毕业论文：并网式太阳能光伏发电控制系统设计 ㊣ 精品文档 值得下载

经济效益，前途无限。

太阳能光伏发电系统的应用及意义太阳是个巨大久远无尽的能源。

尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量约为的亿分之，但已高达也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于万吨煤。

下图是地球上的能流图。

从图上可以看出，地球上的风能水能海洋温差能波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳即使是地球上的化石燃料如煤石油天然气等从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热光电和光化学的直接转换。

太阳能既是次能源，又是可再生能源。

它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。

人类对太阳能的利用有着悠久的历史。

我国早在两千多年前的战国时期就知道利用钢制四面镜聚焦太阳光来点火利用太阳能来干燥农副产品。

发展到现代，太阳能的利用已日益广泛，它包括太阳能的光热利用，太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。

而随着世界上煤油气的储量日益减少，能源危机已日益增长，环境污染的危机已威胁着生态平衡，太阳能开发利用的课题已提到人类的面前。

有人预测二十世纪太阳能将由辅助能源上升为主要能源。

国外现状世界各国，尤其发达国家对世纪的能源问题都特别关注。

年，美国制定了政府级阳光发电计划年又正式将光伏发电列入公共电力规划，累计投资达亿多美元年度的财政预算中，光伏发电的预算达多万美元，比年增加了年美国和欧洲相继宣布百万屋顶光伏计划，美国计划到年安装太阳电池。

日本不甘落后，年补贴屋顶光伏计划的经费高达万美元，安装目标是。

据权威专家估计，如果实施强化可再生能源的发展战略，到下世纪中叶，可再生能源可占世界电力市场的，燃料市场的。

在世界能源结构转换中，太阳能处于突出位置。

美国的马奇蒂博士对世界次能源替代趋势的研究结果表明，太阳能将在世纪初进入个快速发展阶段，并在年左右达到的比例，次于核能居第二位，世纪末太阳能将取代核能居第位。

壳牌石油公司经过长期研究得出结论，下世纪的主要能源是太阳能日本经济企划厅和三洋公司合作研究后则更乐观地估计，到年，世界电力生产的半将依靠太阳能。

正如世界观察研究所的期报告所指出正在兴起的太阳经济将成为未来全球能源的主流。

国内现状，煤炭巨量消费已成为我国大气污染的主要来源。

我国具有丰富的太阳能风能生物质能地热能和海洋能等新能源和可再生能源资源，开发利用前景广阔。

太阳能光伏发电应用始于年代，真正快速发展是在年代。

在年年短短的几年内先后从美国加拿大等国引进了七条太阳电池生产线，使我国太阳电池的生产能力从年以前的年产千瓦跃到年的兆瓦。

目前太阳电池主要应用于通信系统和边远无电县无电乡村无电岛屿等边远偏辟无电地区，年销售约兆瓦，成效显著。

系统总体结构设计图由上图可知，整个系统包含太阳能光伏打效应转换，直流升压及最大功率跟踪技术，直交流逆变三个主要环节。

系统主要工作过程如下太阳能电池阵列组件接收太阳光能转换成电信号，输出电压，由块输出为的硅光电池板串联而成，升压电路将电压升至直流，再由逆变器将直流电压转化为交流交流电压。

本文将讲述以上过程及原理。

太阳能光伏发电组件的组成及原理太阳能光伏阵列的输入输出特性硅光电池的工作原理导体结在受到光照射时能产生电动势的效应，叫光伏打效应。

硅光电池就是利用光伏打效应将光能直接换成电能的半导体器件。

硅光电池等效于个结，在不通的光照条件下可以在结两端产生电动势。

硅光电池的结构很简单，核心部分是个大面积的结。

硅光电池的结面积要比二极管的结大得多，所以受到光照时产生的电动势和电流也大得多。

例如，国产型硅光电池在的入射光强下，开路电压需用高内阻的直流毫伏计测量为，短路电流为，转换效率为。

光照可以使薄薄的型区产生大量的光生载流子。

这些光生电子和空穴，会向结方向扩散。

扩散过程中，部分电子和空穴复合消失，大部分扩散到结边缘。

在结电场的作用下，大部分光生空穴被电场推回型区而不能穿越结大部分光生电阻却受到结电场的加速作用穿越结，到达型区。

随着光生电子在型区的积累及光生空穴在型区的积累，会在对的两侧产生个稳定的电位差，这就是光生电动势。

当光电池两端接有负载时，将有电流流过负载，起着电池的作用。

光伏阵列图光伏阵列在实际运行中，按照所需要的功率等级和电压等级可以将若干单个光伏电池串并联组成光伏阵列。

考虑整个光伏阵列的模型时对实际情况加以简化，如图所示串联光伏电池的等效电路模型。

其输出电压为单个光伏电池的输出电压的倍为光伏阵列中串联的电池的个数，输出功率亦为单个光伏电池的输出功率的倍。

但当光伏阵列串联电池个数大于时，光伏阵图可见，对于同负载，在不同的入射光照下，输出可以是恒流的点，也可以是恒压的点。

而在同光照强度下，改变负载大小，也可使输出改成恒流形式或恒压形式。

对于负载的变化，可通过光伏发电控制系统来完成。

图负载特性曲线图负载特性曲线由上所述，光伏电池的输出电压和输出电流都和负载电阻大小有关。

图中列出了光伏电池各个电参数和负载之间的关系曲线。

如图所示，光伏电池的输出电流与输出电压和负载电阻之间都不是线性关系，输出电流随负载电阻的增大而减小，输出电压随负载电阻的增大而增大。

只有在负载匹配的情况下，才能获得最大的输出功率，这时的光电转换效率也最高。

温度特性温度的变化会显著改变太阳能电池的输出性能。

由半导体物理理论可知，载流子的扩散系数随温度的升高而稍有增大，因此，光生电流也随温度的升高有所增加。

但光伏电池输出的负载电流随温度的升高是指数增加，因而开路电压随温度的升高急剧下降。

光电转换效率随温度的增加而下降。

电路及采用电路实现技术的控制电路器件选择及原理下面分析开关闭合和断开的情况下与输出电压的关系以及电感电流连续状态下器件的选择。

图电路图为输入电压，为输出电压，为负载电流，电感量为，开关频率为，开关周期为，导通时间为，断开时间为。

为导通时间占空比，为断开时间占空比，它们各自小于，连续状态时。

在输入输出电压不变前提下分析，当开关管导通时，电感电流线性上升，其电流增量为当开关管断开时，电感电流线性下降，其增量为由于稳态时这两个电流变化量绝对值相等，所以简化得电压增益可知电压增益总是大于。

当导通时间占空比越大时，电压增益越大，当值趋近于时，输出电压将趋于无穷大，即电路失控。

亦可推证临界电感本设计中以块并联的额定电压为额定电流为的太阳能电池作为输入，阵列输出，采用电路进行升压控制，要求电路工作于电感电流连续状态。

升压结构特性分析升压电路，可以工作在电流断续工作模式和电流连续工作模式。

工作模式适合大功率输出电路，考虑到负载达到上时，电感电流需保持连续状态，因此，按工作模式来进行特性分析。

拓扑结构升压电路基本波形如图所示。

图升压电路基本波形时，开关管为导通状态，二极管处于截止状态，流经电感和开关管的电流逐渐增大，电感两端的电压为，考虑到开关管漏极对公共端的导通压降即为，。

时通过的电流增加部分满足式。

式中为开关管导通时的压降和电流取样电阻上的压降之和。

时，开关管截止，二极管处于导通状态，储存在电感中的能量提供给输出，流经电感和二极管的电流处于减少状态，设二极管的正向电压为，时，电感两端的电压为，电流的减少部分满足式。

式中为整流二极管正向压降，快恢复二极管约，肖特基二极管约。

在电路稳定状态下，即从电流连续后到最大输出时，，由式和可得因占空比，即最大占空比，如果忽略电感损耗，电感输入功率等于输出功率，即由式和式得电感器平均电流同时由式得电感器电流纹波式中为开关频率。

为保证电流连续，电感电流应满足考虑到式式和式，可得到满足电流连续情况下的电感值为另外，由升压电路结构可知，开关管电流峰值为二极管电流峰值为电感器电流峰值，开关管耐压储能电感根据输入电压和输出电压确定最大占空比。

由式得采用电路实现技术的控制及器件的选择采用电路实现技术的控制为了提高光伏电池的光电转换效率，使光伏电池始终保持最大功率输出，就要进行最大功率跟踪。

本文采用电路来实现最大功率跟踪，其电路组成如图电路及其驱动电路中占空比的不同，对光伏阵列而言表现为其输出阻抗发生了变化，输出阻抗的变化将影响光伏阵列的输出特性。

从而定的输出阻抗对应个输出电压值和输出电流值。

而技术既是通过调节电路的占空比，而改变光伏阵列的输出阻抗，即可寻求输出电流与输出电压的乘积即输出功率的最大值。

由电路实现技术时，光伏阵列的输出电压低于蓄电池的端电压，才能实现较好的调节。

当光伏阵列的输出电压高于蓄电池端电压时，电路需停止工作，光伏阵列对蓄电池直接充电电路可以始终工作在输入电流连续的状态下，只要输入电感足够大，则电感上的纹波电流小到接近平滑的直流电流。

另外，电路电路非常简单，因为功率开关管端接地，其驱动电路设计更为方便图电流采样电路本系统采用单片机控制，输出信号，根据采样的电路中电流电压的值来进行调节信号的占空比。

采样电压由光伏阵列输出电压分压得到，其采样值应小于，以防烧坏单片机的口。

采样电流由图电路完成。

干扰观测法跟踪控制干扰观测法是目前实现常用的方法之。

其原理是每隔定的时间增加或者减少电压，并观测其后功率变化方向，来决定下步的控制信号。

干扰观测法的控制流程如图所示。

开始设定输出采样电压电流计算功率保持扰动方向改变扰动方向是否图干扰观测法流程图干扰观测法采用模块化控制回路，跟踪方法简单，实现容易，对传感器精度要求不高的优点，但它只能在光伏阵列最大功率点附近振荡运行，导致定功率损失跟踪步长对跟踪精度和相应速度无法兼顾。

逆变电路逆变电路的基本工作原理以单桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理，是桥式电路的个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。

图逆变电路及波形举例，闭合断开时，负载电压为正。

，断开闭合时，负载电压为负。

图，闭合断开时的波形图图，断开闭合时的波形图逆变电路最基本的工作原理改变两组开关切换频率，可改变输出交流电频率。

电阻负载时，负载电流和的波形相同，相位也相同。

阻感负载时，相位滞后于，波形也不同。

换流电流从个支路向另个支路转移的过程，也称为还相开通，适当的门极驱动信号就可以开通。

开断全控型器件可通过门极关断。

般在