大型企业。第二次飞跃在2000年以后为光伏产业的大力发展阶段。在国际大环境影响下国际项目的启动和市场需求以及国家政策的促进下我国光伏技术及应用显著发展。如2002年国家实施的送电到乡和送电到村的工程都采用了光伏发电技术。我国西部居住人口分散太阳能资源丰富太阳能光伏发电成为首选能源。自20世纪80年代我国太阳能光伏技术得到了迅速发展以每年30%-40%的速度持续高速增长尤其是进入21世纪以来世界光伏产业的发展年均增长超过了60%经历了从小规模到现在的地面睡觉大规模利用的时代。2000-2002年光伏发电技术在我国的优势显现出来。特别是在2002年近800个无电乡政府用电问题被解决。这样巨大的规模在国际上也是很小见得。接下来的2002-2005年我国解决了上万个自然村和行政村的用电问题。这些村庄都处于偏远地区十分分散只能建造独立的太阳能发电系统。2007年以后我国光伏产业的年增长率超过100%。经过近30年的发展我国光伏发电产业已初具规模但在总体上和国外相比仍然有一些差距我国的光伏发电的生产规模较小光伏发电的技术水平较低光伏电池的使用效率及封装水平都与国外存在差距我国的光伏发电的产出成本高光伏发电的材料性能与国外有一定的差距而且部分只能采用进口材料市场培育和发展迟缓缺乏培育和开拓的支持政策、措施。1.3太阳能光伏发电的概述太阳能发电可分为光热发电和光伏发电两种。通常而言太阳能发电指的是太阳能光伏发电简称“光电”。它是利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护即可形成大面积的太阳电池组件再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。根据需求和应用场合的不同太阳能光伏发电系统一般分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统两种。1.4本课题的内容和设计要求本设计围绕着光伏发电展开的对于光伏发电系统中的独立光伏发电系统的光伏电池、逆变器进行全面的分析研究重点对光伏逆变器做了详细的设计包括对其硬件电路和软件编程的设计。结合实际需求设计出一个单相离网型光伏逆变器可以广泛用于离网型光伏发电系统、风光互补发电系统具有输出电压精度高、波形好、现场总线实现智能控制等特点。本文的重点是设计一种离网型的光伏逆变器从以下几个方面进行研究设计1首先介绍光伏发电的基本情况及前景。了解光伏发电系统的组成和分类概述了下光伏发电系统的分类并提出离网型光伏逆变器的作用与发展及设计的目的。2分析光伏发电的原理及光伏电池的工作原理及分类分析了光伏电池的输出特性并针对其输出特性介绍了MPPT方法。3对逆变器中逆变电路的设计其中包括硬件电路的设计以及软件的设计。硬件设计包括对主回路的设计以及辅助电路的设计对滤波电路的设计选型以及对功率驱动模块IPM和UC3842的介绍。软件设计包括生成SPWM的程序以及在线计算SPWM波的占空比的编程的设计。4设计通过TMS320LF2812A实现对全桥逆变电路的控制实现对光伏离网型逆变器的运行状况的监测与保护2光伏发电系统2.1光伏发电系统的组成光伏发电系统是利用光伏电池的光伏效应将太阳能转化为电能储存或直接供给负载使用的一种新型发电系统。白天日照达到一定强度由光伏电池阵列直接向负载和蓄电池提供电能或者是部分电能直接送到电网。夜晚或阴雨雾天光伏电池阵列输出的能量太小则由蓄电池向负载提供能量。负载可以是直流负载也可以是交流负载。如果是直流负载发电系统直接对其进行供电如果是交流负载光伏电池输出的直流电通过DC/AC电路逆变向其提供交流电能。基本的光伏系统主要是由光伏电池阵列、控制器、变换器、逆变器及蓄电池组成。光伏电池是整个系统的核心部分其主要功能是将太阳能转换成电能储存或者直接供给负载使用。控制器的主要作用是控制光伏电池的工作状态的使其工作在最大功率点上同时控制蓄电池的充放电对蓄电池和负载起到保护作用。变换器是将光伏电池阵列提供的直流电压变换成适合负载使用的电压。逆变器是将直流电逆变成交流的220V供给交流负载使用。蓄电池是当白天日照强度大的时候光伏电池发出的直流电除了提供给负载外还有剩余就存贮在蓄电池中以供夜晚或阴雨天没有光照或者光照强度不足时提供给负载。提高了系统供电可靠性。2.2光伏发电系统的分类光伏发电系统根据系统本身的结构、系统运行环境情况、输出容量的大小、本地负载容量的大小以及交流电网的情况把光伏发电系统可分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统和混合型光伏发电系统。并网光伏发电系统指与公共电网相连接的光伏发电系统将光伏电能馈送给公共电网。当太阳能光伏发电进入大规模商业化发展阶段并网光伏发电系统成为电力工业重要的组成部分是太阳能光伏发电的重要方向和主流趋势。并网光伏发电系统有带蓄电池组和不带蓄电池组之分。带蓄电池组是并网光伏发电系统称为可调度式并网发电系统该系统具有不间断电源的作用还可以充当功率调节器稳定电网电压、消除高次谐波分量从而提高电能质量不带蓄电池组的并网发电系统称为不可调度式并网光伏发电系统逆变器将光伏电池阵列提供的直流电能逆变成为和电网电压同频、同相的交流电能送往公共电网当光伏电池阵列提供的电能不能满足负载需要时电网自动向负载补充电能。1所示是典型的并网光伏发电系统结构示意图主要包括光伏电池阵列、DC/AC逆变器、DC/DC变换器、控制器和电网五个组成部分。根据负载及系统的供电可靠性的需要在DC/DC变换器输出端连接蓄电池组。独立光伏发电系统是不与公共电网相连接的主要在一些离公共电网太远的五点地区和一些特殊场合所使用如一些偏僻农村、牧场和偏远的岛屿即公共电网难以覆盖到的地区为其提供照明、广播电视等基本生活用电。还有像边防哨所、气象台站、通信中继站、大型海洋浮标等特殊场所也使用独立光伏发电系统。交流负载蓄电池控制器光伏电池组件DC/DC变换器直流负载DC/AC变换器电网图2-1并网光伏发电系统独立光伏发电系统主要包括光伏电池阵列、蓄电池组、控制器和逆变器及负载等部分。图2-2所示是典型独立光伏发电系统的结构示意图。光伏电池组件控制器DC/AC变换器DC/DC变换器直流负载交流负载蓄电池图2-2独立光伏发电系统控制器中含有阻塞二极管阻塞二极管的主要作用是利用二极管的单向导电性阻止无日照时蓄电池通过太阳能电池方阵放电。对阻塞二极管的要求是工作电流必须大于方阵最大输出电流反向耐压要高于蓄电池组的电压。在方阵工作时阻塞二极管两端有一定的电压降。由