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《微型光伏并網(wǎng)逆變器電路設(shè)計(jì)及控制方法研究》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、微型光伏并網(wǎng)逆變器電路設(shè)計(jì)及控制方法研究1緒論1.1光伏發(fā)電技術(shù)概述全球人口的持續(xù)增長(zhǎng)、人類文明的不斷進(jìn)步帶來的不僅僅是科技的發(fā)展,還有對(duì)資源的加劇消耗。作為現(xiàn)有主體能源的三大化石能源:煤炭、石油和天然氣,隨著人類的過度消耗正在日漸枯竭,能源危機(jī)迫在眉睫。同時(shí),大量開采、使用化石能源不可避免地會(huì)破壞原有的自然環(huán)境和人們所處的生活環(huán)境,威脅人類及其他生物的健康。能源的短缺、環(huán)境的污染必然會(huì)制約經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會(huì)的進(jìn)步,能源、環(huán)境與發(fā)展已成為當(dāng)今世界急待解決的問題。在這個(gè)背景下,人們開始關(guān)注太陽能光伏
2、發(fā)電技術(shù)。其實(shí)太陽能并不是一種新興能源,自地球上有生命誕生以來,就主要靠太陽提供的熱輻射能生存繁衍。太陽能作為一種可再生能源,具有干凈、無污染與可持續(xù)利用的優(yōu)點(diǎn),符合人類對(duì)綠色能源的要求,所以太陽能的應(yīng)用前景十分廣闊[1]。目前太陽能光伏發(fā)電技術(shù)正處在不斷地發(fā)展和完善的過程中,其主要發(fā)展方向?yàn)橹悄芑⒏吖β拭芏?、高效率以及高可靠性。太陽能光伏發(fā)電具有很廣闊的發(fā)展前景,目前已成為世界上許多國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略決策。研究太陽能光伏發(fā)電,對(duì)于緩解能源危機(jī)、保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重大的現(xiàn)
3、實(shí)意義。從1958年人類首次在空間衛(wèi)星的供能領(lǐng)域應(yīng)用太陽能光伏電池供電發(fā)展到今天,其在發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)遍及全球并滲透到我們?nèi)粘I町?dāng)中[2]。20世紀(jì)90年代后,能源短缺、環(huán)境污染不斷地挑戰(zhàn)著人類的生存底線,曾經(jīng)飽受環(huán)境污染之苦并已完成工業(yè)化進(jìn)程的歐美發(fā)達(dá)國(guó)家更是不斷地尋求開發(fā)利用清潔能源。在這樣的形勢(shì)下,光伏發(fā)電技術(shù)得到迅猛地發(fā)展。...........1.2光伏并網(wǎng)逆變器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類由于絕大多數(shù)包括并網(wǎng)在內(nèi)的用電場(chǎng)合需要使用的都是交流電,但是光伏組件(PV)產(chǎn)生的只能是直流電,這樣就
4、使光伏發(fā)電系統(tǒng)中需要一個(gè)關(guān)鍵部件:逆變器,來完成PV直流到并網(wǎng)交流的電能轉(zhuǎn)換。光伏發(fā)電技術(shù)主電路的研究也就主要體現(xiàn)在逆變器的研究上。光伏發(fā)電系統(tǒng)可根據(jù)是否與交流電網(wǎng)相連接將其分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)兩類。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng):獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)是指逆變器輸出不與電網(wǎng)相連,而是直接接到負(fù)載上。如果負(fù)載為直流負(fù)載,光伏組件可直接供給直流負(fù)載;如果為交流負(fù)載,光伏組件則通過逆變器將直流變成交流后供給交流負(fù)載。蓄電池用來儲(chǔ)存電能,當(dāng)夜間、陰雨天等光伏組件不足以提供負(fù)載所需能量時(shí),則由蓄電池向負(fù)載
5、供電。獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中負(fù)載只能由光伏發(fā)電系統(tǒng)供電,當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)受日照、溫度等氣候條件的影響,導(dǎo)致供給負(fù)載的電力不足時(shí),就需要蓄電池來解決這一問題。蓄電池在充放電時(shí)會(huì)出現(xiàn)能量損失且維護(hù)檢修成本較高,因此,獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)一般容量較小,主要應(yīng)用于無線電、路標(biāo)、島嶼及山區(qū)等領(lǐng)域。其結(jié)構(gòu)框圖如1-1所示。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng):并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是指逆變器輸出直接與公共電網(wǎng)連接,為了不對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生干擾,這種運(yùn)行方式要求逆變器輸出的電流與公共電網(wǎng)電壓的頻率相同、相位相同,所以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜。在這種模式下,光伏發(fā)電
6、系統(tǒng)將能量送回電網(wǎng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是:可省去蓄電池。這使得光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本大幅度降低,有助于光伏發(fā)電系統(tǒng)的快速發(fā)展,而且省去了對(duì)蓄電池進(jìn)行維護(hù)、檢修時(shí)產(chǎn)生的費(fèi)用,因此,該系統(tǒng)受到越來越廣泛的關(guān)注。其結(jié)構(gòu)框圖如1-2所示,圖中us為電網(wǎng)電壓。.........2微型光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其電路設(shè)計(jì)本章將基于本文所設(shè)計(jì)的微型光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng),對(duì)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、主電路拓?fù)湟约爸麟娐犯鼽c(diǎn)的波形進(jìn)行詳細(xì)介紹,并對(duì)實(shí)現(xiàn)控制與檢測(cè)功能的部分硬件電路的原理進(jìn)行全面闡述。2.1系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)在考慮系
7、統(tǒng)成本及微型光伏并網(wǎng)逆變器入網(wǎng)認(rèn)證要求和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的前提下,對(duì)微型光伏并網(wǎng)逆變器提出以下四點(diǎn)技術(shù)要求:(1)轉(zhuǎn)換效率高。光伏組件的光電轉(zhuǎn)化率和逆變器的效率兩個(gè)部分共同決定光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率。由于光伏組件生產(chǎn)材料及制造工藝等方面的限制,目前很難使光電轉(zhuǎn)換效率提高。因此,提高光伏發(fā)電系統(tǒng)效率唯一的途徑就是提高逆變器的效率[18]。(2)可靠性高。微型光伏并網(wǎng)逆變器的實(shí)際工作環(huán)境比較惡劣,處于露天狀態(tài),要求有較高的防塵防水等級(jí),所以廠家在生產(chǎn)逆變器時(shí)一般采用密封封裝來保證它能夠在惡劣的環(huán)境條件下正常運(yùn)行
8、,這也帶來一個(gè)弊端就是不利于對(duì)逆變器進(jìn)行維修。所以要求系統(tǒng)的可靠性高,能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作,并具有自我保護(hù)功能。(3)最大功率點(diǎn)跟蹤精度高。相對(duì)于集中型并網(wǎng)逆變器來說,微型光伏并網(wǎng)逆變器在成本方面相對(duì)較高。但其最大的優(yōu)勢(shì)是使光伏電站的整體效率得到大幅度提高,所以必然要求盡可能地提高最大功率點(diǎn)跟蹤的精度以保障光伏電站整體的效率[19]。(4)輸出并網(wǎng)電流失真度小。逆變器輸出波形必須符合國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn),避免對(duì)電網(wǎng)造成污染,以確保光伏發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)工作過程中不會(huì)影響連接到電網(wǎng)上的其它設(shè)備的正常工作。...