单相光伏并网逆变器的设计.pdf-solarbe文库

资源描述：

1 武汉科技学院毕业设计（论文）任务书课题名称单相光伏并网逆变器的设计完成期限院系名称电子信息工程学院指导教师专业班级指导教师职称学生姓名院系毕业设计（论文）工作领导小组组长签字2 一、课题训练内容1 通过毕业设计培养学生综合应用，巩固与扩展所学的基础理论和专业知识，培养学生独立分析、使用计算机解决实际问题的能力。2 通过毕业设计，培养学生正确的设计思想、理论联系实际的工作作风、严肃认真的科学态度、团结协作的团队精神；3 训练收集查找太阳能光伏发电系统的中外文专业资料的阅读与翻译能力；4 学习相关的背景知识，了解、熟悉单相光伏并网逆变器的工作原理及其结构。5 训练方案选择和比较能力；6 训练工程设计及实验研究能力；7 训练计算机编程及应用能力，提高学生计算机软件、硬件和应用系统设计和开发的能力；8 通过对已完成的工作进行整理，以及毕业设计论文的撰写和毕业答辩，使学生的书面和口头表达能力得到进一步的训练和提高。二、设计（论文）任务和要求（包括说明书、论文、译文、计算程序、图纸、作品等数量和质量等具体要求）1 设计任务主要研究单相光伏并网逆变器的设计以及相关电路实现。2 设计要求①提交开题报告一份，提交时间 3月 20日左右，字数在 2000～ 3000 字之间，内容需包含课题意义，所属领域的发展状况，本课题的研究内容、研究方法、研究手段和研究步骤以及参考书目等；②提交毕业设计论文一份，正文不得少于 10000 字，按照武汉科技学院毕业设计模版格式要求规范撰写；③翻译一篇与本课题相关的英文专业资料，其对应的中文翻译不得少于 3000 字；④绘制各电路单元电路图，并做相关分析，说明；⑤做出相关底层软件的流程、框图，以及相关程序并在条件允许的情况下做出相应程序的软件仿真。3 三、毕业设计（论文）主要参数及主要参考资料主要参考资料[1] 杨军 . 太阳能光伏发电前景展望 [J]. 沿海企业与科技， 20058. [2] 林勇 . 太阳能光伏并网发电系统 [J]. 上海电力， 20051. [3] 赵玉文 .21 世纪我国太阳能利用发展趋势 [J]. 中国电力， 20009. [4] 杨海柱，金新民 . 最大功率跟踪的光伏并网逆变器研究 [[J]. 北方交通大学学， 20044. [5] 张崇巍，张兴 .PWM整流器及其控制 [M]. 北京机械工业出版社， 2003. [6] 程曙，徐国卿 .SPWM逆变器死区效应分析 [J]. 电力系统及其自动化学报， 20022. [7] 张雄伟，曹铁勇 .DSP 芯片的原理与开发应用 [M]. 北京电子工业出版社， 2000. [8] 王念旭 .DSP 基础与应用系统设计 [M]. 北京北京航空航天大学出版社， 2001.[9] 杨海柱，金新民 . 最大功率跟踪的光伏并网逆变器研究 [J]. 北方交通大学学报2004,282. [10] 陈兴峰，曹志峰，许洪华等 . 光伏发电的最大功率跟踪算法研究 [J] 。可再生能源 ,20051. [11] 欧阳名三，余世杰，沈玉梁等 .具有最大功率点跟踪功能的户用光伏充电系统的研究 [J].农业工程学报， 2003, 196. [12 ] 鹿婷，段善旭，康勇 .逆变器并网的孤岛检测方法 [J]. 通信电源技术， 2006, 233. [13] 郑诗程，丁明，苏建徽等 . 光伏发电系统及其孤岛效应的仿真与实验研究 [J]. 系统仿真学报 2005, 1712.4 四、毕业设计（论文）进度表武汉科技学院毕业设计（论文）进度表序号起止日期计划完成内容实际完成情况检查人签名检查日期1 2.16-2.26 了解可选课题方向查找相关资料熟悉备选课题 , 确认选题方向并查找相关背景资料。2 2.27-3.11 确认题目及课题侧重点。确定数据采集处理构架及处理器件。3 3.12-4.4 根据设计原理找到创新点，确认基本框架 , 确认课题基本侧重点及框架、课题设计难点以及研究步骤，完成开题报告。4 4.5-4.11 修改开题报告并最终确认整个方案。学电网监控器的原理，整个系统构成，了解监控跟踪的意义以及基电路结构和实现方法。5 5 4.12-4.18 硬件电路框架的设计，比较各现有方案的优缺点，画出电路框图。6 4.19-4.25 功率调整电路方案的选定 , 定器件并完成电路原理图的设计。7 4.26-5.14 数据处理及控制部分设计 , 系统软件设计。8 5.15-5.29 整理设计材料和文档，编写设计论文，并对相关细节进行修改。9 5.30-5.31 论文修改，格式整理。1 武汉科技学院毕业设计（论文）开题报告课题名称单相光伏并网逆变器的设计院系名称电子信息工程专业班级学生姓名1、本课题的研究目的及意义现今各种化石能源逐年减少，人类必须找寻新的替代能源。太阳能作为一种可再生清洁能源得到了人们的青睐。太阳能光伏并网发电已成为新能源开发利用领域的一个重要方向。光伏并网发电就是将光伏发电系统直接与电网相连，省掉了体积庞大、价格昂贵、不容易维护的蓄电池。并网逆变器作为光伏并网发电系统的关键设备之一，其性能对提高光伏发电效率，降低成本具有重要意义。随着太阳能应用技术的发展，光伏发电系统的主流发展趋势无疑将是并网光伏发电。而作为光伏并网发电系统关键装置之一的并网逆变器，其运行性能则直接影响光伏并网发电系统的安全、可靠和高效率运行。目前我国光伏发电系统主要是直流系统，即将太阳电池发出的电能给蓄电池充电，而蓄电池直接给负载供电，如我国西北地区使用较多的太阳能户用照明系统以及远离电网的微波站供电系统均为直流系统。此类系统结构简单，成本低廉，但由于负载直流电压的不同，很难实现系统的标准化和兼容性，特别是民用电力，由于大多为交流负载，以直流电力供电的光伏电源很难作为商品进入市场。另外，光伏发电最终将实现并网运行，这就必须采用成熟的市场模式，今后交流光伏发电系统必将成为光伏发电的主流。2、本课题的国内外发展现状及趋势国内发展现状及趋势我国太阳能资源非常丰富，大多数地区年平均日辐射量在每平方米 4千瓦时以上，理论储量达每年 1.7 万亿吨标准煤，太阳能资源开发利用的潜力非常广阔。从全国太阳年辐射总量的分布来看，青藏高原和西北地区、华北地区、东北大部以及云南、广东、海南等部分低纬度地带均为太阳能资源丰富或较丰富的地区。我国太阳能发电产业的应用空间也非常广阔。第一，我国有荒漠面积 100余万平方公里，主要分布在光照资源丰富的西北地区，如果利用荒漠安装并网太阳能发电系统则可以提供非常可观的电量。第二，太阳电池组件不仅可以作为能源设备，还可作为屋面和墙面材料，既供电节能，又节省了建材，具有良好的经济效益。第三，迄今我国边远地区仍有较多居民尚未用电，如果单纯依靠架设电网供电，则成本高，建设周期长，不经济。太阳能发电无需架设输电线路，且建设周期短，可以有效解决边远地区用电的难题。近 20年来，我国太阳能发电产业长期维持在全球市场 1左右的份额。 2005年后，产业有了突飞猛进的发展，无锡尚德、天威英利、新光硅业、赛维 LDK、新疆新能源、常州天合、天津京瓷等公司纷纷进入成长期，生产规模不断扩大，技术水平不断提高，企业竞争力不断增强。而且，浙江、保定、四川等地的公司已经开始多晶硅太阳电池的生产或试车，市场上形成了单晶硅和多晶硅两种主打电池产品的局面。目前，我国非多晶硅薄膜电池产业也展现出迅猛发展的势头，很多国内公司通过与国外公司的合作已经开始进行或计划进行非多晶硅2 薄膜电池项目的投资。国外发展现状及趋势太阳能作为一种清洁的可再生的能源受到了许多国家的重视，目前，美，日，欧盟等发达国家相继推出了太阳能光伏计划，其核心器件，光伏并网逆变器的产地也主要集中在美国，德国，日本，澳大利亚等光伏产业比较发达的地区，因发达国家户用光伏发电的广泛应用，使户用并网光伏发电逆变器的技术也较为成熟，在产量大幅度提高的情况下成本和价格却不断的下降。全球太阳能发电产业发展现状及趋势在化石能源日益稀缺的背景下，各国均大力发展太阳能利用，其中日本、欧洲国家德国和美国等经济发达、能源消耗大的国家起步较早，在技术和应用上都处于领先地位。由于太阳能发电成本较传统能源高，因此需要政府给予政策扶持。从 20世纪 90年代末开始，欧美、日本等国家纷纷实行“阳光计划”，在太阳能发电的价格、税收、发展基金等方面给予较大优惠。同时，在政府资助下，欧洲一些高水平的研究机构也加大了太阳能能源利用的研究。3、本课题的研究内容研究重点主要集中在 DC-DC和 DC-AC两级能量变换的结构。 DC-DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其达到跟踪最大功率点 ;DC-AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数，其中 DC-AC是研究重心。4、本课题的研究方法和研究步骤研究方法以实验为主，分析设计为辅，整体分析为主，环节分析为辅。本课题首先分析光伏逆变器的系统结构，再将系统中分解为若干重要环节，控制电路，最大功率跟踪控制 MPPT，反孤岛效应的控制等，再分析各个环节在系统结构中的最优选择，最后采用实验的方法验证理论结果。研究步骤1. 查找资料，了解逆变器的功能。2. 系统总体设计，根据系统功能，选择各模块所用电路形式。3. 参数选择，据系统指标的要求，确定各模块电路中元件的参数。4. 设计总电路图，连接各模块电路。5. 软件设计。6. 电路安装。7. 调试程序，并测量该系统的各项指标。参考文献[1] 杨军 . 太阳能光伏发电前景展望 [J]. 沿海企业与科技， 20058. [2] Cai X S. Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy[J]. Renewable Energies Present 在阳光不充足或光伏发电量达不到使用量时，由控制部分自动调节，通过市网电给予补充。此系统主要用于输电线路调峰电站以及屋顶光伏系统。光伏并网发电系统的核心技术是并网逆变器，在本文中对于单相并网逆变器硬件进行了建摸及设计。给出了硬件主回路并对各部分的功能进行了分析，同时选用 TI 公司的 DSP芯片 TMS320F2812作为控制 CPU，阐述了芯片特点及选择的原因。并对并网逆变器的控制及软件实现进行了研究。文中对于光伏电池的最大功率跟踪 MPPT技术作了阐述并提出了针对本设计的实现方法。最后对安全并网的相关问题进行了分析探讨。文章的主要内容如下 1. 目前国内外光伏发电的现状和发展前景，并对光伏并网发电系统的功能、分类和特点作了简单介绍，对光伏并网发电系统建立了一个总体认识。2. 研究了光伏电池的基本发电原理和输出特性。重点研究了光伏电池的输出特性和其影响因素，并得出相应的结论。3. 并网逆变器主要包括 DC/DC及 DC/AC两部分，文中分析了各部分设计重点，明确了选用 TI 公司的 DSP芯片 TMS320F2812作为控制 CPU的原因及优点，同时给出了控制及软件实现方法。4. 光伏电池发电输出是非线性的，存在输出最大功率 CMPPT跟踪问题。本文阐述了常用的最大功率点跟踪方法，并结合本设计提出了改进方法。使光伏电池工作于最大输出功率点上，获得高效功率输出。5. 在实际太阳能并网发电系统中，太阳能电池的输出及电网的电压是不断波II 动的，如何实现安全并网以及在运行中对各种故障的检测及报警进行了探讨，重点对“孤岛效应”进行了分析。关键词光伏电池 ; 并网安全 ; 光伏逆变器 ; 最大功率点跟踪 ; DSP III ABSTRACT With the development of social production, the demand of energy is increasing, and the energy crisis is becoming more and more prominent in the global scope. The fossil energy is limited, and it will be exhausted someday in the near future. The price of the fossil energy will be higher and higher with its reduction, and this will seriously restrict the development of production and the enhancement of people s living standard. Renewable energy is an important resource to meet the energy demand of the world, especially for China which has so many people. Solar energy resources are extremely rich in our country, and its application has very good prospect. Light volt incorporation net generating system can transform the solar energy into electricity energy through the solar cell board, and can change the Direct Current DC into Alternating Current AC which has the same frequency and phase with the city electricity through the incorporation inverse transformation, and can feed back to the electrical net. When the sunlight is sufficient, the electricity supplied by the solar energy can be used instead of the city net electricity; when the sunlight is not sufficient or the light volt electricity amount can not meet the demand, the control section can automatically adjust it, and the city net electricity IV can supplement. This system is mainly used for transmission line adjusting peak power plant and the rooftop light volt system. The core technology of the light volt incorporation system is incorporation inverse transformation. In this article the single-phase incorporation inversion hardware is constructed and designed. It provides the main circuit of the hardware and analyzes the functions of each part and chooses the DSP chip TMS320F2812 of TI Company as the control CPU, and elaborates the characteristic of the chip and the reason of choosing it. It also makes a research in the control of incorporation inverse transformation software achievement. This article elaborates the MPPT technology of light volt cell and provides the method of carrying out this designation. Finally it analyzes the related questions of safe incorporation. The main content of the article is as follows 1. It briefly introduces the present situation and the development prospects of light volt generating at home and abroad and also introduces the function, classification and characteristic of light volt incorporation system, and can get an overall understanding of the light volt generating system. 2. The basic electricity generation principle and the output characteristic is also included, especially the output characteristic and its influence factor, and arrives at the corresponding conclusion. V 3. The incorporation inversion mainly includes two parts, DC/DC and DC/AC. Each part of designs key has been analyzed in the article, as well as the reason and merit of selecting the DSP chip TMS320F2812 of TI Company as the control CPU, and at the same time it also provides the method of control and the way to carry out of it. 4. The light volt battery electricity generation output is non-linear, and problem is the MPPT tracks. This article elaborates the track method of the commonly used biggest power point, proposes the improvement method according to this design, that is to cause the light volt battery on the peak power output, and obtains the high effective power output. 5. In actual solar energy incorporation generating system, the solar cell output and the electrical network voltage is undulating unceasingly. This article discusses how to realize the safe incorporation, examination and alarming of the accident in the circulation and mainly focuses on the analysis of “the isolated island effect“. KEYWORDS photo-cell; grid-connected; PV inverter; maximum power point tracking; DSP VI 目录1 绪论 1 1.1 光伏系统的应用发展前景 . 1 1.2 光伏发电系统概述 . 5 1.3 本课题所做的工作 . 7 2. 单相光伏并网逆变器的工作原理及总体设计 . . 8 2.1 光伏并网逆变器的工作原理 . 8 2.2 光伏并网逆变器的总体设计 8 2.2.1 单相光伏并网逆变器的基本结构 . 82.2.2 硬件设计中的各部分介绍 . 9 2.2.3 控制电路设计 11 2.2.4 逆变部分的主回路设计 . 1 2.3 CPU控制芯片的选择 22.3.1 DSP 技术概括 . 3 2.3.2 DSP 芯片特点 . 4 2.3.3 TMS320LF2407 型 DSP芯片的性能简介 . 5 3. 最大功率跟踪及其实现 . 6 3.1 最大功率跟踪的常用方法 . 73.2 光伏并网系统中的最大功率跟踪 103.2.1 DC/DC 变换器控制方案 . 11 VII 3.2.2 最大功率跟踪的实现 12 4. 单相光伏并网逆变器控制及实现 134.1 DC/AC逆变器控制方案 . 134.1.1 电压相量图及其分析 13 4.1.2 控制单元框图结构 14 4.2 软件设计与实现 164.2.1 系统软件总体设计 16 4.2.2 系统主程序流程图 17 4.2.3 SPWM波的实现方法 . . 18 4.2.4 主要元器件选择与试验波形 21 5. 光伏并网系统的“孤岛效应”分析 225.1 孤岛效应的产生及危害 225.2 光伏系统孤岛效应的特点 235.3 孤岛监测和系统保护方法 236. 总结与展望 256.1 总结 256.2 展望 27参考文献 . 28英文资料 42 中文翻译 47 致谢 . .52 武汉科技学院 2009 届毕业设计论文 1 1 绪论1.1 光伏系统的应用发展前景随着社会生产的日益发展，对能源的需求量在不断增长，全球范围内的能源危机也日益突出。地球中的化石能源是有限的，总有一天会被消耗尽。随着化石能源的减少，其价格也会提高，这将会严重制约生产的发展和人民生活水平的提高。据测算，全世界能源消耗的大部分被家庭所占，改善家庭的能源消耗方式便可改善全球的环境质量，节约大量的化石能源，用于化工等他用，而不只是当作燃料使用。因此自然能发电技术的应用受到越来越普遍的重视，洁净廉价的太阳能正适合于作为可再生的替代能源。太阳能是一种自然资源，将太阳能进行采集、转换，使其变为可控电能的系统，即为太阳能光伏发电系统。这项技术由美国贝尔实验室于上世纪五十年代初研究成功，最初仅用于航天等高科技领域。上世纪七十年代爆发的全球性能源危机，促使该技术向民用方面迅速推广。经过三十多年的不断改进与发展，目前己经形成一套完整而成熟的技术，随着全球可持续发展战略的实施，世界各国都在大力鼓励太阳能光电产业的发展。据报道，日本 1992 年启动了新阳光计划，到2003 年日本光伏组件生产占世界的 50，世界前 10 大厂商有 4 家在日本。德国新可再生能源法规定了光伏发电上网电价，大大推动了光伏市场和产业发展，使德国成为继日本之后世界光伏发电发展最快的国家。中国的常规能源储量远远低于世界的平均水平，大约只有世界总储量的10。 2007 年能源消费总量约为 19.8 亿吨，比 2006 年增长 13，其中煤炭占67.1,石油占 22.7、天然气占 2.8、水电等占 7.3。 2007 年石油进口达到 9900万吨，约占中国总石油消耗 4096。由于能源需求的强劲增长，煤炭在能源消费结构中的比例有所提高，比 2006 年提高 1 个百分点。按照目前的经济发展趋势和中国的资源情况， 2010 年和 2020 年的电力供应单靠传统的煤、水、核是不够的，尚存在一定的缺口，需要由可再生能源发电来填补。我国地处北半球，土地辽阔，幅员广大，国土总面积达 960 万平方公里。在我国广阔富饶的土地上，有着丰富的太阳能资源。全国各地的年太阳辐射总量为928-2333kWh/㎡，中值为 1626kWh/㎡。从全国来看，我国是太阳能资源相当丰富的国家，绝大多数地区年平均日辐射量在 4 kWh/㎡ . 天以上，西藏最高达 7kWh/武汉科技学院 2009 届毕业设计论文 2 ㎡天。与同纬度的其它国家相比，和美国类似，比欧洲、日本优越得多。而这里正是我国人口稀少、居住分散、交通不便的偏僻、边远的广大西北地区，经济发展较为落后。因此可充分利用当地丰富的太阳能资源，采用太阳光发电技术，发展经济，提高人民生活水平。中国光伏产业在国家大型工程项目、推广计划和国际合作项目的推动下，以前所未有的速度迅速发展。到 2003 年底，中国太阳能光伏系统累计安装量约达到了 55 兆瓦，主要为边远地区居民及交通、通讯等领域提供电力，现在己开始进行并网光伏发电系统的试验和示范工作。全国己有太阳能电池生产及组装厂10 多家，制造能力超过 100MWp。到 2003 年底，全国太阳热水器使用量为 5200万平方米，约占全球使用量的 40，年生产量为 1200 万平方米。太阳能利用可分为热利用和光伏发电两种方式，热利用主要在采暖领域较多，形式比较单一 ; 而光伏发电可以把太阳能转换为当今最普遍的能源利用形式一电能，从而具有热利用不可比拟的优势，光伏发电系统与其他发电系统相比具有许多优点 1 它的能源取之不尽用之不竭，而且清洁无污染。 2 没有动作部件，不会产生噪声，运行更可靠。 3 轻便，易安装维护 ;4 分布极其广泛，凡是太阳光能照到的地方就能发电。 5 无论规模大小，其发电效率几乎是相同的。6 能在用电的现场发电。光伏发电系统的应用可根据用户情况分成三大类专业性应用、家电设备方面的应用和农村应用。一些边远或孤立的地区对电力的需求问题可以依靠光伏系统来解决，如我国西藏、新疆等的一些边远偏僻的区。这种市场的主要特点是能源需求量小，因此无论是通过扩展电网，还是利用柴油发电机，所提供的常规电力的价格都很高。而光伏发电系统受用电规模的影响则不大。此外，维修量小是光伏发电系统的另一个优点。有些地区游牧居民较多，由于居住比较分散且不固定，所以适于使用分布式电源，尤其适于用光伏电源系统或者风能发电系统，但风能发电装置易损坏，并且维护量大，不如光伏电源适合户用。光伏发电市场发展的另一个特点是光伏联网市场增长迅猛。据有关方面调查，世界联网市场用户从 2000 年的 1zoMw增长到 2001 年的 2MMW。单晶硅和名晶硅电池继续占据光伏市场的主导地位。澳大利亚一家名为 Integral Energy的公司己开始销售适合于家庭和办公楼使用的、可与大电网联接的太阳能成套设武汉科技学院 2009 届毕业设计论文 3 备。最小的太阳能成套设备发电出力为 150W，包括安装费在内的零售价是 290美元，占澳大利亚普通家庭每年耗电量的 5，每年可减少温室气体排放 350kg。更大的太阳能发电设备出力为 2.5kW，零售价为 20000 美元，完全能满足澳大利亚一般家庭的用电需求。目前 . 最大的太阳能发电装置出力己达到 lOMW。 1kW的太阳能发电装置每年发电量为 1670kWh，这意味着在澳大利亚每年可节省 160 美元的电费。表 1-1 为光伏发电与电网供电的比较，可以看出光伏发电价格还比较高，但维修费用很少，随着发电价格的下降，其优势将逐渐体现出来。由于环保和能源持续供应的需要，太阳能光伏发电即光伏电池近年来始终保持 30-40的年增长量，因而被誉为全世界增长最快的能源。 1999 年世界光伏电池总产量为 202MW, 2001年增为 375MW，随着美国“百万个太阳屋顶计划”、“欧洲可再生能源白皮书”和“日本新阳光计划“的实施，到 2010 年世界光伏电池容量将达 20000MW。目前全球 20 亿无电人口将从中得益。我国于 1958 年开始研究太阳能电池，于 1971 年首次成功地应用于我国发射的东方红二号卫星上。于 1973 年开始将太阳能电池用于地面天津港航标灯。我国的光伏工业在 80 年代以前尚处于雏形，太阳能电池的年产量一直徘徊在IOKW以下，价格也很昂贵。由于受到价格和产量的限制，市场的发展很缓慢，除了作为卫星电源，在地面上太阳能电池仅用于小功率电源系统，如航标灯、铁路信号系统、高山气象站的仪器用电、电围栏、黑光灯、直流日光灯等，功率一般在几瓦到几十瓦之间。在“六五” 1981 一 1985和“七五” 1986 一 1990期间，国家开始对光伏工业和光伏市场的发展给以支持，中央和地方政府在光伏武汉科技学院 2009 届毕业设计论文 4 领域投入了一定资金，使得我国十分弱小的太阳能电池工业得到了巩固并在许多应用领域建立了示范，如微波中继站、部队通信系统、水闸和石油管道的阴极保护系统、农村载波电话系统、小型户用系统和村庄供电系统等。同时，在 “七五”期间，国内先后从国外引进了多条太阳能电池生产线，除了一条 1MWP的非晶硅电池生产线外，其它全是单晶硅电池生产线，使得我国太阳能电池的生产能力猛增到 4.5MWP/年实际年销售量达到 0.5MWP ，售价也由“七五”初期的 80 元 /WP下降到 40 元 /WP左右，这对于光伏市场的开拓起到了积极的推动作用。太阳能电池己不再仅仅用于小功率电源系统，而开始广泛用于通信、交通、石油、农村电气化、民用产品等各个领域，光伏发电不但列入到国家的攻关计划，而且列入到国家的电力建设计划，同时也在一些重大工程项目中得到采用，如国家计委的“光明工程”、电力部的西藏无电县建设计划、西藏阿里光电计划、林业部的森林防火通信工程、邮电部的光缆工程、石油部的管道阴极保护工程、广电部的村村通工程等。 2001 年，我国的太阳能电池年实际年销售量已达 4. 5MWP,累计用量超过 20MWP。2002 年，原国家计委启动了“西部省区无电乡通电计划”，即“送电到乡”工程，通过光伏和小型风力发电的方式，最终解决了西部七省区西藏、新疆、青海、甘肃、内蒙、陕西和四川近 800 个无电乡的用电问题，光伏组件用量达到19.6MWp，风力发电机 840KWp。另外，中科院电工所先后建成了西藏双湖 25kW,安多 100kW、班戈 70kW、和尼玛 40kW光伏电站的建设。这大大刺激了光伏工业的发展，国内建起了几条太阳能电池的封装线，使我国太阳能电池组件的年生产能力迅速达到 100MWP组件封装能力， 2002 年当年销售量为 20MWP。截止到 2003年底，我国太阳能电池的累计装机已经达到 55MWpo 1995 年以后，大部分非晶硅太阳能电池出口到国外， 2003 年，我国晶体硅太阳能电池也有一部分出口。随着联合国气候变化框架公约缔约国签订的京都议定书在 2005 年2 月 16 日正式生效，签署的国家已达 185 个。议定书对中国的环境保护、新能源和可再生能源开发提出了更高的要求。北京申办 2008 年奥运成功，提出了“绿色奥运、人文奥运、科技奥运”的指导思想。要把 2008 年奥运会办成最好的一届奥运会，太阳能发电应用必然要担当一个重要的角色，在奥运村和运动场馆规划中，太阳能利用及太阳能发电站的建设均占主要的地位。武汉科技学院 2009 届毕业设计论文 5 1.2 光伏发电系统概述太阳能光伏发电系统的典型框图见 1-2 ，其主要由以下四部分构成光伏阵列直流控制系统逆变器负载储能系统图 1-2 光伏发电系统典型结构框图1. 光伏电池阵列光伏电池是组成太阳能光伏发电系统最基本的单位。但单体光伏电池发出的电能很小，而且是直流电，在大多数情况下很难满足实际应用的需要。为了获得足够大的发电量，需要将单体光伏电池连接成电池组件，再由电池组件组合连接成为太阳能光伏阵列。2. 储能系统太阳能发电系统只是在日间有阳光的时候才能发电，但一般来说，人们主要在夜间大量用电，这样系统中就需要有储能单元蓄电池将白天所发出的电能储存起来供夜间使用。3. 逆变器光伏电池阵列所发出的电能为直流电，但是大多数用电设备以交流供电方式为主，所以系统中需要逆变单元将直流电转换为交流电供负载使用，逆变器的效率将直接影响到整个系统的效率，因此光伏系统逆变器的控制技术具有重要的研究意义。4. 直流控制系统在电能从光电阵列到储能单元，再到逆变单元间的传输和交换过程，为了保持系统的高效与安全运行，还需要直流控制系统对整个过程进行调整、保护和控制，如最大功率点跟踪 MPPT控制技术。实际应用中的光伏发电系统因对象的不同，会比这个典型的结构多出或省略某个部分，但大体上都是从这个典型结构中演变而来的。从结构特征上看，太阳武汉科技学院 2009 届毕业设计论文 6 能光伏发电系统主要可分为两种类型独立运行、并网型光伏发电系统。1. 独立运行光伏发电系统独立运行光伏发电系统的结构如图 1-3 示，在独立运行系统中，蓄电池作为储能单元一般是不可以少的，它将由日照时发出的剩余的电能储存起来供日照不足或没有日照时使用。为了延长蓄电池的寿命，直流控制中应具有一个调节和保护环节来控制蓄电池的充放电过程的速率和深度。图 1-3 独立运行光伏发电系统2. 并网型光伏发电系统在有公用电网的地区，光伏发电系统可以同电网连接，这要求逆变器具有同电网连接的功能，其结构见图 1-4 ，并网型光伏系统的优点是系统可以省去蓄电池而将电网作为自己的储能单元，当日照很强时，系统将所发的多余电力回馈入电网，而当需要用电时再从电网输出电力。省去蓄电池后光伏发电系统的造价可以大幅度降低。武汉科技学院 2009 届毕业设计论文 7 图 1-4 并网型光伏发电系统1.3 本课题所做的工作通过以上分析，可以认识到目前利用可再生能源代替化石燃料是当务之急。而作为可充分利用太阳能的光伏并网发电系统，除了可以给本身所带的交流负载提供电能之外，还可以将多余电力回馈电网。由于本系统本身不带蓄电池，成本较低，体积较小，适合推广应用，目前我国大力发展此种并网发电系统。并网型光伏发电系统的核心为并网型逆变器。并网型逆变器是影响和决定整个系统是否能够稳定、安全、可靠、高效地运行的一个主要因素，同时也是影响整个系统使用寿命的主要因素。其关键技术设计对提高光伏发电效率、降低成本有重要意义。特别是那些使用资源有限的化石燃料发电的地区，这更是当务之急。这也是当今世界范围内研究和开发的一个课题。提高光伏发电效率、降低成本必须选择以下一种或多种途径 1. 最大限度输出功率