畢業(yè)設(shè)計（論文）-單相太陽能逆變電源控制系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　中 國 礦 業(yè) 大 學(xué)</p><p><b>　　本科生畢業(yè)設(shè)計</b></p><p>　　姓 名： 學(xué) 號： </p><p>　　學(xué) 院： 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 </p><

2、;p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 　 </p><p>　　設(shè)計題目： 單相太陽能逆變電源控制系統(tǒng)設(shè)計 </p><p>　　專 題：

3、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 張同莊 職 稱： 副教授 </p><p>　　2010 年 6 月 徐州</p><p>　　中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　學(xué)院 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院專業(yè)年級 電氣06-1班學(xué)生姓名 蔡林平 <

4、/p><p>　　任務(wù)下達(dá)日期： 2010年 3 月 8日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計日期： 2010年 3 月 8 日至 2010 年 6月 8 日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計題目: 單相太陽能逆變電源控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計專題題目：</b></p><p>　　

5、畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容和要求：</p><p>　　單相太陽能逆變電源是小功率應(yīng)用的主要類型，掌握對單相太陽能逆變電源控制系統(tǒng)的理論計算和設(shè)計手段，具體要求如下： </p><p>　　1.對單相太陽能逆變電源控制系統(tǒng)方案進(jìn)行對比與選擇。</p><p>　　2.對單相太陽能逆變電源控制系統(tǒng)的主電路進(jìn)行理論計算與選擇。</p><p>　　3.對最

6、大太陽能的利用與跟蹤算法進(jìn)行研究。</p><p>　　4.對單相太陽能逆變電源控制回路進(jìn)行設(shè)計。</p><p>　　院長簽字： 指導(dǎo)教師簽字：</p><p>　　中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師評閱書</p><p>　　指導(dǎo)教師評語（①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；②獨立解決實際問題的能力；③研究內(nèi)容的理論

7、依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：</p><p>　　成 績： 指導(dǎo)教師簽字：</p><p>　　年 月 日</p><p>　　中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計評閱教師評閱書</p><p>　　評閱教

8、師評語（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實際問題的能力；③工作量的大?。虎苋〉玫闹饕晒皠?chuàng)新點；⑤寫作的規(guī)范程度；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：</p><p>　　成 績： 評閱教師簽字：</p><p>　　年 月 日</p><p>　　

9、中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計評閱教師評閱書</p><p>　　評閱教師評語（①選題的意義；②基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；③綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實際問題的能力；③工作量的大?。虎苋〉玫闹饕晒皠?chuàng)新點；⑤寫作的規(guī)范程度；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：</p><p>　　成 績： 評閱教師簽字：</p><p&

10、gt;　　年 月 日中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計答辯及綜合成績</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著社會生產(chǎn)的不斷發(fā)展，環(huán)境污染和能源短缺問題的日益嚴(yán)重，尋找一種大儲備、無污染、易獲取的新能源己經(jīng)上升到世界各國的日程；對能源的需求量在不斷增長，全球范圍內(nèi)的能源危機(jī)也日益突出。地球中的化石能源是有限的，總有一天會被消耗盡。隨

11、著化石能源的減少，其價格也會提高，這將會嚴(yán)重制約生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高。可再生能源是滿足世界能源需求的一種重要資源，特別是對于我們這個人口大國來講更加重要。太陽能憑借其在以上幾方面的優(yōu)點受到全球的高度關(guān)注。其中太陽能資源在我國非常豐富，其應(yīng)用具有很好的前景。</p><p>　　本文以一個完整的獨立光伏逆變發(fā)電系統(tǒng)為設(shè)計，著重對單相的光伏逆變系統(tǒng)進(jìn)行了分析，并從逆變系統(tǒng)的主電路拓?fù)?、控制策略、系統(tǒng)參數(shù)選擇

12、、最大功率點跟蹤等幾個方面做了詳細(xì)的分析。</p><p>　　首先，詳細(xì)分析了光伏逆變發(fā)電系統(tǒng)的不同主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作原理和特點，在此基礎(chǔ)上選用了一種比較簡單的電路拓?fù)洹２⑼茖?dǎo)出一個簡單實用的控制方程。</p><p>　　其次，根據(jù)設(shè)計出的主電路和控制器，采用完成了基于TMS320F2812 DSP控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計。</p><p>　　再次，

13、通過分析各種常用的最大功率點跟蹤的方法，提出了一種基于本文中控制器的增量電導(dǎo)法。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 單相光伏； 逆變器； 最大功率點跟蹤； DSP</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the continuous development of social production, en

14、vironmental pollution and energy shortage have become a very serious problem, so searching for a new kind of energy which is large in reserve, pollution-free, and easy to obtain has risen to the agenda of the world. More

15、over, the demand for energy is growing, and worldwide energy crisis has become increasingly prominent. However, earth's fossil energy is limited, and it will be consumed one day. With the reduction of fossil fuels, i

16、ts price</p><p>　　In this paper, the research object is a complete independent photovoltaic inverter power system. The author has analyzed the single-phase PV inverter system, and then given a detailed study

17、 and simulation from the topology of the main circuit, control strategy, system parameters, and the maximum power point tracking in inverter. </p><p>　　First, the author analyzes the working principles and c

18、haracteristics of different main circuit topology in the photovoltaic power inverter generation system. Then he chooses a relatively simple circuit topology to derive a simple and practical equation. </p><p

19、>　　Secondly, the author has completed the hardware and software design, which is based on TMS320F2812 DSP control system and the main circuit and the controller. </p><p>　　Thirdly, the author proposes a

20、perturbation and observation method which is based on the controller mentioned in this article by analyzing a variety of commonly used methods of maximum power point tracking.</p><p>　　Keywords: Single-phase

21、-photovoltaic; Inverter; Maximumpower point tracking ; DSP</p><p><b>　　目 錄 </b></p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1 光伏系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景1</p><p>　　

22、1.1.1 國外光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀1</p><p>　　1.1.2 國內(nèi)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2 畢業(yè)設(shè)計要求：2</p><p>　　2 單相逆變器的工作原理與理論分析4</p><p>　　2.1系統(tǒng)總體設(shè)計構(gòu)思4</p><p>　　2.1.1單相光伏系統(tǒng)的工作原理結(jié)構(gòu)4&l

23、t;/p><p>　　2.2 光伏系統(tǒng)的容量設(shè)計6</p><p>　　2.2.1地理位置6</p><p>　　2.2.2氣候資源6</p><p>　　2.2.3 光伏組件方陣6</p><p>　　2.2.4關(guān)于蓄電池的容量計算(由于不在本設(shè)計計劃內(nèi)，所以略減)8</p><p>　

24、　2.3單相光伏逆變器的工作原理與結(jié)構(gòu)8</p><p>　　2.3.1 逆變器的分類9</p><p>　　2.4 單相光伏逆變器主電路設(shè)計9</p><p>　　2.4.1 電壓型逆變電路的特點10</p><p>　　2.4.2全橋逆變器電路11</p><p>　　2.5 逆變器的參數(shù)計算與器件選定

25、12</p><p>　　2.5.1電壓型單相半橋逆變器的參數(shù)計算12</p><p>　　2.5.2開關(guān)管的選取14</p><p>　　2.5.3光伏陣列逆變器的控制策略15</p><p>　　3 單相太陽能的DC—DC變換（Boost電路）16</p><p>　　3.1直流變換電路的分類16<

26、/p><p>　　3.1.1 DC——DC變換電路16</p><p>　　3.2 Boost電路電感的設(shè)計18</p><p>　　3.3 Boost電路電容的設(shè)計22</p><p>　　3.4 開關(guān)管和二極管的選型設(shè)計23</p><p>　　3.4.1開關(guān)的設(shè)計選型23</p><p&

27、gt;　　3.4.2 二極管的設(shè)計23</p><p>　　3.5 其他參數(shù)的選取23</p><p>　　4 太陽能獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)控制系統(tǒng)電路設(shè)計24</p><p>　　4.1系統(tǒng)的條件24</p><p>　　4.2控制系統(tǒng)硬件及其電路24</p><p>　　4.2.1 DSP概述24</p

28、><p>　　4.2.3 控制芯片TMS320F2812DSP簡介24</p><p>　　4.3 基于TMS320F2812DSP的控制系統(tǒng)25</p><p>　　4.3.1 控制面板25</p><p>　　4.3.2 CPLD接口電路26</p><p>　　4.3.3 驅(qū)動電路26</p>

29、<p>　　4.3.4 Boost電路開關(guān)管的驅(qū)動電路28</p><p>　　4.3.5電流的檢測28</p><p>　　5 系統(tǒng)硬件資源分配29</p><p>　　5.1模擬量采樣29</p><p>　　5.2 PWM的輸出29</p><p>　　5.3 PDPINT引腳29<

30、/p><p>　　5.4系統(tǒng)I/O端口分配29</p><p>　　6 系統(tǒng)軟件的設(shè)計31</p><p>　　6.1控制軟件主要完成以下功能：31</p><p>　　6.2 系統(tǒng)主程序流程圖32</p><p>　　6.3 定時器中斷子程序33</p><p>　　6.4 PI環(huán)控制子

31、程序流程圖34</p><p>　　6.5 SPWM脈沖發(fā)生子程序流程圖35</p><p>　　7 最大功率點跟蹤控制MPPT37</p><p>　　8 太陽光跟蹤系統(tǒng)39</p><p><b>　　結(jié) 論40</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：41<

32、/b></p><p><b>　　翻譯部分1</b></p><p><b>　　英文原文1</b></p><p><b>　　中文譯文10</b></p><p><b>　　致 謝18</b></p><p>

33、;<b>　　1緒論</b></p><p>　　中國地處北半球，幅員遼闊，大部分地區(qū)位于北緯45º以南，有著十分豐富的太陽能資源。據(jù)估算，中國陸地表面每年接收的太陽輻射能約50×1018千焦(12×1018千卡) ，約相當(dāng)十1700億噸標(biāo)煤。全國各地太陽輻射總量達(dá)3340-8400兆焦/(米2·年)[140千卡/(厘米2·年)]。從全國太陽

34、能輻射總量的分布來看，西藏、青海、新疆、內(nèi)蒙古南部、山西、陜西北部、河北、山東、遼寧、吉林西部、云南中部和西南部、廣東東南部、福建東南部、海南東部和西部以及臺灣省的西南部等廣大地區(qū)的太陽能輻射總量很大。尤其是青藏高原地區(qū)最大，這里平均海拔高度在4000米以上，大氣層薄而清潔，透明度好，緯度低，日照時間長。例如:被人們稱為“日光城”的拉薩市，1961一1970年間的年平均日照時數(shù)為3005. 7小時相對日照率為68%年平均晴天為108.

35、5天，陰天為98. 8天，太陽總輻射為8160兆焦/(米2·年)[195千卡/(厘米2·年)]，比全國其他省、區(qū)和同緯度的地區(qū)都高。全國以四川和貴州兩省的太陽年輻射總量為最小，其中尤以四川盆地為最，那里雨多、霧多，晴天較少。例如素有“霧都”之稱的成都市，1961一1</p><p>　　中國太陽能資源的分布具有如下一些主要特點:①太陽能的高值中心和低值中心都處在北緯22°--35&#

36、186;一帶，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心;②太陽年輻射總量，西部地區(qū)高于東部地區(qū)，而除西藏和新疆兩個自治區(qū)外，基本上是南部低于北部;③由于南方多數(shù)地區(qū)云霧雨多，在北緯30°-40°地區(qū)，太陽能的分布情況與一般的太陽能隨緯度而變化的規(guī)律相反，太陽能不是隨著緯度的增加而減少，而是隨著緯度的增加而增加。</p><p>　　1.1 光伏系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景</p>&l

37、t;p>　　1.1.1 國外光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀</p><p>　　近年來，國際上太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在許多方面取得突破。 自1839年法國物理學(xué)家A．E貝克勒爾(Becqurel)發(fā)現(xiàn)“光生伏打效應(yīng)”“（photovoltaic effect），到1954年在美國貝爾實驗室第一次做出光電轉(zhuǎn)換效率為6%的實用單晶硅光伏電池，開創(chuàng)了光伏發(fā)電的新紀(jì)元。從此光伏電池技術(shù)及其應(yīng)用得到了日新月異的發(fā)展。</p&g

38、t;<p>　　光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用在當(dāng)今世界，特別是在非洲、南美、澳洲及業(yè)洲等各國，普遍受到重視。太陽能的利用上，歐共體、美國、日本等處十世界先進(jìn)水平國外在90年代前后對獨立運(yùn)行系統(tǒng)研究比較多，也基本上形成了比較成熟的思路。</p><p>　　此外，意大利、印度、瑞士、法國、荷蘭、西班牙都有類似的計劃，并投巨資進(jìn)行技術(shù)開發(fā)和加速產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。從世界范圍來講，光伏發(fā)電己經(jīng)完成了初期開發(fā)和模應(yīng)用發(fā)展，其

39、應(yīng)用范圍幾乎遍及所有的用電領(lǐng)域。</p><p>　　近幾年國際上光伏發(fā)電快速發(fā)展，美國、歐洲及日本制定了龐大的光伏發(fā)電發(fā)展計劃。</p><p>　　1.1.2 國內(nèi)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀</p><p>　　目前，國內(nèi)各大院校、科研單位和廠家也都在研發(fā)太陽能逆變控制。</p><p>　　我國的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)起步較晚，但是發(fā)展速度很快。1

40、958年開始對光伏電池的生產(chǎn)和應(yīng)用進(jìn)行研究，1971年成功將其應(yīng)用到東方紅二號衛(wèi)星上。在1981年一1990年間，我國的光伏工業(yè)得到一定的鞏固與發(fā)展，并在一些應(yīng)用領(lǐng)域建立了示范工程。光伏發(fā)電在改善人民生活條件方面已發(fā)揮著重要作用，并將在21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮更大作用。技術(shù)方面，經(jīng)過十多年的努力，我國光伏發(fā)電技術(shù)有了很大的發(fā)展，光伏電池技術(shù)不斷進(jìn)步，與發(fā)達(dá)國家相比有差距，但差距在不斷縮小。 </p><p>　

41、　隨著國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展、綜合國力的不斷提高和科技的進(jìn)步，特別是“西部開發(fā)”戰(zhàn)略的實施，利用西部地區(qū)豐富的太陽能、風(fēng)能資源解決幾千萬人口的用電問題這一偉大構(gòu)想己經(jīng)逐步成為現(xiàn)實。我國西部幅員遼闊、地廣人稀、負(fù)荷密度小，不利于常規(guī)電網(wǎng)的延伸。但是日照時間長，日射強(qiáng)度大，為光伏發(fā)電提供了得天獨厚的優(yōu)勢。通過在人口相對集中的地區(qū)建立獨立光伏電站，解決鄉(xiāng)村一級基本生產(chǎn)、辦公、生活用電需要是提高用電普及率的有效途徑;同時獨立光伏電站還可為小型農(nóng)場、

42、畜牧養(yǎng)殖中心提供電源，有利十提高當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)牧業(yè)機(jī)械化、自動化水平。</p><p>　　現(xiàn)在，江蘇的無錫尚德，陜西的西安華朗,保定的天威英利，寧波太陽能，南京中電光伏，上海太陽能科技，云南天達(dá)和常州天臺等在光伏發(fā)電行業(yè)，設(shè)備的研發(fā)等領(lǐng)域技術(shù)已趨于成熟。我國正在成為世界重要的光伏工業(yè)生產(chǎn)基地之一。新能源高效利用的國家之一。</p><p>　　1.2 畢業(yè)設(shè)計要求：</p>&l

43、t;p>　　結(jié)合在大學(xué)四年所學(xué)所知的電氣知識，設(shè)計一個容量為2kw的光伏發(fā)電系統(tǒng)，并著重的對系統(tǒng)的容量、主電路圖的設(shè)計、設(shè)備器件的選型、工作參數(shù)、逆變及其控制策略、最大功率跟蹤與仿真的實現(xiàn)。具體包括以下內(nèi)容：</p><p>　?。?）對單相太陽能逆變電源控制方案進(jìn)行對比與選擇；</p><p>　　（2）對單相太陽能逆變電源控制回路進(jìn)行理論計算與選擇；</p><

44、;p>　?。?）對最大太陽能的利用與跟蹤算法進(jìn)行研究；</p><p>　?。?）對單相太陽能逆變電源控制回路進(jìn)行計算及電路設(shè)計；</p><p>　　通過畢業(yè)設(shè)計，更進(jìn)一步掌握對單相太陽能逆變電源控制系統(tǒng)的理論計算和設(shè)計手段，提高自身的知識水平。</p><p>　　2 單相逆變器的工作原理與理論分析</p><p>　　2.1系統(tǒng)總

45、體設(shè)計構(gòu)思</p><p>　　本設(shè)計決定采用無變壓器的兩級結(jié)構(gòu)，前級DC/DC變換器和后級的DC/AC逆變器，兩部分通過DClink相連。前級DC/DC變換器，可選擇的型式有半橋式、全橋式、推挽式和Boost式，考慮到輸入電壓較低，如采用半橋式則開關(guān)管電流變大，輸出電壓太低;而采用全橋式則控制復(fù)雜，開關(guān)管功耗增大，因此這里采用結(jié)構(gòu)簡單，控制方便的Boost升壓電路，它根據(jù)負(fù)載電壓的大小使在不同天氣條件下的輸入電

46、壓達(dá)到一個合適的水平，同時在低壓情況下實行最大功率點的跟蹤，增大光伏系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能。在本系統(tǒng)中，太陽能電池板輸出的額定直流電壓為50~80V之間，通過DC/DC變換器將電能轉(zhuǎn)換為DClink的直流電。后級的DC/AC逆變器，采用單相逆變?nèi)珮?，作用是將DClink直流電轉(zhuǎn)換成 220/50HZ正弦交流電，實現(xiàn)逆變向負(fù)載輸送功率。DClink的作用除了連接DC/DC變換器和DC/AC逆變器，還實現(xiàn)了功率的傳遞?？刂齐娐返暮诵男酒荰I公司的

47、TMS320F2812。</p><p>　　2.1.1單相光伏系統(tǒng)的工作原理結(jié)構(gòu)</p><p>　　一般來說，太陽能獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括太陽能電池陣列、控制器、蓄電池組和逆變器等部分。太陽能電池陣列是整個系統(tǒng)能源的來源，它把照射到其表面的太陽能轉(zhuǎn)化為電能；控制器是整個系統(tǒng)的核心部件之一，其運(yùn)行形式?jīng)Q定著系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)在控制器的管理下運(yùn)行；蓄電池的功能在于儲存太陽能電池陣列受光

48、照時所發(fā)出的電能并在無光照時向負(fù)載供電（此處為了簡化設(shè)計，不設(shè)蓄電池）；逆變器是將直流電變換為交流電的設(shè)備，由于太陽能電池陣列和蓄電池發(fā)出的是直流電，因此當(dāng)系統(tǒng)向交流負(fù)載供電時，逆變器是不可缺少的。常用的太陽能獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)原理如下圖：</p><p>　　圖2—1 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　太陽能光伏系統(tǒng)的特點：</p><p>　　太陽能光伏

49、發(fā)電系統(tǒng)自身具有其獨特的特點：</p><p><b>　?。?）無枯竭危險；</b></p><p>　?。?）絕對干凈（無污染，除蓄電池外）；</p><p>　　（3）不受資源分布地域的限制；</p><p>　　（4）可在用電處就近發(fā)電；</p><p><b>　　（5）能源質(zhì)

50、量高；</b></p><p>　?。?）使用者從感情上容易接受；</p><p>　?。?）獲取能源花費(fèi)的時間短；</p><p>　?。?）供電系統(tǒng)工作可靠。</p><p>　　作為關(guān)鍵部件的太陽電池使用壽命長，晶體硅太陽電池壽命可達(dá)到25年以上（現(xiàn)市場上出現(xiàn)更高可靠性的電池，壽命可達(dá)30年等）；根據(jù)需要很容易擴(kuò)大發(fā)電規(guī)模。

51、</p><p><b>　　不足之處是：</b></p><p>　　其一、照射的能量分布密度??；</p><p>　　其二、獲得的能源與四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關(guān)；造價比較高。以上的一些特點決定了光伏發(fā)電供電系統(tǒng)在應(yīng)用中有著其獨有的優(yōu)勢和相關(guān)的制約。</p><p>　　當(dāng)前光伏逆變器主要分為兩大類:電流型和電壓

52、型。電流型的特征就是直流則采用電感進(jìn)行直流儲能，從而使直流側(cè)呈現(xiàn)高阻抗的電流源特性。電壓型的特征是直流側(cè)采用電容進(jìn)行直流儲能，從而使直流側(cè)呈低阻抗的電壓源特性。兩種電路結(jié)構(gòu)如：圖2—2（a）和（b）所示。</p><p>　　圖2—2 電流、電壓型光伏逆變器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.2 光伏系統(tǒng)的容量設(shè)計</p><p>　　光伏系統(tǒng)的容量設(shè)計包括兩個方面：

53、容量設(shè)計和硬件設(shè)計。</p><p>　　光伏系統(tǒng)容量設(shè)計的主要目的就是要計算出系統(tǒng)在全年內(nèi)能夠可靠工作所需的太陽電池組件和蓄電池的數(shù)量。同時要注意協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作的最大可靠性和系統(tǒng)成本兩者之間的關(guān)系，在滿足系統(tǒng)工作的最大可靠性基礎(chǔ)上盡量地減少系統(tǒng)成本。光伏系統(tǒng)硬件設(shè)計的主要目的是根據(jù)實際情況選擇合適的硬件設(shè)備包括太陽電池組件的選型，支架設(shè)計，逆變器的選擇，電纜的選擇，控制測量系統(tǒng)的設(shè)計，防雷設(shè)計和配電系統(tǒng)設(shè)計等。&

54、lt;/p><p><b>　　2.2.1地理位置</b></p><p>　　本設(shè)計的光伏系統(tǒng)現(xiàn)場位置茲定于河南省----平頂山。該市位于河南省中南部，東經(jīng)120°14’～133°45’，北緯33度08’～34 20’。</p><p><b>　　2.2.2氣候資源</b></p><

55、;p>　　平頂山市處于暖溫帶和亞熱帶氣候交錯的邊緣地區(qū)，具有明顯的過渡性特征。全市年平均總?cè)照諘r數(shù)為1868～2378小時。年平均氣溫在15.2～15.8℃之間；與常年平均值相比顯著偏高0.6～1.1℃。年極端最低氣溫為-10.4℃，極端最高氣溫為40.4℃。</p><p>　　2.2.3 光伏組件方陣</p><p>　　太陽電池組件（也稱光伏電池組件）方陣的作用是將太陽輻射能直

56、接轉(zhuǎn)換成電能，供給負(fù)載使用。，由太陽電池組件按照系統(tǒng)需求串、并聯(lián)而成，再配上適當(dāng)?shù)闹Ъ芗敖泳€盒組成；它是太陽能光伏系統(tǒng)的核心部件。</p><p>　　太陽電池方陣應(yīng)牢固固定在支架上，方陣支架要有足夠的強(qiáng)度和剛度。在多鹽霧和潮濕地區(qū)支架要采用耐腐蝕的鋁合金等材料。較大型的太陽電池方陣還需要配置電纜，阻塞二極管和旁路二極管以及內(nèi)裝避雷器的分接線盒和總接線箱等。有時為了防止鳥類的排泄物沾污方陣表面而引起“熱斑效應(yīng)”，

57、還要在太陽電池方陣頂端安裝驅(qū)鳥裝置。獨立光伏系統(tǒng)一般用蓄電池作儲能裝置，所以方陣的工作電壓通常設(shè)計成與蓄電池的標(biāo)稱電壓相一致，如6V、12V、36、48V等等。對于交流光伏系統(tǒng)或并網(wǎng)光伏系統(tǒng)等，方陣的工作電壓常用110V、220V等。太陽能電池陣列的具體設(shè)計步驟如下：</p><p>　?。?）計算負(fù)載24h消耗容量P：</p><p><b>　　P=H/V</b>

58、</p><p>　　V--負(fù)載額定電源。</p><p>　?。?）選定每天日照時數(shù)TH。</p><p>　?。?）計算太陽能陣列工作電流。</p><p><b>　　IP＝P1＋Q/T</b></p><p>　　Q--按陰雨期富余系數(shù)，</p><p>　　Q＝0

59、.21～1.00</p><p>　?。?）確定蓄電池浮充電壓VF。</p><p>　　鎘鎳GN和鉛酸CS蓄電池的單體浮充電1.4V～1.6V和2.2V。</p><p>　?。?）太陽能電池溫度補(bǔ)償電壓VT。</p><p>　　VT＝2.1/430T－25VF</p><p>　?。?）計算太陽能電池陣列工作電壓

60、VP。</p><p>　　VP＝VF＋VD＋VT</p><p>　　其中VD＝0.5～0.7約等于VF</p><p>　?。?）太陽電池陣列輸出功率WP（平板式太陽能電板）。</p><p><b>　　WP＝IP×UP</b></p><p>　?。?）根據(jù)VP、WP在硅電池平板

61、組合系列表格，確定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的串聯(lián)塊數(shù)和并聯(lián)組數(shù)。</p><p>　　（9）每塊輸出能量約1.05V；一般陣列為48--77塊，其總能量為50—80V。</p><p>　　隨著太陽能電池溫度的增加，開路電壓減少，大約每升高1ºC ，每片電池電壓減少5mV，相當(dāng)于在最大功率點的典型溫度系數(shù)為－0.4%/ C。也就是說，如果太陽能電池溫度每升高1ºC，則最大功率減少 0.

62、4%。所以，太陽直射的夏天，盡管太陽輻射量比較大，如果通風(fēng)不好，導(dǎo)致太陽電池溫升過高，也可能不會輸出很大功率。</p><p>　　2.2.4關(guān)于蓄電池的容量計算(由于不在本設(shè)計計劃內(nèi)，所以略減)</p><p>　　太陽能發(fā)電不是連續(xù)的，通常與負(fù)載用電規(guī)律不相符合。因此需要配置儲能裝置。蓄電池組是太陽電池方陣的貯能裝置，其作用是將方陣在有日照時發(fā)出的多余電能貯存起來，在晚間或陰雨天供負(fù)載

63、使用。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池處于浮充放電狀態(tài)，夏天日照量大，除了供給負(fù)載用電外，還對蓄電池充電；在冬天日照量少，這部分貯存的電能逐步放出，在這種季節(jié)性循環(huán)的基礎(chǔ)上還要加上小得多的日循環(huán)，白天方陣給蓄電池充電，（同時方陣還要給負(fù)載用電），晚上則負(fù)載用電全部由蓄電池供給。因此，要求蓄電池的自放電要小，而且充電效率要高，同時還要考慮價格和使用是否方便等因素。常用的蓄電池有鉛酸蓄電池和硅膠蓄電池，要求較高的場合也有價格比較昂貴的鎳鎘蓄電池。電

64、池容量時，只要蓄電池容量大于太陽能發(fā)電板峰值電流的25倍，則蓄電池在充電時就不會造成失水。</p><p>　　在水情遙測系統(tǒng)中，連續(xù)陰雨天的長短決定了蓄電池的容量，由遙測設(shè)備在連續(xù)陰雨天中所消耗能量安時數(shù)加上20%因子，再加上10%電池自放電能安時數(shù)便可計算出蓄電池的容量源。</p><p>　　同樣，也可以利用各自的算法，在此不在贅述。</p><p>　　2.

65、3單相光伏逆變器的工作原理與結(jié)構(gòu)</p><p>　　將直流電能轉(zhuǎn)變成交流電能供給負(fù)載使用的一種轉(zhuǎn)換裝置。它是整流器的逆向變換功能器件。光伏系統(tǒng)為交流負(fù)載供電時，都要用逆變器。</p><p>　　采用交流電力輸出的光伏發(fā)電系統(tǒng)，由光伏陣列、充放電控制器、蓄電池和逆變電源四部分組成（并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)一般可省去蓄電池），而逆變電源是關(guān)鍵部件。光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變電源要求較高：</p>

66、<p>　　（1）要求具有較高的效率。由于目前太陽電池的價格偏高，為了最大限度地利用太陽電池，提高系統(tǒng)效率，必須設(shè)法提高逆變電源的效率。</p><p>　?。?）要求具有較高的可靠性。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)主要用于邊遠(yuǎn)地區(qū)，許多電站無人值守和維護(hù)，這就要求逆變電源具有合理的電路結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格的元器件篩選，并要求逆變電源具備各種保護(hù)功能，如輸入直流極性接反保護(hù)，交流輸出短路保護(hù)，過熱，過載保護(hù)等。</p&

67、gt;<p>　?。?）要求直流輸入電壓有較寬的適應(yīng)范圍，由于太陽電池的端電壓隨負(fù)載和日照強(qiáng)度而變化，蓄電池雖然對太陽電池的電壓具有鉗位作用，但由于蓄電池的電壓隨蓄電池剩余容量和內(nèi)阻的變化而波動，特別是當(dāng)蓄電池老化時其端電壓的變化范圍很大， 如12V蓄電池，其端電壓可在10V～16V之間變化，這就要求逆變電源必須在較大的直流輸入電壓范圍內(nèi)保證正常工作，并保證交流輸出電壓的穩(wěn)定。</p><p>　　

68、（4）在中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變電源的輸出應(yīng)為失真度較小的正弦波。這是由于在中、大容量系統(tǒng)中，若采用方波供電，則輸出將含有較多的諧波分量，高次諧波將產(chǎn)生附加損耗，許多光伏發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)載為通信或儀表設(shè)備，這些設(shè)備對電網(wǎng)品質(zhì)有較高的外，當(dāng)中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時，為避免鐸公共電網(wǎng)的電力污染，也要求逆變電源輸出正弦波電流。</p><p>　　2.3.1 逆變器的分類</p><p

69、>　　逆變器技術(shù)種類很多，所涉及的知識領(lǐng)域和技術(shù)范疇十分廣泛，分類方法也很多，主要有以下幾種：</p><p>　?。?）按逆變器的輸出能量的去向，可分為有源逆變器和無源逆變器。</p><p>　　為了控制方便，本文采用無源逆變器。</p><p>　?。?）按逆變器相數(shù)，可分為單相逆變器、三相逆變器和多相逆變器。</p><p>　

70、　依據(jù)題目設(shè)計要求，本文選用單相逆變器。</p><p>　　（3）按逆變器輸出交流電的波形，可分為正弦波逆變器和非正弦波逆變器（包括方波、階梯波等)。方波逆變器輸出的交流電壓波形為方波。優(yōu)點是：線路簡單，價格便宜，維護(hù)方便。缺點是：含有高次諧波，在變壓器等負(fù)載中會產(chǎn)生附加損耗，對通信設(shè)備有干擾。正弦波逆變器綜合技術(shù)性能好，效率高，失真度低，對通信設(shè)備沒有干擾，噪聲小。缺點是：線路比較復(fù)雜，維護(hù)技術(shù)要求高，價格也

71、較貴。階梯波逆變器輸出波形比方波有明顯改善，高次諧波含量減少，性能、價格介于兩者之間。</p><p>　　為了得出較穩(wěn)定的系統(tǒng)輸出波形，本系統(tǒng)采用正弦波。</p><p>　?。?）按逆變器輸出交流電的頻率，可分為工頻逆變器(50--60Hz)、中頻逆變器(幾百--10kHz)和高頻逆變器(10k--幾MHz)。中、小容量逆變電源一般有推挽逆變電路、全橋逆變電路和高頻升壓逆變電路三種。&

72、lt;/p><p>　　本文選用工頻、全橋逆變電路。</p><p>　　2.4 單相光伏逆變器主電路設(shè)計</p><p>　　光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器在主電路其占據(jù)著不可替代的位置，它是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的逆變器，包括無源逆變和有源逆變兩種形式。其中無源逆變用于孤立型光伏發(fā)電站，通過逆變器降直流逆變?yōu)榉讲ɑ蚪?jīng)PWM調(diào)制為正弦波交流電，直接向交流負(fù)載供電

73、。有源逆變用于并網(wǎng)光伏發(fā)電，同樣通過PWM的方式產(chǎn)生交流調(diào)制正弦電源，并使輸出正弦波的電壓幅值、頻率及相位等變量與公共電網(wǎng)一致。</p><p><b>　　其工作原理為：</b></p><p>　　逆變器是由IGBT等功率開關(guān)器件構(gòu)成，控制電路使其開關(guān)元件有一定規(guī)律的連續(xù)開通和關(guān)斷，使輸出電壓極性正負(fù)交替，將直流輸入轉(zhuǎn)換為交流輸出。光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器一般使用脈沖

74、寬度調(diào)制PWM方式實現(xiàn)，將矩形波的交流電轉(zhuǎn)換為正弦波交流電。下圖為逆變器的主電路圖拓樸結(jié)構(gòu)：</p><p>　　圖2—3 逆變器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)</p><p>　　由于太陽電池一般都是電壓源，因此逆變器主電路采用電壓源，在與負(fù)載相連時，為電壓型電流控制方式。系統(tǒng)通常是兩級功率結(jié)構(gòu):直流變換環(huán)節(jié)、逆變環(huán)節(jié)構(gòu)成。前級是DC—DC變換器（升壓型斬波器），根據(jù)負(fù)載的大小用來提升光伏陣列電壓以達(dá)

75、到一個合適的水平，將光伏陣列輸出的直流電壓變換為適合用于逆變環(huán)節(jié)的直流形式，同時實現(xiàn)光伏電池輸出最大功率點的跟蹤功能，使光伏模塊穩(wěn)定的工作在最大功率點即MPPT。后級是DC—AC逆變環(huán)節(jié)，通常采用橋式逆變結(jié)構(gòu)，其輸出電流經(jīng)過電感濾波，通過工頻隔離變壓器產(chǎn)生220V/50HZ的工頻交流電，送入負(fù)載當(dāng)中。逆變環(huán)節(jié)的核心，是通過電力電子開光的導(dǎo)通和關(guān)斷，來實現(xiàn)逆變功能，它需要控制回路來完成，通常采取電壓外環(huán)，電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制模式，控制信號

76、經(jīng)過單片機(jī)或數(shù)字信號處理芯片來完成對主電路的控制。</p><p>　　根據(jù)DC--AC逆變器的分類可知其，按輸入側(cè)直流儲能元件類型可進(jìn)一步劃分為電壓型逆變器和電流型逆變器；按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)又可分為單相半橋逆變器和單相全橋逆變器、三相橋式逆變器等。結(jié)合本文的需要，選用電壓型單相全橋逆變器。即：電壓型逆變器的直流輸入端并接有大容量儲能元件，逆變橋輸出到負(fù)載兩端的電壓為方波，其幅值為電容電壓。逆變橋的輸出電流的大小和相位由

77、負(fù)載決定，電流波形取決與負(fù)載的性質(zhì)，電阻性負(fù)載的電流波形和電壓波形一樣是方波，電阻電感性負(fù)載的電流的波形根據(jù)其阻抗角的大小在方波和三角波之間；純電感負(fù)載的電流波形是三角波，且功率因數(shù)為零。對于電阻電感型負(fù)載，為了提高逆變器輸出功率因數(shù)，常加補(bǔ)償電容，組成RLC諧振負(fù)載，當(dāng)逆變器的開關(guān)頻率和諧振負(fù)載頻率一致時，諧振負(fù)載等效為電阻R，而負(fù)載R上的電壓和電流都是正弦波，相位差為零，這時逆變器輸出最大的有功功率。RLC諧振負(fù)載有串聯(lián)型和并聯(lián)型；

78、將RLC串聯(lián)可組成串聯(lián)諧振逆變器，串聯(lián)諧振逆變器采用電壓型逆變器。電流型逆變器是直接輸入串接大電感儲能原件，逆變器有電感穩(wěn)流提供恒電流，逆變橋輸出到負(fù)載的電流為也方波，其幅值為電感電流。</p><p>　　2.4.1 電壓型逆變電路的特點</p><p>　　（1）直流側(cè)為電壓源或并聯(lián)大電容，直流側(cè)電壓基本無脈動。</p><p>　?。?）輸出電壓為矩形波，輸出

79、電流因負(fù)載阻抗不同而不同。</p><p>　　（3）阻感負(fù)載時需提供無功功率。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反饋的無功能量提供通道，逆變橋各臂并聯(lián)反饋二極管。</p><p>　　2.4.2全橋逆變器電路</p><p>　　全橋逆變器電路可分為電壓型逆變器電路和電流型逆變器電路。為了使系統(tǒng)穩(wěn)定、輸出功率強(qiáng)大、控制方便，即采用全橋電壓型逆變器電路。全橋逆變器電路為H型橋臂，

80、可看成兩個半橋電路組合而成。兩對橋臂交替導(dǎo)通180°。輸出電壓和電流波形與半橋電路形狀相同，幅值高出一倍。改變輸出交流電壓的有效值只能通過改變直流電壓Ud來實現(xiàn)。且每個橋臂由開關(guān)器件和反并聯(lián)二極管組成，負(fù)載連接到橋臂的中點。如下圖所示：</p><p>　　圖2—4 單相全橋電壓型逆變電路</p><p><b>　　本電路的特點：</b></p&g

81、t;<p>　　直流母線采用電容C濾波，、和、交替導(dǎo)通/關(guān)斷：加在負(fù)載上的電壓幅值為 ，輸出功率為半橋逆變器的4倍；開關(guān)管 上承受最大電壓 ；控制方式有單極、雙極式PWM脈寬調(diào)制控制。移相控制，調(diào)頻控制等方式。</p><p>　　2.5 逆變器的參數(shù)計算與器件選定</p><p>　　2.5.1電壓型單相半橋逆變器的參數(shù)計算</p><p><

82、b>　　1、濾波電感的設(shè)計</b></p><p>　　在全橋逆變器中，輸出濾波電感是一個關(guān)鍵性的元件，負(fù)載系統(tǒng)要求在逆變器的輸出側(cè)實現(xiàn)功率因數(shù)接近為1，波形為正弦波，輸出電流與負(fù)載同頻50HZ。因而，電感值選取的合適與否直接影響電路的工作性能。對于電感值的選取，可以從以一下兩個方面來考慮：</p><p>　　（1）電流的紋波系數(shù)</p><p>

83、;　　輸出濾波電感的值直接影響著輸出紋波電流的大小。由電感的基本伏安關(guān)系</p><p><b>　　可得</b></p><p><b>　?。?—1）</b></p><p>　　其中電感兩端電從，考慮到當(dāng)輸出電壓處于峰值附近，即時，輸出電流紋波最大，設(shè)此時開關(guān)管的開關(guān)周期為T，占空比為D，則有下公式：</p&g

84、t;<p><b>　?。?—2）</b></p><p>　　另外，根據(jù)電感的伏秒平衡原理，我們可以得到：</p><p><b>　?。?—3） </b></p><p><b>　　于是求得，</b></p><p><b>　?。?—4） <

85、;/b></p><p><b>　　由上述公式，</b></p><p><b>　?。?—5） </b></p><p>　　在本系統(tǒng)中，=V；=9.5A，=400V，開關(guān)管的工作頻率取了=10KHZ，T=100us，取電流紋波系數(shù)=0.15即：</p><p><b>　?。?

86、—6） </b></p><p>　　因此要保證實際電流紋波：</p><p>　　=9.50.15=l.425 A （2—7） </p><p>　　則濾波電感應(yīng)滿足于：</p><p><b>　?。?—8） </b></p><p><b>　　

87、綜合上述公式推出</b></p><p><b>　?。?—9） </b></p><p><b>　　代入數(shù)值可得：</b></p><p>　　=37.4 mH （2—10）</p><p>　　綜上，濾波電感的取值范圍為。在實際設(shè)計過程中，由于電感的體積、成本等

88、因素的影響，一般只需考慮電感的下限值，即取稍大于下限值即可。另外需要特別指出的是，以上的計算是建立在額定輸出電壓，即=220V的基礎(chǔ)上，考慮到實際負(fù)載下電壓的波動范圍，在設(shè)計電感時，最終選取電感值為=5mH。電感的額定電流為10A。</p><p><b>　?。?）負(fù)載的計算</b></p><p>　　根據(jù)不同的負(fù)載類型，計算負(fù)載的等效阻抗。對于電阻性負(fù)載，其等效

89、阻抗 就是負(fù)載電阻R；對于阻性負(fù)載，其阻抗為Z=R+jωL,可求出模和相位， ；對于感性負(fù)載，為了提高輸出功率因數(shù)，有時采用電容補(bǔ)償，組成RLC串聯(lián)諧振負(fù)載，其等效阻抗為，諧振時虛部為零，負(fù)載為等效電阻R。</p><p>　　本設(shè)計逆變器輸入電壓為400V，輸出功率為2KW，逆變器開關(guān)頻率為10KHZ，RLC諧振負(fù)載，其等效電阻為</p><p>　　==80 Ω

90、 （2—11）</p><p>　　負(fù)載上的電流幅值為：</p><p><b>　?。?—12）</b></p><p><b>　　即</b></p><p>　　=5 Ａ （2—13）</p><p>　　開關(guān)管、上的電壓定額為:<

91、/p><p><b>　?。?—14）</b></p><p><b>　　即</b></p><p>　　=3×400=1200 V （2—15）</p><p>　　式中--裕量取其為3倍</p><p>　　開關(guān)管、上的電流定額為：

92、</p><p><b>　?。?—16）</b></p><p><b>　　即</b></p><p>　　=(1.5～2)×5=10 Ａ （2—17）</p><p>　　式中--裕量取其為2倍</p><p>　　2.5.2開關(guān)管的選取

93、</p><p>　　逆變電源的主功率元件的選擇至關(guān)重要，目前使用較多的功率元件有達(dá)林頓功率晶體管（BJT），功率場效應(yīng)管（MOSFET），絕緣柵極晶體管（IGBT）和可關(guān)斷晶閘管（GTO）等，在小容量低壓系統(tǒng)中使用較多的器件為MOSFET，因為MOSFET具有較低的通態(tài)壓降和較高的開關(guān)頻率，在高壓大容量系統(tǒng)中一般均采用IGBT模塊，這是因為MOSFET隨著電壓的升高其通態(tài)電阻也隨之增大，而IGBT在中容量系統(tǒng)中

94、占有較大的優(yōu)勢，而在特大容量（10OkVA以上）系統(tǒng)中，一般均采用GTO作為功率元件。隨著針對于光伏系統(tǒng)的功率模塊的發(fā)展，主電路元器件選擇功率模塊也是一個比較有一前景的。因此針對本電路的特點，在此選用IGBT作為開關(guān)元件。</p><p>　　在IGBT的選擇中，需要注意以下幾個方面的問題：</p><p>　　1、電壓容量:在IGBT開關(guān)過程中，C、E兩端電壓尖峰不能超過器件的最高耐壓值

95、，否則，器件將被過壓擊穿而損壞。</p><p>　　2、電流容量：在IGBT工作過程中，集電極峰值電流必須處在IGBT開關(guān)安全工作區(qū)以內(nèi)（即小于兩倍的額定電流）。</p><p>　　3、散熱要求：IGBT在開關(guān)過程中會產(chǎn)生大量開關(guān)損耗而使器件發(fā)熱，因而在選擇器件時還必須綜合考慮裝置的散熱條件。</p><p>　　分別從以上三個方面考慮，在本系統(tǒng)中，IGBT的C

96、、E兩端承受的電壓為直流400V，考慮到器件開關(guān)過程中電壓尖峰的影響，選取一定的電壓裕量，因而取耐壓為600V；在電流方面，單相全橋的額定工作電流為9.5A，最大為11A，因而為了保證系統(tǒng)的工作安全，對開關(guān)管電流選取了較大的裕量，取額定電流為30A；在本系統(tǒng)中，逆變器的開關(guān)頻率為5KHZ，在散熱方面，為了保證開關(guān)管的充分散熱，我們采用了添加散熱器的措施。綜上，本系統(tǒng)最終采用了G30N60型的單管IGBT，其主要參數(shù)為:</p>

97、;<p>　　耐壓:600V，額定電流：30A。緩沖電路采用單個電容的方法。</p><p>　　選用CBB的1200V/0.047電解電容。</p><p>　　2.5.3光伏陣列逆變器的控制策略</p><p>　　光伏陣列的逆變器的控制主要有兩個控制閉環(huán)，即對輸出波形的控制及對功率點的控制。對輸出波形的控制要求快速，一般要求在一個開關(guān)周期內(nèi)實現(xiàn)對

98、輸出電壓或電流的跟蹤，而對光伏陣列功率點控制的速度要求不是很快。</p><p>　　為了使光伏陣列所產(chǎn)生的直流電源逆變成交流電后向負(fù)載（用戶）供電，就必須對逆變器的輸出波形實時跟蹤控制，使其逆變出的電壓，頻率，波形符合負(fù)載需要。目前逆變器多采用PWM控制方式，對逆變器功率半導(dǎo)體開關(guān)器件進(jìn)行適當(dāng)?shù)尿?qū)動控制，保證逆變器的輸出電流時刻跟蹤參考電流。</p><p>　　主要的控制策略有瞬時比較

99、PWM控制方式、定時比較PWM控制方式、三角波比較PWM控制方式和瞬時值反饋控制方式等</p><p>　　3 單相太陽能的DC—DC變換（Boost電路）</p><p>　　太陽能發(fā)電控制系統(tǒng)一般包括太陽能電池最大功率點跟蹤（MPPT）控制器、蓄電池充放電控制器、直流升壓或降壓變換器（Boost or Buck DC—DC）控制器及逆變器（DC—AC）控制器等。</p>

100、<p>　　3.1直流變換電路的分類</p><p>　?。?）換流過程分為：電壓換流，電流換流。</p><p>　?。?）按電路形式分為：降壓電路 ；升壓電路 ；升降壓電路 或。</p><p>　　（3）按輸入--輸出間是否有電氣的隔離可分為：不隔離式和隔離式直流變換器兩種。常用的單開關(guān)器件直流變換器主要有6種即：降壓（Buck）型變換器、升壓（

101、Boost）型變換器、降--升壓(Buck--Boost)變換器和3種升——降/降——升壓（Cúk、Sepic和Zeta）型變換器。</p><p>　　3.1.1 DC——DC變換電路</p><p>　　定義DC-DC：直流――直流變換器（DC－DC Converter）的功能是將一種直流電變換為另一種固定或可調(diào)電壓的直流電，又稱為直流斬波器（DC Chopper）。只對直流

102、參數(shù)進(jìn)行變換的電路。它能完成以下功能：</p><p>　?。?）直流電幅值變換；</p><p>　　（2）直流電極性變換；</p><p>　　（3）直流電路阻抗變換；</p><p><b>　?。?）有源濾波。</b></p><p>　　理想直流變換應(yīng)具備的性能：</p>

103、<p>　?。?）輸入輸出端的電壓均為平滑直流,無交流諧波分量。</p><p>　?。?）輸出阻抗為零。</p><p>　?。?）快速動態(tài)響應(yīng),抑制能力強(qiáng)。</p><p>　　（4）高效率小型化。</p><p>　　DC-DC變換電路有很廣泛的應(yīng)用于直流電機(jī)的調(diào)速、直流焊機(jī)、電解電鍍、開關(guān)電源、功率因數(shù)的校正等場合。<

104、/p><p><b>　　一般結(jié)構(gòu)：</b></p><p>　　圖3—1 DC-DC變換一般結(jié)構(gòu)</p><p>　　雙開關(guān)器件DC--DC變換器有兩級串接升壓型和半橋式(Buck--Boost)換器。四器件的變換器主要是全橋式DC--DC(Buck--Boost)變換器。典型的升壓型斬波器如下圖：</p><p>　　

105、圖3—2 升壓型斬波器（Boost）電路</p><p>　　上圖3—2為典型的升壓型斬波器（Boost）電路,該電路的特點:是一種升壓型DC－DC變換電路，輸出電壓大于輸入電壓，VT的占空比Dy必須小于1，輸入電流連續(xù)。輸出電壓Uo= /(1－Dy)。像圖3—2那樣在電源與負(fù)載之間串接一個通——斷控制的開關(guān)的器件絕不可能使負(fù)載獲得高于電壓的直流電壓。為了獲得高于電源電壓的直流輸出電壓，一個簡單而有效的辦法是利

106、用電感線圈在其電流減小時所產(chǎn)生的反電動勢。當(dāng)電感電流減小時，為正值。將此電感反動勢與電源電壓串聯(lián)相加送至負(fù)載，則負(fù)載就可以獲得高于電源電壓的直流電壓。圖3—2就是在這一啟發(fā)下利用一個全控型開關(guān)和一個續(xù)流二極管加上電感、電容構(gòu)成的直流——直流升壓變換電路——Boost變換器。</p><p>　　3.2 Boost電路電感的設(shè)計</p><p>　　Boost變換器是輸出直流電壓平均值高于輸

107、入電壓的單管不隔離直流變換器，依據(jù)上圖(圖3.2)Boost變換器中電感L 在輸入側(cè)，稱之為升壓電感。開關(guān)仍為PWM控制方式，但它的占空比D必須限制，不允許在D=1情況下工作。同樣Boost變換器有電感電流連續(xù)和斷流兩種工作方式。當(dāng)電感電流連續(xù)時，Boost變換器存在兩種開關(guān)狀態(tài)，即（1）VT導(dǎo)通，VD截止。開關(guān)狀態(tài)1；（2）VT阻斷，VD導(dǎo)通，開關(guān)狀態(tài)2。而當(dāng)電感電流斷流時，Boost變換器還有第三種開關(guān)狀態(tài)，即VT阻斷，VD截止，電

108、感電流為0；開關(guān)狀態(tài)3。如下圖所示開關(guān)兩種狀態(tài)：</p><p>　　（1）開關(guān)置于1時 （2）開關(guān)置于2時</p><p>　　圖3—3 電感電流連續(xù)的兩種狀態(tài)圖</p><p>　　在DC-DC開關(guān)變換電路中，開關(guān)元件被周期性的接通和關(guān)斷，控制開關(guān)接通的時間和整個周期T的比例稱為開關(guān)接通占空比，即,它是開關(guān)變換電路中的一

109、個重要參數(shù)。</p><p>　　對一般的變換器來說，電源電壓下降時，為了使輸出電壓穩(wěn)定，控制線路總是盡量增大占空比，使電壓增益變大來維持輸出電壓恒定。但由于電感和電容寄生電阻的影響，導(dǎo)致當(dāng)輸入電壓一定時，占空比D超過一定值時，輸出電壓不僅不增加，反而會減小，這是不允許的。因此在設(shè)計中選擇濾波元件總是選取盡量小的寄生電阻的元件，且實際應(yīng)用中，使占空比調(diào)節(jié)在D 0.88以內(nèi)。</p><p>

110、;　　由上面分析可知，Boost電路應(yīng)工作在連續(xù)導(dǎo)電模式下，穩(wěn)態(tài)波形如下圖：</p><p>　　圖3—4 Boost電路連續(xù)導(dǎo)電時的穩(wěn)態(tài)波形</p><p>　　穩(wěn)態(tài)時電感上的電壓在一個周期內(nèi)對時間的積分必須為零(伏·秒平衡)，即</p><p><b>　?。?—1）</b></p><p><b&

111、gt;　　其中：</b></p><p>　　——是太陽能的輸出電壓；</p><p>　　——直流側(cè)的電壓，也即Boost電路的輸出電壓；</p><p>　　——開關(guān)管的開關(guān)周期；</p><p><b>　　D ——占空比；</b></p><p>　　——開關(guān)管的導(dǎo)通時間；&l

112、t;/p><p>　　——開關(guān)管的截止時間。</p><p><b>　　整理后可得：</b></p><p><b>　?。?—2）</b></p><p><b>　　假設(shè)電路沒有損耗：</b></p><p><b>　?。?—3）</

113、b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　——太陽能的輸出功率；</p><p><b>　?。?—4）</b></p><p>　　是Boost電路的輸出功率，即后級和電網(wǎng)等效的負(fù)載RL消耗的功率，</p><p><b>　?。?/p>

114、3—5）</b></p><p><b>　　則有：</b></p><p><b>　?。?—6）</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　——負(fù)載的平均電流；</p><p>　　——太陽能的輸入平均電流；

115、</p><p>　　——電感上的平均電流，由于電感電流與輸入電流是相同的，則：</p><p><b>　?。?—7）</b></p><p><b>　　由可得出：</b></p><p><b>　　（3—8）</b></p><p><b&