太陽能并網(wǎng)逆變器主回路【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p><b>　?。?0_ _屆）</b></p><p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　太陽能并網(wǎng)逆變器主回路</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 測控技術(shù)與儀器

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p>

3、<p>　　由于社會的不斷發(fā)展，人們對能源的需求量也在日益增加，全球的能源危機(jī)也越來越突出。世界各個國家都想開發(fā)出一種可持續(xù)發(fā)展而且沒有污染的新能源。只有可再生能源才能滿足世界對能源的需求，特別是對于中國這個人口大國尤為重要。現(xiàn)在看來，我國擁有豐富的太陽能資源，而且太陽能經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，很受歡迎，光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的前景很好。</p><p>　　光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心部分是三相光伏并網(wǎng)逆變器，它的作用是

4、將太陽能電池產(chǎn)生的直流電經(jīng)過逆變器變換成成三相的交流電，然后并入電網(wǎng)。本文主要設(shè)計(jì)光伏發(fā)電逆變電源的DC-DC變換器以及DC-AC的逆變器回路。詳細(xì)介紹高頻變壓器的設(shè)計(jì)及主電路元器件的選取、濾波器參數(shù)的估算。</p><p>　　關(guān)鍵詞：太陽能，光伏，并網(wǎng)發(fā)電，逆變器</p><p>　　Solar inverter</p><p><b>　　Abstr

5、act</b></p><p>　　With the development of social production,the demand of energy is increasing,</p><p>　　and the energy crisis is becoming more and more prominent in the global scope.Many c

6、ountries around the world positively are looking for a kind of developing and no pollution new energies.Renewable energy is an important resource to meet the energy demand of the world,especially for China which has so m

7、any people.Currently,solar energy resources are extremely rich in our country,developing and using renewable and clean energy sources such as solar energy which is economical and nonpolluting are </p><p>　　T

8、he three-level inverter is the core part of the system,its main function is that adverse-transforming DC into AC and send into the electric net. In this paper, the design of photovoltaic power inverter DC-DC converters a

9、nd DC-AC inverter circuit. Detailed design of high-frequency transformer and main circuit components of the selected filter parameter estimates.</p><p>　　Keywords: Solar Energy，Photo voltaic，Grid connected，I

10、nverter</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1課題的來源1</p

11、><p>　　1.2課題的意義2</p><p>　　1.3光伏發(fā)電技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.1 逆變器的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.2 光伏發(fā)電技術(shù)國外的研究現(xiàn)狀3</p><p>　　1.3.3 光伏發(fā)電技術(shù)國內(nèi)的研究現(xiàn)狀4</p><p>　　1.

12、4課題研究的主要內(nèi)容5</p><p>　　2光伏逆變器的設(shè)計(jì)與總體設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.1光伏逆變器主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.2光伏逆變器的總體設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.2.1光伏逆變器的性能指標(biāo)9</p><p>　　3光伏逆變器DC-DC部分主電路10</p>

13、;<p>　　3.1光伏逆變器DC-DC部分主電路拓?fù)?0</p><p>　　3.1.1 推挽正激電路的工作原理10</p><p>　　3.1.2 電路橋臂串聯(lián)電容C的分析11</p><p>　　3.2高頻變壓器的設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.2.1 變壓器的性能指標(biāo)12</p><p&g

14、t;　　3.2.2 變壓器的磁芯選擇13</p><p>　　3.2.3 變壓器主要參數(shù)的計(jì)算13</p><p>　　3.3DC-DC主電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)16</p><p>　　3.3.1 功率開關(guān)管選取16</p><p>　　3.3.2 整流二極管選取17</p><p>　　3.3.3 濾波電感Lf和電容

15、Cf值的計(jì)算17</p><p>　　3.3.4 橋臂串接電容C的計(jì)算18</p><p>　　4光伏逆變器DC-AC部分主回路19</p><p>　　4.1DC-AC部分主電路設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.1.1 交流側(cè)濾波電感的設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.1.2 開關(guān)管的選擇20</p

16、><p>　　4.2DC-AC主電路的系統(tǒng)原理圖21</p><p><b>　　結(jié)論23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　致謝26</b></p><p><b>　　1 緒論<

17、/b></p><p><b>　　1.1課題的來源</b></p><p>　　從19世紀(jì)70年的工業(yè)革命以來，化石燃料消耗量增加，到了20世紀(jì)，天然氣、石油的生產(chǎn)和??消耗日益增長，20世紀(jì)60年代石油第一次超過煤炭，成為居領(lǐng)先地位的主要能源。盡管20世紀(jì)70年代發(fā)生了兩次石油危機(jī)，但世界對石油的生產(chǎn)和消費(fèi)量根本沒有下降的趨勢。從那以后，由于天然氣消耗量的上

18、升，使石油和煤炭消耗量的比重緩慢下降。與此同時，對新能源例如風(fēng)能，核能，地?zé)崮?，水能等的開發(fā)和利用使現(xiàn)在的能源格局變成化石燃料和可再生能源共存的格局。2007年，世界一次能源消耗量的調(diào)查顯示天然氣的消耗量占25.6％，煤炭的消耗量占28.6％，石油的消耗量占35.6％。可再生能源的消耗雖然增長迅速，但是消耗量仍只占12.0％。</p><p>　　能源是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人民生活水平提高的重要基礎(chǔ)。隨著社會的日益發(fā)展

19、，人口數(shù)量的不斷增加，能源的需求量自然越來越大，使得化石能源的儲量日益減少，造成了能源短缺。但是能源問題不是單單體現(xiàn)在常規(guī)能源的短缺，更嚴(yán)重的是化石能源的開發(fā)利用造成了環(huán)境惡化。主要體現(xiàn)在以下幾方面：</p><p>　　能源短缺。常規(guī)能源的有限性和分布不均勻，造成世界上大部分國家</p><p>　　能源供應(yīng)不足，不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。</p><p>　　環(huán)境

20、污染。燃燒煤、石油等化石燃料，每年有數(shù)十萬噸硫等有害物質(zhì)</p><p>　　排放進(jìn)入大氣，使大氣環(huán)境受到嚴(yán)重污染，直接影響人類的身體健康和生活品質(zhì)。</p><p>　　溫室效應(yīng)?；茉吹睦貌粌H造成環(huán)境污染，同時會排放大量的溫</p><p>　　室氣體，產(chǎn)生溫室效應(yīng)，引起全球氣候變暖。</p><p>　　由于上述問題人們不得不改變能

21、源結(jié)構(gòu)，尋找經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的能源來代替。人類想要解決能源問題，可持續(xù)發(fā)展，只有靠科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，大規(guī)模地開發(fā)和利用可再生環(huán)保能源。光伏發(fā)電具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p><b>　　無枯竭危險(xiǎn)；</b></p><p>　　安全可靠，無噪聲，無污染排放；</p><p>　　不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優(yōu)勢；</p>

22、<p>　　無需消耗燃料和架設(shè)輸電線即可就地發(fā)電供電；</p><p><b>　　能源質(zhì)量高；</b></p><p>　　建設(shè)周期短，獲取能源花費(fèi)的時間短。</p><p><b>　　1.2課題的意義</b></p><p>　　我國擁有豐富的太陽能資源，每年接收的太陽輻射總量相當(dāng)于

23、燃燒2.4×104億噸煤的能量。整個國家有2/3以上地區(qū)有2000多小時的年日照時間，日照在5×106KJ/（m2?a）以上。我國的高原地區(qū)是太陽能資源豐富的地區(qū)，日照時間和總輻射量都在全國最高例如：新疆、西藏、寧夏、甘肅、青海、內(nèi)蒙古。</p><p>　　目前，外國早就已經(jīng)有并網(wǎng)發(fā)電所需的專用逆變器和相應(yīng)的配套設(shè)備，并網(wǎng)發(fā)電的技術(shù)越來越成熟。日本政府還制定了長期利用太陽能發(fā)電的計(jì)劃，而且有

24、了很多成功的案例。此外，瑞士、意大利、奧地利等西方國家也都開始實(shí)施民用太陽能發(fā)電的計(jì)劃。已經(jīng)在世界范圍內(nèi)興起了開發(fā)和利用光伏發(fā)電。</p><p>　　我國的光伏產(chǎn)業(yè)與世界相比差距還很大，生產(chǎn)規(guī)模小，技術(shù)水平低，因此，我國將光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展納入國家規(guī)劃。提出了我國光伏發(fā)電的目標(biāo)：2010年裝機(jī)容量為600MW；到2015年裝機(jī)容量達(dá)到1100MW；到2020年裝機(jī)容量達(dá)到1600MW。其中離網(wǎng)型850MW，沙漠并網(wǎng)型

25、410MW，城市建筑一體化型320MW。</p><p>　　隨著我國光伏發(fā)電技術(shù)的逐漸成熟，研發(fā)并網(wǎng)正弦波PWM高效光伏逆變器對減少光伏系統(tǒng)各級設(shè)備功耗和投資，有效利用太陽能，降低系統(tǒng)造價和提高系統(tǒng)整體效率具有重要的意義。</p><p>　　1.3光伏發(fā)電技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1.3.1 逆變器的研究現(xiàn)狀</p><p>

26、;　　有人在1931年就對逆變器技術(shù)的原理進(jìn)行了研究，第一臺3KHZ感應(yīng)加熱逆變器是在1948年由西屋電氣公司研制成功的，到現(xiàn)在已經(jīng)有60多年的歷史，正弦波逆變器的發(fā)展是由于晶閘管SCR的誕生，20世紀(jì)70年代，電力晶體管（BJT）、可關(guān)斷晶閘管（GTO）的誕生使得逆變技術(shù)得到進(jìn)一步的發(fā)展應(yīng)用。20世紀(jì)80年代，絕緣柵極晶體管（IGBT）、功率場效應(yīng)管（MOSFET）、靜電感應(yīng)功率器件以及MOS控制晶閘管（MCT）的誕生使逆變器向大容量

27、方向發(fā)展，因此電力電子器件的發(fā)展為逆變技術(shù)高頻化，大容量化創(chuàng)造了條件，到了80年代后，逆變技術(shù)從低開關(guān)頻率、應(yīng)用低速器件逐漸向提高開關(guān)頻率，應(yīng)用高速器件方向發(fā)展。使得逆變器的逆變效率越來越高，體積也越來越小，正弦波逆變器的品質(zhì)也越來越好。</p><p>　　另外，微電子技術(shù)的發(fā)展也為逆變技術(shù)的發(fā)展化創(chuàng)造了條件，傳統(tǒng)的逆變技術(shù)需要通過模擬集成電路或者許多的分立元件來完成，但是隨著逆變技術(shù)日益復(fù)雜，要處理的信息量日

28、益增大，微處理器的發(fā)展正好滿足了逆變技術(shù)的發(fā)展要求，從8位的具有PWM口的微處理器到16位微控制器，到今天的32位DSP器件，使微電子技術(shù)在逆變技術(shù)領(lǐng)域得到了很好的應(yīng)用。</p><p>　　一般情況下，逆變技術(shù)的發(fā)展分為以下三個階段：</p><p>　　1956-1980年是傳統(tǒng)的發(fā)展階段，這個階段的特征是：降低逆變器頻率，開關(guān)器件主要是低速器件，輸出電壓的波形主要是多重疊加法，逆變效

29、率低，比較重，正弦波逆變技術(shù)剛剛出現(xiàn)。</p><p>　　1981-2000年為高頻化新技術(shù)階段，在這個階段，微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)相互結(jié)合，開關(guān)設(shè)備以高速設(shè)備為主，逆變器的開關(guān)頻率高，波形改善以PWM為主，體積重量小，逆變效率得到了提高，正弦波逆變技術(shù)日趨完善。</p><p>　　2000年至今是低污染高效階段，在這個階段中，逆變器主要是提高總體性能，高速和低速開關(guān)并用， PWM法

30、和多重疊加法并用，不只是追求高開關(guān)頻率和高速開關(guān)，出現(xiàn)了高效環(huán)保的逆變技術(shù)。</p><p>　　1.3.2 光伏發(fā)電技術(shù)國外研究現(xiàn)狀</p><p>　　光伏并網(wǎng)發(fā)電從80年代初開始，日本、美國、意大利、德國等國家都研究過這個技術(shù)，按照當(dāng)時的情況，建造的都是比較大型的光伏并網(wǎng)電站，規(guī)模從100KW到1MW不等，而且都是政府投資的實(shí)驗(yàn)性電站，試驗(yàn)結(jié)果在發(fā)展相應(yīng)的技術(shù)方面是成功的，但在經(jīng)濟(jì)方

31、面卻不是很令人滿意，主要是因?yàn)樘柲茈姵爻杀具^高。</p><p>　　太陽能是一種可再生資源，把采集的太陽能轉(zhuǎn)換，成為一個可控的電力系統(tǒng)，即太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。在上世紀(jì)七十年代爆發(fā)的全球能源危機(jī)，使該技術(shù)迅速推廣到民用方面。經(jīng)過三十多年的發(fā)展和不斷改進(jìn)，已形成成熟的，完整的技術(shù)，隨著全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，世界各個國家都在大力支持發(fā)展太陽能光電產(chǎn)業(yè)。</p><p>　　90年代開始，

32、西方國家為了使能源和環(huán)境能夠可持續(xù)發(fā)展，都制定了一些政策，鼓勵光伏并網(wǎng)發(fā)電。發(fā)達(dá)國家在光伏系統(tǒng)的開發(fā)和研究上已經(jīng)達(dá)到高潮。但重點(diǎn)并不是放在建造大型并網(wǎng)光伏發(fā)電站，主要是 “屋頂光伏并網(wǎng)系統(tǒng)”的 發(fā)展。由于屋頂光伏并網(wǎng)系統(tǒng)沒有單獨(dú)的占地，屋頂上安裝太陽能電池，能很好地適應(yīng)太陽能能量密度低的特點(diǎn)，其經(jīng)濟(jì)性和靈活性都要比大型并網(wǎng)光伏發(fā)電站好，使能源問題得以改善，因此受到各個國家的重視。世界光伏產(chǎn)業(yè)在生態(tài)環(huán)境問題和能源儲量問題的壓力下，從90年

33、代后半期開始進(jìn)入了快速發(fā)展時期，各國太陽能電池的生產(chǎn)量大幅增長，在過去的10年中，年平均增長率達(dá)到40%，已經(jīng)超過了IT產(chǎn)業(yè)，成為世界上發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)之一。2008年世界太陽能電池的產(chǎn)量更是高達(dá)7.9GW，比2007年增長將近100%。</p><p>　　據(jù)報(bào)道，日本1992年開始實(shí)施新陽光計(jì)劃，到2003年日本光伏組件的產(chǎn)量占到世界的50%，世界前10大廠商中有4家是日本廠商。日本也在努力發(fā)展光伏發(fā)電與建筑相

34、結(jié)合方面，1994年1月通產(chǎn)省宣布“朝日七年計(jì)劃”，計(jì)劃到2000年推廣16.2萬套太陽能屋頂住房，總功率達(dá)到185MWp，1997年又宣布“七萬屋頂計(jì)劃”。</p><p>　　德國在1993年首先開始實(shí)施由政府補(bǔ)貼支持的“1000個光伏屋頂計(jì)劃”，繼而擴(kuò)展為“2000個光伏屋頂計(jì)劃”，同時制定了“可再生能源電力供應(yīng)法”，規(guī)定光伏發(fā)電的上網(wǎng)電價，大大推動了光伏市場和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使德國成為繼日本之后世界光伏發(fā)電發(fā)展

35、最快的國家。繼德國之后，歐洲其他國家也都前后開始實(shí)施“上網(wǎng)電價”法，使得整個歐洲的光伏產(chǎn)業(yè)迅速上升，2007和2008年，歐洲的光伏市場已經(jīng)占到世界光伏市場的80%。而西班牙取代德國成為2008年世界最大的光伏市場，全年安裝2500MW，占世界市場的46%。</p><p>　　美國也是最早進(jìn)行光伏并網(wǎng)發(fā)電的國家之一，80年代初開始，第一批建立了4座集中型光伏并網(wǎng)電站，容量最大的是6MWp；1996年，美國能源部

36、又開始了一項(xiàng)新計(jì)劃“光伏建筑計(jì)劃”，專門用于開發(fā)采光技術(shù)、新型光伏建筑集成材料及光伏組件用并網(wǎng)發(fā)電模塊等。1997年6月又提出了“百萬太陽能屋頂計(jì)劃”，這是美國面向21世紀(jì)的一項(xiàng)由政府倡導(dǎo)、發(fā)展的中長期計(jì)劃。</p><p>　　由于太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的重要性，世界各國特別是發(fā)達(dá)國家在研究開發(fā)、產(chǎn)業(yè)制造技術(shù)和開拓市場方面產(chǎn)生激烈的競爭。80年代以來，雖然世界總體經(jīng)濟(jì)情況處在衰退和低谷時期，而光伏產(chǎn)業(yè)的增速一直保持

37、在10%到15%。目前地面主要以單晶硅、多晶硅和非晶硅三大類太陽能電池為主，轉(zhuǎn)換效率一般可達(dá)12%左右。從世界范圍內(nèi)來講，光伏發(fā)電已經(jīng)完成了初期開發(fā)和示范階段，現(xiàn)在正在向規(guī)模應(yīng)用和大批量生產(chǎn)發(fā)展，其應(yīng)用范圍幾乎遍及所有的用電領(lǐng)域。</p><p>　　1.3.3 光伏發(fā)電技術(shù)國內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　從1958年起中國開始研究太陽能電池，1971年首次在東方紅二號衛(wèi)星上應(yīng)用太陽能電

38、池，1973年開始應(yīng)用于地面。中國的光伏技術(shù)在20世紀(jì)80年代以前處于初始發(fā)展階段，太陽能電池產(chǎn)量一直很低，而且價格也很貴。所以受到價格和產(chǎn)量的限制，市場也發(fā)展得很緩慢，除了在衛(wèi)星上，在地面上的都只在小功率的系統(tǒng)中應(yīng)用。在1981～1990期間，中國的太陽能電池產(chǎn)業(yè)得到進(jìn)一步發(fā)展，在國家推廣計(jì)劃和大型工程項(xiàng)目的推動下，中國光伏產(chǎn)業(yè)取得了迅速發(fā)展，到2003年，中國太陽能光伏系統(tǒng)累計(jì)安裝量約達(dá)到55MW，主要用于供應(yīng)邊遠(yuǎn)地區(qū)交通和居民生活

39、等領(lǐng)域。</p><p>　　從1996年到2000年，中國的光伏發(fā)電技術(shù)在應(yīng)用方面和產(chǎn)業(yè)化方面都取得了很大的進(jìn)步，尤其是在電力資源缺乏的邊遠(yuǎn)地區(qū)。2002年，中國開始實(shí)施“西部省區(qū)無電鄉(xiāng)通電計(jì)劃”，這一計(jì)劃大大促進(jìn)了我國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。到2004年，中國已經(jīng)在獨(dú)立運(yùn)行逆變器、并網(wǎng)逆變器等方面取得重大進(jìn)步。同時在產(chǎn)品的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、系列化以及工業(yè)化生產(chǎn)方面取得一定進(jìn)展。</p><p

40、>　　另外，國內(nèi)也有不少大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)在光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域從事研究。合肥工業(yè)大學(xué)能源研究所在戶用光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和獨(dú)立光伏照明系統(tǒng)等方面進(jìn)行了許多相關(guān)研究，并且積累了很多經(jīng)驗(yàn)。中國科學(xué)院電工研究所也在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)和工程應(yīng)用上取得了很大的進(jìn)展。</p><p>　　我國的并網(wǎng)光伏發(fā)電起步比較晚，我國把“屋頂并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)”列入“國家科技攻關(guān)計(jì)劃”后，在深圳和北京建立了100KWp、17KWp、7KW

41、p和5KWp的光伏屋頂并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。后來的“十一五”科技攻關(guān)計(jì)劃關(guān)于大型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)和研究開展以后，取得了很快的發(fā)展。到2007年底，全國共有十多個大中型光伏并網(wǎng)發(fā)電站。2002年，國家開始實(shí)施“西部省區(qū)無電鄉(xiāng)通電計(jì)劃”，即“送電到鄉(xiāng)”工程，通過光伏發(fā)電的方式，解決了西部七個省區(qū)（新疆、西藏、甘肅、青海、山西、四川和內(nèi)蒙古）近800個無電鄉(xiāng)的用電問題。這大大促進(jìn)了光伏工業(yè)的發(fā)展。國內(nèi)建起了幾條太陽能電池封裝線，使我國太陽能電池

42、組件的生產(chǎn)能力達(dá)到100MWp，到2003年，我國太陽能電池的累積裝機(jī)已經(jīng)達(dá)到55MWp。</p><p>　　中國的光伏技術(shù)經(jīng)過四十幾年的努力發(fā)展，已具有一定的水平和基礎(chǔ)，但是與世界先進(jìn)國家相比仍然有很大的差距。這些差距表現(xiàn)在：1、技術(shù)水平不夠；2、光伏用的逆變器、控制器等設(shè)備技術(shù)性能不高，品種規(guī)格少，功能不多，可靠性低；3、硅材料稀缺；4、成本很高；5、生產(chǎn)規(guī)模小，自動化水平低；6、專用原材料國產(chǎn)化程度不高。

43、90年代以前，我國邊遠(yuǎn)地區(qū)的光伏發(fā)電市場主要有國家扶貧項(xiàng)目和雙邊或者多邊援助項(xiàng)目支撐，隨著邊遠(yuǎn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和農(nóng)牧民生活水平的提高，邊遠(yuǎn)地區(qū)的光伏發(fā)電系統(tǒng)也開始向市場化發(fā)展。我國光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)具有了一定的市場潛力和市場吸引力，但是主要的技術(shù)還是來源于國外，其中太陽能并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)更是剛剛起步。面對如此巨大的國內(nèi)需求，發(fā)展具有自己的知識產(chǎn)權(quán)的相關(guān)技術(shù)，是光伏發(fā)電系統(tǒng)國產(chǎn)化已經(jīng)是刻不容緩的事情。</p><p>

44、　　總之，光伏并網(wǎng)發(fā)電是當(dāng)今世界光伏發(fā)電的趨勢，是光伏發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入大規(guī)模發(fā)展階段，成為電力工業(yè)組成部分之一的重大技術(shù)步驟。隨著我國對光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)越來越重視，光伏發(fā)電成本也越來越低，我國的光伏發(fā)電具有十分廣闊的市場前景，相信我國的光伏事業(yè)一定會蒸蒸日上。</p><p>　　1.4課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　課題先對太陽能利用的意義進(jìn)行闡述，同時對太陽能在我國的利用狀況與

45、世界發(fā)達(dá)國家進(jìn)行對比，研究的是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心部分太陽能并網(wǎng)逆變器，其主要功能是將太陽能電池產(chǎn)生的直流電逆變成三相交流電，并送入電網(wǎng)。研究的可并網(wǎng)正弦波PWM光伏逆變器為三相交流逆變器。它包含了PWM技術(shù)、高頻鏈開關(guān)技術(shù)、DSP數(shù)字控制技術(shù)和電力電子技術(shù)。對逆變器的DC-DC部分采用推挽正激電路對直流電進(jìn)行升壓，并對開關(guān)管、電感、電容和變壓器的一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。逆變的DC-AC部分在各自工作原理基礎(chǔ)上進(jìn)行詳細(xì)參數(shù)設(shè)計(jì)。</p&g

46、t;<p>　　2光伏逆變器的設(shè)計(jì)與總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1光伏逆變器主電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　按照交流電負(fù)載與直流輸入電源電氣隔離元件的工作頻率，逆變技術(shù)可分為低頻逆變和高頻逆變，而應(yīng)用于光伏并網(wǎng)的逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有幾種。</p><p><b>　　工頻變壓器絕緣方式</b></p><

47、p>　　采用工頻變壓器進(jìn)行變壓和絕緣，只有一級變換，電路比較簡單，效率高。由于電路中的半導(dǎo)體器件較少，所以可以在比較惡劣的條件下應(yīng)用，具有良好的抗雷擊的性能，開關(guān)頻率低，產(chǎn)生的電磁干擾小。工頻變壓器式逆變器主要用于獨(dú)立型太陽能光伏發(fā)電站。圖2-1是采用工頻變壓器絕緣方式的逆變器主電路。</p><p>　　圖2-1工頻變壓器絕緣方式的逆變器主電路</p><p><b>　

48、　高頻變壓器絕緣方式</b></p><p>　　采用高頻變壓器絕緣方式的逆變器，就是把一級高頻電氣隔離變換器加入到逆變器和直流電源之間，實(shí)現(xiàn)電氣隔離和電壓比調(diào)整就靠高頻變壓器，不用體積重量大的工頻變壓器，減小了音頻噪聲。它的結(jié)構(gòu)如圖2-2所示，這個電路主要是由高頻逆變器、高頻變壓器、高頻整流器、PWM逆變以及輸入輸出濾波構(gòu)成，前級的直流變換器把輸入直流電壓變換成后級所需的直流電壓，再由后級逆變器變換

49、成交流電并網(wǎng)。</p><p>　　圖2-2高頻變壓器絕緣方式的逆變器主電路</p><p><b>　　無變壓器方式</b></p><p>　　為了進(jìn)一步降低成本和提高效率，已開發(fā)出用無變壓器逆變器主回路的太陽能發(fā)電站，其結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，電路前級是DC/DC升壓電路，后級是工頻逆變電路，升壓電路配合不同輸出電壓的太陽能電池，把太陽能電池

50、輸出的電壓升高到逆變所需的直流電壓值。由于天氣變化會使太陽能電池輸出電壓不穩(wěn)定，有了前級升壓部分后，可以保證逆變部分輸入電壓比較穩(wěn)定。但是，由于電池與電網(wǎng)之間沒有電氣隔離，是電池兩端有電網(wǎng)的電壓，很不安全。</p><p>　　圖2-3無變壓器方式的逆變器主電路</p><p>　　2.2光伏逆變器的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　傳統(tǒng)的三相光伏并網(wǎng)逆變器一般都是逆變

51、器到工頻變壓器再到濾波器的結(jié)構(gòu)，但是工頻變壓器體積大、質(zhì)量重、噪聲很大、制造成本也很高，是逆變電源部分難于安裝。</p><p>　　這幾年來，多種基于高頻鏈開關(guān)技術(shù)的逆變器電路拓?fù)湎嗬^被提出，其中，DC-HFAC-DC-LFAC三級功率傳輸高頻鏈電路拓?fù)湟呀?jīng)非常成功的應(yīng)用于光伏發(fā)電等新能源系統(tǒng)及特殊的電氣運(yùn)動控制系統(tǒng)，其主要優(yōu)點(diǎn)是：開關(guān)管的單向動作，高頻變壓器原副邊兩部分電路控制相對獨(dú)立，不需要同步信號，配合比

52、較簡單，輸出波形畸變小，正弦度好，逆變效率高[1]。</p><p>　　這個課題研究的三相光伏并網(wǎng)逆變器輸出為三相交流，光伏逆變器電源主電路采用DC-HFAC-DC-LFAC的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)框圖如圖2-4所示?？刂齐娐凡捎肨I公司的TM320LF2812DSP作為主控制器。</p><p>　　圖2-4光伏逆變器總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.2.1光伏逆變器的

53、性能指標(biāo)</p><p>　　輸入電壓范圍：400V（DC）</p><p>　　工作溫度：0～50℃</p><p><b>　　輸出波形：正弦波</b></p><p>　　輸出電壓（相電壓）：220V</p><p><b>　　輸出頻率：50HZ</b></p&

54、gt;<p>　　電壓總諧波畸變率（THD）：小于3%</p><p>　　3光伏逆變器DC-DC部分主電路</p><p>　　3.1逆變器DC-DC部分主電路拓?fù)?lt;/p><p>　　推挽電路因?yàn)樽儔浩鞔判纠寐矢摺㈦娐方Y(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)而被應(yīng)用在低壓大電流場合，但是推挽電路也有它的缺點(diǎn)：</p><p>　　變壓器的磁芯偏磁，

55、對驅(qū)動電路脈沖寬度的一致性和開關(guān)管的一致性提</p><p>　　出了較高的要求，同時控制方式也要求采用電流型控制方式。</p><p>　　開關(guān)管關(guān)斷時的漏感能量會在器件上產(chǎn)生極大的電壓尖峰，不僅對高頻</p><p>　　變壓器的繞制有很高的要求，而且容易損壞開關(guān)管[2]。</p><p>　　這兩個缺點(diǎn)限制了推挽電路的應(yīng)用，推挽正激電路

56、在普通的推挽電路相比增加了一個無損元件電容，克服了推挽電路的兩個缺點(diǎn)，具有抑制開關(guān)管兩端的關(guān)斷電壓尖峰，抑制變壓器的磁芯偏磁。圖3-1是推挽正激電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　圖3-1推挽正激電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖</p><p>　　高頻變壓器在橋臂之間接入一個電容C，原邊的兩個繞組NP1、NP2分別和兩個開關(guān)管S1和S2串聯(lián)，二極管DS1、DS2與開關(guān)管反并聯(lián)，副邊采用全橋整流。<

57、;/p><p>　　3.1.1推挽正激電路的工作原理</p><p>　　高頻變壓器的匝數(shù)比是n=W2/W1， NP1=NP2=W1是原邊的匝數(shù)， NS=W2為副邊匝數(shù)，每個開關(guān)管的導(dǎo)通時間是Ton，占空比D=Ton/TS，開關(guān)頻率fs=1/TS，TS為開關(guān)周期，平均負(fù)載電流是Io=Vo/RL，輸出濾波電容是Cf，濾波電感Lf，原邊漏感和勵磁電感分別為和Ln，Lm。</p>&l

58、t;p>　　兩個開關(guān)管工作時只有一個會導(dǎo)通，電容C會和其中一個原邊的繞組并聯(lián)，電容C上的電壓Vc一直是左正右負(fù)，輸入電壓的大小與電源電壓Vin相接近，兩個開關(guān)管S1、S2、電容C和輸入電源Vin構(gòu)成一個回路，根據(jù)基爾霍夫定律得：Vds1+Vds2=Vc+Vin 2Vin，其中Vds1、Vds2是漏源電壓，所以兩個開關(guān)管上的電壓應(yīng)力最大值為2Vin。</p><p>　　穩(wěn)態(tài)工作時，濾波電感上的三角波電流波形

59、ILf，在ILfmax到ILfmin的范圍內(nèi)周期性地變化。S2和S1都截止期間的減小量ILf(-)等于S2或者S1導(dǎo)通時ILf的增長量ILf(+)。即：</p><p><b>　　（3-1）</b></p><p><b>　　所以可以得到：</b></p><p><b>　?。?-2）</b>&

60、lt;/p><p><b>　　也就是：</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　假定高頻變壓器沒有損耗，那么變壓器的輸出功率等于輸入功率，平均輸入電流。負(fù)載平均電流。其中和的大小為：</p><p><b>　?。?-4）</b></p&

61、gt;<p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　3.1.2電路橋臂串聯(lián)電容C的分析[3][5]</p><p>　　與普通的推挽電路相比，推挽正激電路的不同點(diǎn)在于它增加了一個電容C，使推挽電路的工作原理發(fā)生改變，它的作用是：</p><p>　　1、推挽正激電路中Np1、DS1、DS2、C組成一個低阻抗能量釋放回

62、路，當(dāng)推挽電路在開關(guān)管關(guān)斷后，漏感能量有了釋放回路，因此不會在開關(guān)管上引起很大的電壓尖峰，為了避免開關(guān)管上的電壓尖峰，需要把開關(guān)管的漏源電壓控制在Vin+Vc。電容C的漏感能量在開關(guān)管關(guān)斷的瞬間儲存，電壓值隨即升高ΔV。</p><p><b>　　由能量關(guān)系得：</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p>&l

63、t;p><b>　　則:</b></p><p><b>　　（3-7）</b></p><p>　　其中，是C上的浮動壓差，為電容電壓VC的平均值，約等于Vin。不能太大，所以C要選的小一點(diǎn)，這樣可以減小開關(guān)管上的電壓應(yīng)力。</p><p>　　2、電容C在推挽正激電路中的電壓浮動，能夠抑制推挽電路的磁芯偏磁，有很

64、多種原因可以引起推挽電路磁芯偏磁 [7][8]。由于S1的導(dǎo)通脈寬較大，所以加在Np1上的“伏秒”數(shù)會增大，所以：</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　是勵磁電流Im增加量，S1關(guān)斷后，DS2續(xù)流，則：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>

65、　　在原有基礎(chǔ)上電容C上的電壓增大了，S2在下半個周期導(dǎo)通后，加在NP1上的電壓是Vin+，利磁電流在這個期間的下降斜率變?yōu)椋╒in+）/Lm，勵磁電流減小量比原來增加了，使得勵磁電流和磁通回到起點(diǎn)，磁芯偏磁的抑制是因?yàn)殡娙軨的電壓浮動特性，使得變壓器在同一周期的兩個半周期中磁通仍然能有相等的“伏秒”數(shù)。</p><p>　　在開關(guān)管S2和S1都不導(dǎo)通時，電路損耗增大，因?yàn)镮a會維持較大的環(huán)流電流。同時，電容C的

66、等效串聯(lián)電阻ESR也會帶來一些損耗，引起電容發(fā)熱，縮短電容的使用時間，所以在推挽正激電路中應(yīng)選擇ESR較小的電容[3]。</p><p>　　3.2高頻變壓器的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1變壓器的性能指標(biāo)</p><p>　　開關(guān)頻率：50kHZ</p><p>　　輸入電壓：DC40～60V</p><p>

67、　　輸出電壓：DC400V</p><p>　　平均輸出電流：2.0A</p><p>　　效 率：90%</p><p>　　工作環(huán)境：-25℃～+85℃</p><p>　　絕緣耐壓：DC5kV</p><p>　　占 空 比：30%～45%</p><p>　　溫 升：50℃&

68、lt;/p><p>　　3.2.2變壓器的磁芯選擇</p><p>　　磁芯材料和磁芯的結(jié)構(gòu)是變壓器磁芯的選擇要考慮兩個因素。高頻變壓器的磁芯材料有非晶態(tài)合金、超微晶軟磁合金和鐵氧體幾種[9][10]，其中以鐵氧體磁芯使用最為廣泛，因?yàn)槠鋬r格便宜，結(jié)構(gòu)齊全。在電阻率大，高頻時變壓器會發(fā)熱，而鐵氧體磁芯可以使能量的損耗減少，降低變壓器溫度。這里變壓器采用Mn-Zn鐵氧體ETD型磁芯，它具有繞線匝

69、長短，圓柱形的中心截面，耦合很好，磁芯窗口較大，變壓器的漏感也就減少了，在功率相同的情況下可得到最佳設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　電阻率，矯頑力HC=4A/m，飽和感應(yīng)強(qiáng)度（磁通密度）BS=0.34T，工作頻率f=300kHZ, 居里溫度TC=85℃是牌號R10K鐵氧體的基本參數(shù)。一般把靠近B-H曲線的拐點(diǎn)處設(shè)為變壓器的工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm。但是由于高頻功率脈沖變壓器啟動時是瞬間的，所以第一個半周期的瞬間最大工作

70、磁感應(yīng)強(qiáng)度是穩(wěn)態(tài)工作時磁感應(yīng)強(qiáng)度的兩倍。如果前一次工作后會剩余的Br磁感應(yīng)強(qiáng)度，就會導(dǎo)致最大磁感應(yīng)強(qiáng)度幅值接近2Bm+Br。所以，如果不適當(dāng)選擇工作的磁感應(yīng)強(qiáng)度，高頻變壓器就會在啟動的瞬間飽和，勵磁電流迅速增加。而高頻開關(guān)和高頻變壓器是直接相連，工作電壓過高時，高頻變壓器就會飽和，即使工作周期很短，功率開關(guān)管也會損壞。應(yīng)該選擇工作磁感應(yīng)強(qiáng)度較低，避免高頻變壓器瞬間飽和。由于Br始終遠(yuǎn)小于Bs，工作磁感應(yīng)強(qiáng)度的選擇應(yīng)滿足小于1/3Bs，而

71、且工作磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量選擇較小，勵磁電流也會減小，空載的損耗能降低，對變壓器降低溫，升效率的提高都很有利。這里變壓器的工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm=0.1T。</p><p>　　3.2.3變壓器主要參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　（1）計(jì)算期望的匝數(shù)比n（按照輸入電壓的最小值和所允許的最大占空比Dmax）由于主電路是推挽正激電路，計(jì)算時占空比取2Dmax。</p><p>

72、<b>　?。?-10）</b></p><p>　　其中N1是原邊第一個繞組的匝數(shù)，N*是副邊繞組的匝數(shù)，Vimin是輸入電壓最小值，V0是輸出電壓，n取整數(shù)11。</p><p>　　（2）變壓器的輸出功率P0（W）</p><p>　　(W) （3-11）</p><

73、p>　　I0是輸出平均電流（A）</p><p>　?。?）變壓器的計(jì)算功率Pt（W）</p><p>　　(W) （3-12）</p><p><b>　?。?）設(shè)計(jì)輸出能力</b></p><p><b>　?。?-13）</b></p>&

74、lt;p>　　其中Ac是磁芯截面積（cm2），Am是磁芯窗口截面積（cm2），Ap是磁芯截面積乘積（cm4）。Kw是窗口占空系數(shù)，這里取0.2。Kj是電流密度系數(shù)，溫升50℃時，E型磁芯取值534。這里采用的是磁芯型號是鐵氧體ETD59的高頻變壓器，磁芯尺寸如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 ETD59磁芯尺寸</p><p>　　得到Ac=3.68cm2， Am=5.

75、18cm2。所以Ap值：</p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　所以Ap值是19.0624，大于設(shè)計(jì)值11，滿足輸出的要求。</p><p>　?。?）線圈計(jì)算初級線圈匝數(shù)N1、N2和次級線圈匝數(shù)N*</p><p><b>　　初級線圈：</b></p>

76、<p><b>　?。?-15）</b></p><p><b>　　(匝)</b></p><p>　　其中Ton是初級輸入脈沖電壓寬度（）。取整數(shù)N1=N2=5匝，初級線圈兩繞組的同名端是相反。</p><p><b>　　次級線圈：</b></p><p>

77、　?。ㄔ眩?（3-16）</p><p><b>　　取整數(shù)是56匝。</b></p><p><b>　?。?）導(dǎo)線線徑</b></p><p><b>　　電流密度J：</b></p><p><b>　?。?-17）&

78、lt;/b></p><p><b>　　初級繞組：</b></p><p>　?。ˋ） （3-18）</p><p><b>　　(mm2)</b></p><p>　　繞組N1、N2的工作電流分別是IN1、IN2，繞組N1、N2導(dǎo)線所需的截面積分別是SN

79、1、SN2。</p><p>　　由于高頻傳輸具有集膚效應(yīng)，導(dǎo)線的線徑應(yīng)比兩倍的穿透深度小。穿透深度為：</p><p>　?。╩m） （3-19）</p><p>　　銅在100攝氏度時的計(jì)算系數(shù)是。</p><p>　　選擇標(biāo)稱外皮直徑，線徑是的銅線，導(dǎo)線截面積是mm2?？梢运愠龀跫壚@組每匝

80、需要的股數(shù)是（股），取整數(shù)是24股并繞。</p><p><b>　　次級繞組：</b></p><p>　?。╩m2） （3-20）</p><p>　　選擇外皮直徑是，線徑是的銅線，導(dǎo)線截面積是mm2。可得次級繞組每匝需要的股數(shù)是（股），取整數(shù)是3股并繞。</p><p&g

81、t;<b>　　（7）繞組厚度</b></p><p><b>　　初級繞組</b></p><p>　　繞組寬度是（磁芯長mm），Kp是導(dǎo)線的排繞系數(shù)取，則可以得到每層所繞的匝數(shù)：</p><p>　　(匝/層) （3-21）</p><p>　　取整數(shù)，每層繞3匝，則初級

82、線圈的兩繞組共10匝，繞組交錯繞制，則一層每個繞組繞一匝，需要繞4層。</p><p><b>　　次級繞組</b></p><p>　　(匝/層) （3-22）</p><p>　　取整數(shù)，每層可以繞24匝，則次級線圈56匝，需要繞3層。</p><p><b>　　繞組厚度<

83、;/b></p><p>　　Kd是導(dǎo)線疊繞系數(shù)取，不計(jì)絕緣層厚度，則初、次級繞組的總厚度是：</p><p>　　(mm) （3-23）</p><p>　　根據(jù)上述參數(shù)得到如圖3-3所示的變壓器設(shè)計(jì)圖形。</p><p>　　圖3-3 高頻變壓器的原理圖</p><p&

84、gt;　　3.3 DC-DC主電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)</p><p>　　本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的開關(guān)管的開關(guān)頻率，輸入直流電壓，輸出的直流電壓V0=400V。DC-DC主電路后級接DC-AC逆變器。當(dāng)額定功率Pe=800W時，平均負(fù)載電流Io=2A，最大負(fù)載電流A</p><p>　　3.3.1功率開關(guān)管選取</p><p>　　根據(jù)上面的參數(shù)，得到最大輸入電流為：</p>

85、;<p>　?。ˋ） （3-23）</p><p>　　因?yàn)槭情_關(guān)管的最大電壓應(yīng)力，考慮開關(guān)管電流和電壓的設(shè)計(jì)裕量，選擇容許電流是40A，耐壓是200V開關(guān)管。</p><p>　　IR公司的型號是IRF640N MOSFET管，它的額定電流ID=18A，導(dǎo)通電阻RDS=0.15，額定耐壓值VDSS=200V。選取取三只

86、型號是IRF640N MOSFET管并聯(lián)，分別與兩個初級繞組串聯(lián)，額定電流是54A，滿足要求。</p><p>　　3.3.2整流二極管的選取</p><p>　　高頻變壓器輸出的是交流電壓脈沖經(jīng)過全橋整流，變成直流電壓脈沖，濾波后得到直流電壓。通過對推挽正激電路拓?fù)涞姆治?，?dāng)D4、D1兩個二極管導(dǎo)通時， D3、D2上會分別產(chǎn)生反向脈沖電壓，所以二極管兩端的最大反壓是。</p>

87、<p>　　根據(jù)主電路的高頻工作特性和設(shè)計(jì)裕量，考慮上述電流值和電壓值的限制，選擇型號為APT15D100K的快速恢復(fù)二極管作為整流二極管。它的最大正向電流IF=15A，最大反向耐壓VR=1000V，滿足要求。</p><p>　　為了避免二極管損壞，必須抑制整流二極管關(guān)斷時所產(chǎn)生的電壓尖峰，在每個二極管兩端并聯(lián)一個吸收二極管上的尖峰脈沖470pF/1000V的高壓電容。</p>&l

88、t;p>　　3.3.3濾波電感Lf和電容Cf值的計(jì)算</p><p>　　1、濾波電感值的計(jì)算</p><p>　　對于推挽正激電路來說，濾波電感上的電流波形是三角波，在開關(guān)管導(dǎo)通時間Ton內(nèi)，濾波電感吸收能量，電流增大。關(guān)斷時間（T-Ton）內(nèi)，濾波電感釋放能量，電流減小，根據(jù)式3-1得：</p><p><b>　?。?-24）</b>

89、;</p><p>　　設(shè)濾波電感的電流波動幅度是10%，A，計(jì)算輸出濾波電感時占空比應(yīng)該是開關(guān)管允許的最小值Dmin=0.3（Vin=60V），且Ts=1/fs，將各個值帶到式（3-24），可以估算出濾波電感的值是7.07mH。</p><p><b>　　2、濾波電容的計(jì)算</b></p><p>　　選擇濾波電容需要考慮以下幾個方面：①電

90、容能滿足期望的紋波電壓，②電容的額定紋波電流值，③電容的額定電壓。根據(jù)電容的額定紋波電流值來求濾波電容的容量。</p><p><b>　?。?-25）</b></p><p>　　其中濾波電容上的最大紋波電流值是，取最大負(fù)載電流的10%。一般設(shè)計(jì)電容的紋波電壓峰值是，是輸出直流電壓的。當(dāng)時，濾波電容工作頻率增加時的紋波電流系數(shù)是，通常取1.4。是相對最高工作溫度的紋

91、波電流系數(shù)，電解電容的最高工作溫度是105攝氏度，當(dāng)在80攝氏度正常溫度下工作時，取值2。F是濾波電容的工作頻率（整流后輸出電壓脈沖頻率，）。</p><p>　　把上面的參數(shù)帶入式（3-25）中，得：</p><p><b>　　（3-26）</b></p><p>　　頻率時的等效電容是時電容標(biāo)稱值是1/42，所以濾波電容取</p&g

92、t;<p>　　，輸出直流電壓是400V，濾波電容的耐壓值不應(yīng)小于，所以取濾波電容參數(shù)是。</p><p>　　3.3.4橋臂串接電容C的計(jì)算</p><p>　　一個電容C直接接到推挽正激電路的兩橋臂之間，開關(guān)管關(guān)斷時產(chǎn)生的電壓尖峰會被抑制，這樣就為高頻變壓器漏感能量提供了一條低阻抗的釋放通路，能夠防止變壓器直流偏磁，因此電容C的選擇會影響推挽正激電路的穩(wěn)定性運(yùn)行。<

93、/p><p>　　由于推挽正激電路的工作特點(diǎn)，對于電容C的選擇需要考慮各個方面的性能，首先，電容C在一個開關(guān)周期內(nèi)會充放電兩次，所以C選擇高頻電容。其次，為了減小主電路的能量損耗，防止電容C嚴(yán)重發(fā)熱，選擇RESR較小的電容。</p><p>　　這里使用多個層疊高頻薄膜電容并聯(lián)，可以減小RESR。根據(jù)式（3-7）計(jì)算容量（按照輸入電壓的最小值，輸出電流的最大值來計(jì)算）。其中Iomax=2.82

94、8A, ，，n=11，，因?yàn)殡娙軨上電壓波動值不能過大，所以取。帶入式（3-7）得：</p><p>　　所以這里的電容C取值是470，，選擇電容耐壓是63V。</p><p>　　4光伏逆變器DC-AC部分主回路</p><p>　　4.1DC-AC部分主電路設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1.1交流側(cè)濾波電感的設(shè)計(jì)</p>&

95、lt;p>　　交流側(cè)濾波電感的大小在一方面對輸入電流的開關(guān)紋波有一定的影響，另一方面也對實(shí)際電流的跟蹤速度有影響，所以這個參數(shù)的選擇會直接影響系統(tǒng)的工作性能。</p><p>　　在交流側(cè)的電感主要是用于濾波，將開關(guān)關(guān)斷所產(chǎn)生的高頻電流成分濾除，有效地抑制輸出電流的過分波動。因?yàn)橛休敵鲭姼校敵鲭娏鱥s它其上產(chǎn)生的電壓降是jwLfIs，這樣電網(wǎng)電壓u和變換器的輸出電壓u0之間就會產(chǎn)生一個位移量，用SVPWM

96、對開關(guān)管進(jìn)行控制，使變換器輸出的電壓u0的矢量關(guān)系得以滿足，這樣就可以實(shí)現(xiàn)輸出電流和電網(wǎng)的電壓同頻同相，功率因素為1。</p><p>　　這里采用空間矢量脈寬調(diào)制方式，通過對開關(guān)管導(dǎo)通或者關(guān)斷時間的控制。所以電感值是否合適直接影響電路的工作。</p><p>　　從電流的紋波系數(shù)，輸出濾波電感的值，直接影響著輸出紋波的電流大小。電感的伏安關(guān)系得：</p><p>

97、<b>　?。?-1）</b></p><p>　　其中uL(t)是電感兩端的電壓，考慮到當(dāng)輸出電壓處于峰值附近時，u0=Usmax，輸出電流紋波最大，設(shè)此時開關(guān)管的開關(guān)周期是T，占空比是D，則有：</p><p><b>　　（4-2）</b></p><p>　　另外根據(jù)電感的伏秒平衡原理得：</p>&

98、lt;p><b>　　（4-3）</b></p><p><b>　　于是：</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　從上式可得：</b></p><p><b>　?。?-5）</b>

99、;</p><p>　　在本系統(tǒng)中，，，，，取電流的紋波系數(shù)為，根據(jù)式（4-5）可得。所以，要保證實(shí)際電流紋波濾波電感必須滿足。</p><p>　　從逆變器的矢量三角形關(guān)系考慮，根據(jù)電壓矢量得：</p><p><b>　　（4-6）</b></p><p>　　于是它們的基波幅值滿足：</p><

100、p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　根據(jù)正弦脈寬調(diào)制理論得：</p><p><b>　　（4-8）</b></p><p>　　其中m是調(diào)制比，且，所以</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><

101、b>　　所以可得到下式</b></p><p><b>　?。?-10）</b></p><p>　　帶入各個參數(shù)后得到：</p><p>　　所以，濾波電感的取值范圍是。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，由于電感的體積和成本等因素的原因，一般都考慮電感的下限值?？紤]到實(shí)際情況下的網(wǎng)壓波動范圍，最終取電感值為，電感的額定電流是11A。</

102、p><p>　　4.1.2開關(guān)管的選擇</p><p>　?。?）晶閘管：這是最早應(yīng)用的一種功率開關(guān)器件，其特點(diǎn)是功率最大，應(yīng)用最廣。普通型SCR的電壓高達(dá)6000V，電流達(dá)數(shù)千安培，自身正向壓降約為1.5V，開通僅需要在控制級上加個小觸發(fā)脈沖即可，但關(guān)斷時必須用電感、電容和輔助開關(guān)器件組成的強(qiáng)迫換向電路。其工作頻率不大于400Hz。由于其工作頻率低，關(guān)斷電路復(fù)雜，效率低，功耗大，所以在PWM

103、調(diào)制中產(chǎn)生的正弦波不夠完善，并且噪聲大。目前，逆變器中已基本不用SCR作功率開關(guān)器件。</p><p>　?。?）功率場效應(yīng)管MOSFET：功率MOSFET是一種全控型三端開關(guān)器件。其特點(diǎn)是開關(guān)速度快，安全工作區(qū)寬，熱穩(wěn)定性好，線性控制能力強(qiáng)，采用電壓控制，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)控，因此常常作為開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)電量的逆變換。MOSFET的缺點(diǎn)是輸入阻抗高，抗靜電干擾能力差，承載能力和工作電壓較低，多用于電壓為500V以下的低功率

104、高頻開關(guān)逆變器。由于受功率的限制，因此它只適用于小功率逆變器。</p><p>　　（3）BJT（功率GTR）晶體管：BJT直到1985年實(shí)現(xiàn)達(dá)林頓模塊后才達(dá)到300A、1000V和增益100的水平。大功率晶體管開關(guān)的時間為1.5，自身電壓降為1.5V。若采用多重達(dá)林頓晶體管提高增益，則開關(guān)時間增長，自身電壓降增大。由于其開通狀態(tài)必須飽和，因此電流增益很低，往往要求驅(qū)動電路輸出很大的電流，使功耗增大。</p

105、><p>　?。?）IGBT場效應(yīng)晶體管：IGBT是一種新發(fā)展起來的復(fù)合型功率開關(guān)器件，它既有單極型電壓驅(qū)動的MOSFET的優(yōu)點(diǎn)，又結(jié)合了雙極型開關(guān)器件BJT耐壓高、電流大的優(yōu)點(diǎn)。其開關(guān)速度顯然比功率MOSFET低，但遠(yuǎn)高于BJT，又因?yàn)樗请妷嚎刂破骷?，故控制電路簡單、穩(wěn)定性好。IGBT的最高壓是1200V，最大電流為1000A，工作頻率高達(dá)100kHz。它具有電壓控制和開關(guān)時間極短的優(yōu)點(diǎn)。其正向壓降約為3V[18

106、]。</p><p>　　功率MOSFET雖然具有開關(guān)頻率高、正溫度系數(shù)、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但在逆變起的設(shè)計(jì)中，由于輸出濾波電感的作用，使續(xù)流時間很長，容易燒壞MOSFET。所以選用絕緣柵雙極型晶體管IGBT作為開關(guān)原件。</p><p>　　選擇IGBT需要考慮電壓壓力，電流壓力等方面。這里逆變前的電壓是400V，也就是說IGBT的C、E兩端承受電壓是400V，逆變器工作的電流是6A交流

107、，電流最大是7A。所以選擇G20N60C3型的單管IGBT，它的耐壓是600V，額定電流是40A。</p><p>　　4.2DC-AC主電路的系統(tǒng)原理圖</p><p>　　圖4-1是系統(tǒng)DC-AC原理圖，逆變器輸出經(jīng)過7mH的電感后并網(wǎng)。</p><p>　　圖4-1 DC-AC電路原理圖</p><p>　　本文采用IR2110對IG

108、BT進(jìn)行控制，該芯片可以控制一個橋臂，對于三相逆變電路需要三個芯片。圖4-2是A相橋臂的驅(qū)動電路圖。</p><p>　　圖4-2 第一橋臂驅(qū)動電路</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　太陽能的發(fā)展，使得光伏并網(wǎng)發(fā)電成為發(fā)展趨勢，隨之帶來了對光伏并網(wǎng)發(fā)電站的核心光伏并網(wǎng)逆變器的研究。通過分析光伏逆變器的發(fā)展和研究光伏并

109、網(wǎng)系統(tǒng)，論文設(shè)計(jì)了兩級結(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)逆變器。該并網(wǎng)逆變器主要是由前級DC-DC直流變換電路和后級的DC-AC三相逆變電路組成。</p><p>　　光伏并網(wǎng)逆變器DC-DC部分重點(diǎn)分析主電路推挽正激拓?fù)涞墓ぷ髟恚敿?xì)介紹了高頻變壓器的設(shè)計(jì)、主電路元器件參數(shù)的計(jì)算和選取，DC-DC部分以TMS320LF2812DSP作為主控制器，逆變器的主電路為DC-HFAC-DC-LFAC三級功率傳輸結(jié)構(gòu)。</p>

110、<p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王長貴．世界光伏發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢．新能源，2000，22(1)：44—48</p><p>　　［2］Chen,W.,Hua,G.,Sable,D.,Lee,F.. Design of high efficiency,low profile,low voltage converter

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113、In:IEEE PESC,03,2003(1),pp.353～358.</p><p>　　[7] 王長貴．世界光伏發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢．新能源，2000，22(1)：44—48</p><p>　　[8] 王暉輝．三相光伏并網(wǎng)逆變器的設(shè)計(jì)與仿真[M]．碩士論文，鄭州大 學(xué)．2004．05.</p><p>　　[9] 李進(jìn)國，金新民．小功率光伏并網(wǎng)逆變器控制的

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