畢業(yè)設計（論文）-離網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計

PAGEPAGEI離網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計摘要太陽能光伏發(fā)電是可再生能源利用的一種重要形式。本文主要是對光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的仿真研究。首先介紹了目前國內(nèi)外太陽能光伏發(fā)電技術的背景及其意義。接著對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)進行概述，介紹了它的組成和分類。本文以太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)為研究對象，先對其整體結(jié)構進行設計，再對蓄電池和光伏陣列容量進行計算，最后對DC-DC變換器、DC-AC逆變器和光伏陣列進行仿真。關鍵詞光伏電池；DC-DC變換器；逆變器；并網(wǎng)；仿真AbstractThePVgenerationsystemisasignificantmeasureinrenewableenergyutilization.Simulationonthecontrolsystemofphotovoltaicgenerationispresentedinthethesis.Firstly,introducingthepresentlyapplicationanddevelopmentsituationofphotovoltaictechnologyathomeandabroad.Secondly,Havinganoverviewofsolarphotovoltaicsystemsandintroducingitscompositionandclassification.Thirdly,researchingthreeDC-DCconverters’principle,presentingthatusingBoostDC-DCconvertertorealizeconversionandbuildingthesimulationmodelafteranalyzetheparameters.Finally,simulatingandanalyzingtheInverterbyMATLAB,theresultsshowthatthecontrolmethodandstrategyispractical.Keywords:PVcell；DC-DCconverter；Inverter；ongrid；simulation目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1課題背景及研究的意義 11.1.1能源短缺的問題 11.1.2太陽能資源 21.2太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的前景 21.2.1國外太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 21.2.2我國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 31.3本文的研究內(nèi)容 4第2章太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理 52.1光電效應概述 52.2光生伏打效應概述及應用 52.2.1光生伏打效應 52.2.2光生伏打效應應用 52.3太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 52.4太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類 62.4.1獨立供電的光伏發(fā)電系統(tǒng) 62.4.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) 72.4.3混合型光伏發(fā)電系統(tǒng) 82.5本章小結(jié) 9第3章獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計 103.1負載安裝地點以及運行要求 103.2獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計 103.2.1整體電路結(jié)構的設計 103.2.2蓄電池容量的設計 103.2.3光伏陣列的容量設計 113.3本章小結(jié) 12第4章重要部分的設計 134.1太陽能電池方陣 134.2光伏電源充放電控制器 164.2.1控制器的功能： 164.2.2控制器的分類 164.2.3控制器的基本電路和工作原理 174.3DC-DC變換器的設計 194.3.1DC-DC變換器原理 194.3.2基于MATLAB/SIMULINK/SimPowerSystems的仿真 204.4DC-AC逆變器的設計 214.4.1逆變器的原理 214.4.2太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變電源的要求 224.4.3三相逆變器的仿真 23結(jié)論 25參考文獻 26致謝 27第1章緒論1.1課題背景及研究的意義1.1.1能源短缺的問題在人類文明的歷史長河中，人類不斷地從自然界索取、探求適合生存和發(fā)展所需的各種能源，能源的利用水平折射出人類文明的進步步伐。從原始社會開始，由地球在長達50萬年的歷史中積累下來的化石礦物能源，即常規(guī)能源(煤、石油、天然氣等)一直是人類所用能源的基礎。但是常規(guī)能源的儲量正隨著人類文明的高度發(fā)展而迅速枯竭。從資源的角度看，地球的礦物能源儲量是有限的，按目前消耗的速度計，石油還可供開采40年左右，天然氣約60年，煤可望達200年。全球能源消耗的年增長率約為2%，近35年來世界能源消費量已經(jīng)翻了一番。人們預計，到2025年全球能源消耗還將再增加一倍。這些都提醒人們注意到必須開發(fā)新的能源。常規(guī)能源的大量利用對人類生存環(huán)境也有著日趨嚴重的破壞作用。到20世紀末人們開始意識到：由于每年燃燒常規(guī)能源所產(chǎn)生的CO2排放量約210億噸左右，已經(jīng)使地球嚴重污染，而且目前CO2的年排放量還在呈上升趨勢。CO2造成了地球的溫室效應，使全球氣候變暖。經(jīng)過較為準確的推算，如果全球變暖1.5～4.5℃,最嚴重的后果是海平面將上升25～145cm，沿海低洼地區(qū)將被淹沒，這將嚴重影響到許多國家的經(jīng)濟、社會和政治結(jié)構。此外，大量燃燒礦物燃料，會在大范圍內(nèi)形成酸雨，將嚴重損害森林和農(nóng)田，目前全球已有數(shù)以千計的湖泊酸性度不斷提高，并已接近魚類無法生存的地步；酸雨還損壞石造建筑、破壞古跡、腐蝕金屬結(jié)構，甚至進入飲用水源，釋放出潛在的毒性金屬（如鎘、鉛、汞、鋅、銅等），威脅人類健康。因此，人類文明的高度發(fā)展與生存環(huán)境的極度惡化，形成了強烈的反差。針對以上情況開發(fā)和使用新能源(可再生能源和無污染綠色能源)已是人類目前迫切需要解決的重要問題。雖然目前人類可利用的新能源，如太陽能、風能、地熱能、水能、海洋能等能源形式都是可以滿足要求的。但從能源的穩(wěn)定性、可持久性、數(shù)量、設備成本、利用條件等諸多因素考慮，太陽能將成為最為理想的可再生能源和無污染能源。能源短缺是當今社會中的熱點問題，它直接制約著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，可再生能源的利用也就成了當今世界關注的焦點之一。太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風能、海洋能、水能等都來自太陽能。廣義地說，太陽能包含以上各種可再生能源。近年來太陽能的利用得到了世界各國的廣泛關注，美國、日本、德國相繼提出了“陽光計劃”、“節(jié)能計劃”等大力發(fā)展太陽能光伏發(fā)電技術。自“六五”以來我國政府也一直把研究開發(fā)太陽能和可再生能源技術列入國家科技攻關計劃，大大推動了我國太陽能和可再生能源技術和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。同時，照明作為日常生活中不可缺少的一部分，成為了世界各國的一項重要的能源消耗，據(jù)統(tǒng)計照明用電占我國總發(fā)電量的10％以上，綠色節(jié)能照明的應用越來越受到重視。1.1.2太陽能資源太陽能發(fā)電是個取之不盡、用之不竭的綠色能源工程。2l世紀大力發(fā)展是擺在世人面前的必然大趨勢。現(xiàn)在全球有20億人口沒有用上電，我國也還有5千萬無電人口，其中相當大部分處在經(jīng)濟不發(fā)達的邊遠地區(qū)，沒有電力嚴重制約了當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展。由于居住分散、交通不便，很難通過延伸公共電網(wǎng)來解決這些地區(qū)的供電問題。這對可再生能源來說是個巨大的潛在市場。4s+太陽能發(fā)電具有無比優(yōu)越特點：在發(fā)電過程中，不消耗地球上的資源，無任何污染，安全可靠，無嗓音，不受地域限制，無機械轉(zhuǎn)動部件故障率低，維修簡單，無需遠距離架設輸電線路，節(jié)省費用，建設周期短，可以無人值守，發(fā)電規(guī)模大小可隨意，可以方便的與建筑物結(jié)合節(jié)省綜合費用，高山，邊遠地域和海洋中小島等，特殊地域布設太陽能發(fā)電更為方便優(yōu)越。上述優(yōu)點正是傳統(tǒng)發(fā)電所不及的。據(jù)測算，1年內(nèi)到達地球表面的太陽能總量是目前世界已探明儲量能源的一萬多倍。我國屬于太陽能較為豐富的國家之一，全國國土面積2/3的地區(qū)每年日照時數(shù)大于2000小時，僅陸地面積每年接受的太陽能輻射就約等于幾個三峽工程發(fā)電量的總和。開發(fā)利用太陽能的主要途徑是光伏發(fā)電，他具有如下優(yōu)點：無噪聲、無污染、能量隨處可得，不受地域限制，無需消耗燃料，可以無人值守，建設周期短，規(guī)模設計自由度大，可就地使用，容易儲存，還可以方便的與建筑物結(jié)合等，使用太陽能光伏發(fā)電可以既不為核電站可能發(fā)生核泄漏而煩惱，也不用為水電站的堤壩可能在戰(zhàn)爭或地震中崩潰而擔憂。1.2太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的前景1.2.1國外太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢全球太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢在化石能源日益稀缺的背景下，各國均大力發(fā)展太陽能利用，其中日本、歐洲國家(德國)和美國等經(jīng)濟發(fā)達、能源消耗大的國家起步較早，在技術和應用上都處于領先地位。由于太陽能發(fā)電成本較傳統(tǒng)能源高，因此需要政府給予政策扶持。從20世紀90年代末開始，歐美、日本等國家紛紛實行“陽光計劃”，在太陽能發(fā)電的價格、稅收、發(fā)展基金等方面給予較大優(yōu)惠。同時，在政府資助下，歐洲一些高水平的研究機構也加大了太陽能利用的研究。歐美、日本等國家還制定了長期的能源發(fā)展戰(zhàn)略，對太陽能的發(fā)展進行了長期規(guī)劃。1997年6月美國提出“百萬太陽能屋頂計劃”，計劃到2010年將在100萬個屋頂或建筑物其他可能的部位安裝太陽能系統(tǒng)，包括太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、太陽能熱水系統(tǒng)和太陽能空氣集熱系統(tǒng)。歐洲也于1997年左右也宣布了百萬屋頂計劃，其中，在太陽能利用領域領先的德國聯(lián)合政府在歐洲百萬屋頂?shù)目蚣芟掠?998年10月提出了計劃——在6年內(nèi)安裝10萬套太陽能屋頂系統(tǒng)，總?cè)萘吭?00-500MV，每個屋頂約3-5KW。日本政府的計劃目標是，到2010年安裝500MW屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)。

在各國政府的扶持下，世界太陽能電池產(chǎn)量快速增長，1995-2005年間，全球太陽能電池產(chǎn)量增長了17倍。2005年，全球太陽能電池年產(chǎn)量達到了1650兆瓦，累計裝機發(fā)電容量超過5GW，其中，日本太陽能電池產(chǎn)量達到762兆瓦，增長率為27%；歐洲產(chǎn)量增加48%，達到了464兆瓦；美國增加12%，達到了156兆瓦；世界其他地區(qū)增加96%，達到了274兆瓦。我們預計，2010年全球太陽能電池的年產(chǎn)量有望達到10400兆瓦，較2005年的年產(chǎn)量增長6.3倍；整個行業(yè)的銷售收入有望在2005-2010年間，從130億美元提高至450億美元，在未來5年內(nèi)增長3.5倍。同時，受益于規(guī)模經(jīng)濟、生產(chǎn)效率和工藝水平的提高，整個產(chǎn)業(yè)鏈的成本都有望下降，行業(yè)利潤率有望保持在較高水平上。1.2.2我國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢我國太陽能資源非常豐富，大多數(shù)地區(qū)年平均日輻射量在每平方米4千瓦時以上，理論儲量達每年1.7萬億噸標準煤，太陽能資源開發(fā)利用的潛力非常廣闊。從全國太陽年輻射總量的分布來看，青藏高原和西北地區(qū)、華北地區(qū)、東北大部以及云南、廣東、海南等部分低緯度地帶均為太陽能資源豐富或較豐富的地區(qū)。

我國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的應用空間也非常廣闊。第一，我國有荒漠面積100余萬平方公里，主要分布在光照資源豐富的西北地區(qū)，如果利用荒漠安裝并網(wǎng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)則可以提供非常可觀的電量。第二，太陽電池組件不僅可以作為能源設備，還可作為屋面和墻面材料，既供電節(jié)能，又節(jié)省了建材，具有良好的經(jīng)濟效益。第三，迄今我國邊遠地區(qū)仍有較多居民尚未用電，如果單純依靠架設電網(wǎng)供電，則成本高，建設周期長，不經(jīng)濟。太陽能發(fā)電無需架設輸電線路，且建設周期短，可以有效解決邊遠地區(qū)用電的難題。

我國政府對太陽能產(chǎn)業(yè)也給予了充分的扶持。2006年1月，《中華人民共和國可再生能源法》正式實施，此法在資源調(diào)查與發(fā)展規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)指導與技術支持、推廣與應用、價格管理與費用分攤、經(jīng)濟激勵與監(jiān)督措施、法律責任等方面做出了規(guī)定。隨后，國家又陸續(xù)出臺了《可再生能源發(fā)展專項資金管理暫行辦法》、《可再生能源建筑應用專項資金管理暫行辦法》等支持可再生能源發(fā)展的實施細則，使國家在可再生能源領域方面的扶持政策日趨明朗化。這一系列法律、政策無疑有力的支持了我國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

近20年來，我國太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)長期維持在全球市場1%左右的份額。2005年后，產(chǎn)業(yè)有了突飛猛進的發(fā)展，無錫尚德、天威英利、新光硅業(yè)、賽維LDK、新疆新能源、常州天合、天津京瓷等公司紛紛進入成長期，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，技術水平不斷提高，企業(yè)競爭力不斷增強。而且，浙江、保定、四川等地的公司已經(jīng)開始多晶硅太陽電池的生產(chǎn)或試車，市場上形成了單晶硅和多晶硅兩種主打電池產(chǎn)品的局面。目前，我國非多晶硅薄膜電池產(chǎn)業(yè)也展現(xiàn)出迅猛發(fā)展的勢頭，很多國內(nèi)公司通過與國外公司的合作已經(jīng)開始進行或計劃進行非多晶硅薄膜電池項目的投資。1.3本文的研究內(nèi)容根據(jù)太陽能發(fā)電系統(tǒng)的安裝地點：東北電力大學第一教學樓（樓頂）；負載情況：：三相異步電動機一臺（380V/5kw，白天工作）、220V照明（共2kw，晚上工作）、直流負載（200V，2kw，白天工作）；運行要求：異步電動機每天平均工作3小時，照明工作4小時，直流負載工作3小時，遇陰雨天氣，能夠連續(xù)運行1天設計一個太陽能發(fā)電系統(tǒng)。第2章太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)原理光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電系統(tǒng)裝置。2.1光電效應概述光照射到某些物質(zhì)上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化，也就是光能量轉(zhuǎn)換成電能。這類光致電變的現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱為光電效應（Photoelectriceffect）。2.2光生伏打效應概述及應用2.2.1光生伏打效應是指物體由于吸收光子而產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象，是當物體受光照時，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應。2.2.2光生伏打效應應用光生伏打效應主要是應用在半導體的PN結(jié)上，把輻射能轉(zhuǎn)換成電能。大量研究集中在太陽能的轉(zhuǎn)換效率上。理論預期的效率為24％。由于半導體PN結(jié)器件在陽光下的光電轉(zhuǎn)換效率最高，所以通常把這類光伏器件稱為太陽能電池，也稱光電池或太陽電池。2.3太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組、太陽能控制器、蓄電池（組）組成。如輸出電源為交流220V或110V，還需要配置逆變器。各部分的作用為：(1)太陽能電池板太陽能電池板(圖4所示)是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分。其作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。太陽能電池板的質(zhì)量和成本將直接決定整個系統(tǒng)的質(zhì)量和成本。(2)太陽能控制器太陽能控制器的作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方，合格的控制器還應具備溫度補償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關、時控開關都應當是控制器的可選項。(3)蓄電池一般為鉛酸電池，一般有12V和24V這兩種，小微型系統(tǒng)中，也可用鎳氫電池、鎳鎘電池或鋰電池。其作用是在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來，到需要的時候再釋放出來。(4)逆變器在很多場合，都需要提供AC220V、AC110V的交流電源。由于太陽能的直接輸出一般都是DC12V、DC24V、DC48V。為能向AC220V的電器提供電能，需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能，因此需要使用DC-AC逆變器。在某些場合，需要使用多種電壓的負載時，也要用到DC-DC逆變器，如將24VDC的電能轉(zhuǎn)換成5VDC的電能（注意，不是簡單的降壓）。2.4太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類目前，電力系統(tǒng)是以大容量集中發(fā)電，高壓輸電和大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行的方式進行電能的生產(chǎn)、輸送和分配，全世界90%的電力都是由這種集中單一的大電網(wǎng)提供的。近年來以可再生能源為主的分布式發(fā)電技術得到了快速發(fā)展，與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比克服了大電網(wǎng)系統(tǒng)的一些弱點，并以其環(huán)保性能與大電網(wǎng)形成了良好的互補性，成為世界能源系統(tǒng)發(fā)展的熱點之一。根據(jù)不同場合的需要，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)一般分為獨立供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)三種。2.4.1獨立供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)所謂獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng)，就是不與電網(wǎng)相連的光伏發(fā)電系統(tǒng)。由于獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng)中太陽能是唯一的能量來源，為了保證系統(tǒng)的正常工作，系統(tǒng)中必定存在一個儲能環(huán)節(jié)來儲存和調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)能量。獨立供電的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖2-1所示。整個獨立供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池板、蓄電池、控制器、逆變器組成。太陽能電池板作為系統(tǒng)中的核心部分，其作用是將太陽能直接轉(zhuǎn)換為直流形式的電能，一般只在白天有太陽光照的情況下輸出能量。根據(jù)負載的需要，系統(tǒng)一般選用鉛酸蓄電池作為儲能環(huán)節(jié)，當發(fā)電量大于負載時，太陽能電池通過充電器對蓄電池充電;當發(fā)電量不足時，太陽能電池和蓄電池同時對負載供電。控制器也是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一，包括光伏電池陣列輸出電壓和輸出電流的檢測、蓄電池的充電和放電管理、系統(tǒng)設備的保護、故障診斷定位和運行狀態(tài)指示等。由于整個系統(tǒng)中加入了蓄電池環(huán)節(jié)，所以獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng)可以有效的調(diào)節(jié)能量，但是系統(tǒng)的成本增加，可靠性略微降低。圖2-1獨立運行的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構框圖2.4.2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)指的是，先把光伏電池陣列輸出的直流進行最大功率跟蹤，再將電轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)電壓同幅值、同頻率的交流電，實現(xiàn)與電網(wǎng)相連的系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖2-2所示。光伏發(fā)電系統(tǒng)直接與電網(wǎng)連接，其中逆變器起很重要的作用，要求具有與電網(wǎng)連接的功能。目前常用的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)具有兩種結(jié)構形式，其不同之處在于是否帶有蓄電池作為儲能環(huán)節(jié)。帶有蓄電池環(huán)節(jié)的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，由于此系統(tǒng)中逆變器配有主開關和重要負載開關，使得系統(tǒng)具有不間斷電源的作用，這對于一些重要負荷甚至某些家庭用戶來說具有重要意義。此外，該系統(tǒng)還可以充當功率調(diào)節(jié)器的作用，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、抵消有害的高次諧波分量從而提高電能質(zhì)量。不帶有蓄電池環(huán)節(jié)的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為不可調(diào)度式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器將太陽能電池板產(chǎn)生的直流電能轉(zhuǎn)化為和電網(wǎng)電壓同頻、同相的交流電能，當主電網(wǎng)斷電時，系統(tǒng)自動停止向電網(wǎng)供電。當有日照照射、光伏系統(tǒng)所產(chǎn)生的交流電能超過負載所需時，多余的部分將送往電網(wǎng);夜間當負載所需電能超過光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的交流電能時，電網(wǎng)自動向負載補充電能。與獨立運行的太陽能光伏電站相比，并入大電網(wǎng)可以給太陽能光伏發(fā)電帶來諸多好處:(1)不必考慮負載供電的穩(wěn)定性和供電質(zhì)量的問題。(2)光伏電池可以始終工作在最大功率點處，由大電網(wǎng)來接納太陽能所發(fā)的全部電能，提高了太陽能發(fā)電的效率。(3)因為直接將電能輸入，可以充分利用光伏陣列所發(fā)的電力。省略了作為儲能環(huán)節(jié)的蓄電池，降低了蓄電池充放電的能量損耗，免除了對蓄電池的維護，以及由其帶來的間接污染，降低了系統(tǒng)的成本。(4)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)可以對公用電網(wǎng)起到調(diào)峰作用。但目前光伏發(fā)電系統(tǒng)也存在幾大問題:光伏陣列發(fā)電效率低；系統(tǒng)的造價成本高；發(fā)電運行受氣候環(huán)境因素影響大。同時并網(wǎng)光伏供電系統(tǒng)作為一種分布式發(fā)電系統(tǒng)，對傳統(tǒng)的集中供電系統(tǒng)的電網(wǎng)會產(chǎn)生不良的影響，如諧波污染、孤島效應等。圖2-2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構框圖2.4.3混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)圖2-3為混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)，它區(qū)別于以上兩個系統(tǒng)之處是增加了一臺備用發(fā)電機組，當光伏陣列發(fā)電不足或蓄電池儲量不足時，可以啟動備用發(fā)電機組，它既可以直接給交流負載供電，又可以經(jīng)整流器后給蓄電池充電，所以稱為混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)。圖2-3混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構框圖2.5本章小結(jié)本章主要介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)的各個組成部分，包括太陽能電池板，蓄電池，蓄電池充電器，逆變器。分析了獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，并對混合發(fā)電系統(tǒng)做了簡要的分析和介紹，由于獨立的光伏發(fā)電在我國西部仍然是主要的發(fā)電方式，在市場中占有很大比重，因此本文將著重介紹獨立的光伏發(fā)電系統(tǒng)。第3章獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計3.1負載安裝地點以及運行要求安裝地點：東北電力大學第一教學樓（樓頂）負載情況：三相異步電動機一臺（380V/5kw，白天工作）、220V照明（共2kw，晚上工作）、直流負載（200V，2kw，白天工作）運行要求：異步電動機每天平均工作3小時，照明工作4小時，直流負載工作3小時，遇陰雨天氣，能夠連續(xù)運行1天3.2獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計3.2.1整體電路結(jié)構的設計整個電路有如下幾個部分：光伏電池陣列、蓄電池、DC-DC電路、DC-AC電路、負荷。如圖3-1。圖3-1整體電路結(jié)構控制器：白天給發(fā)電機供電接三相交流電，晚上切換到兩相給電燈供電，實現(xiàn)自動切換。充放電控制器：陰雨天放電，正常天氣充電。3.2.2蓄電池容量的設計(1)蓄電池選擇NP65-12，浮充電壓為1.2V。(2)蓄電池容量Be(AH)計算蓄電池的容量由下列公式(3)計算決定Be=(PL*24*D)/(Kb*V)符號含義D:連續(xù)不日照天數(shù)(一般在3至7天)Kb:安全系數(shù)(放電深度(一般為70%),逆變器效率(根據(jù)廠家數(shù)據(jù)),線損(一般為5%)等)V:系統(tǒng)電壓(V)PL：負荷的消費電力PL=（2*4+5*4）/（4+4）=3.5kwhBe=(PL*24*D)/(Kb*V)=（3.5*24*1）、（0.8*324）=324Ah3.2.3光伏陣列的容量設計太陽電池采用38D97x400型組件，組件的標準功率為38w，工作電壓為17.1v，工作電流為2.22A，安裝地水平面上接收的平均日輻射量為13572（KJ/m2），Kop值為1.1548,最佳傾角44.9o。太陽能電池組組件串聯(lián)數(shù)NsNs=Ur/Uoc=(Uf+Ud+Uc)/Uoc=(324+0.7+1.2)/17.1=19Ur:太陽能電池方陣輸出最小電壓；Uoc:太陽能電池組件的最佳工作電壓；Uf：蓄電池組浮充電壓；Ud：二極管壓降，一般取0.7；Uc：其他因素引起的壓降。太陽能電池組件日發(fā)電量QpQp=IocTKopCz=2.22x3.77x1.1548x0.8=7.732AhT=Ht*2.778/10000=3.77式中：Ioc：太陽能電池組件最佳工作電流；T:：等效峰值太陽小時數(shù)Kop：斜面修正系數(shù)，參考表7-5Cz：修正系數(shù)，主要為組合、衰減、灰塵、充電效率等的損失，一般取0.8兩組最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)Nw，主要考慮要在此段時間內(nèi)將虧損的蓄電池電量補充起來，需補充的蓄電池容量Bcb為：Bcb=AQLNL=1.2x66.7x1=80.04AhQl=2/220*4+5/（3*220）*4=66.7Ah式中：A：安全系數(shù)，取1.1-1.4之間Ql：負載日平均耗電量，為工作電流乘以日工作小時數(shù)Nl：最長連續(xù)陰雨天數(shù)4.太陽能電池組件并聯(lián)數(shù)Np的計算方法計算方法如下：Np=(Bcb+NwQl)/QpNw*n*Fc=(80.04+7*66.7)/(7.732*7)=10.10≈12n：蓄電池充電效率的溫度修正系數(shù)，蓄電池充電效率受到環(huán)境環(huán)境溫度的影響，修正系數(shù)見表7-6Fc：太陽能電池組件表面灰塵、贓物等其他因素引起的損失的總修正系數(shù)（通常取1.05）太陽能電池方陣的功率計算P=PoNsNp=38*19*12=8.664kwPo：太陽能電池組件的額定功率。綜上，太陽能電池功率為8.664kw，蓄電池容量為324Ah。3.3本章小結(jié)綜上，蓄電池選擇NP65-12，浮充電壓為1.2V。太陽電池采用38D97x400型組件，組件的標準功率為38w，工作電壓為17.1v，工作電流為2.22A，安裝地水平面上接收的平均日輻射量為13572（KJ/m2），Kop值為1.1548,最佳傾角44.9o。太陽能電池功率為8.664kw，蓄電池容量為324Ah。第4章重要部分的設計4.1太陽能電池方陣太陽能電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，尺寸一般為4cm2到100cm2不等。太陽能電池單體的工作電壓約為0.5V,工作電流約為20－25mA/cm2,一般不能單獨作為電源使用。將太陽能電池單體進行串并聯(lián)封裝后，就成為太陽能電池組件，其功率一般為幾瓦至幾十瓦，是可以單獨作為電源使用的最小單元。太陽能電池組件再經(jīng)過串并聯(lián)組合安裝在支架上，就構成了太陽能電池方陣，可以滿足負載所要求的輸出功率(見圖4－1)。（1）硅太陽能電池單體常用的太陽能電池主要是硅太陽能電池。晶體硅太陽能電池由一個晶體硅片組成，在晶體硅片的上表面緊密排列著金屬柵線，下表面是金屬層。硅片本身是P型硅，表面擴散層是N區(qū)，在這兩個區(qū)的連接處就是所謂的PN結(jié)。PN結(jié)形成一個電場。太陽能電池的頂部被一層抗反射膜所覆蓋，以便減少太陽能的反射損失。圖4-1太陽能電池單體、組件和方陣太陽能電池的工作原理如下：光是由光子組成，而光子是包含有一定能量的微粒，能量的大小由光的波長決定，光被晶體硅吸收后，在PN結(jié)中產(chǎn)生一對對正負電荷，由于在PN結(jié)區(qū)域的正負電荷被分離，因而可以產(chǎn)生一個外電流場，電流從晶體硅片電池的底端經(jīng)過負載流至電池的頂端。這就是“光生伏打效應”。將一個負載連接在太陽能電池的上下兩表面間時，將有電流流過該負載，于是太陽能電池就產(chǎn)生了電流；太陽能電池吸收的光子越多，產(chǎn)生的電流也就越大。光子的能量由波長決定，低于基能能量的光子不能產(chǎn)生自由電子，一個高于基能能量的光子將僅產(chǎn)生一個自由電子，多余的能量將使電池發(fā)熱，伴隨電能損失的影響將使太陽能電池的效率下降。（2）硅太陽能電池種類目前世界上有3種已經(jīng)商品化的硅太陽能電池：單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池。對于單晶硅太陽能電池，由于所使用的單晶硅材料與半導體工業(yè)所使用的材料具有相同的品質(zhì)，使單晶硅的使用成本比較昂貴。多晶硅太陽能電池的晶體方向的無規(guī)則性，意味著正負電荷對并不能全部被PN結(jié)電場所分離，因為電荷對在晶體與晶體之間的邊界上可能由于晶體的不規(guī)則而損失，所以多晶硅太陽能電池的效率一般要比單晶硅太陽能電池低。多晶硅太陽能電池用鑄造的方法生產(chǎn)，所以它的成本比單晶硅太陽能電池低。非晶硅太陽能電池屬于薄膜電池，造價低廉，但光電轉(zhuǎn)換效率比較低，穩(wěn)定性也不如晶體硅太陽能電池，目前多數(shù)用于弱光性電源，如手表、計算器等。一般產(chǎn)品化單晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為13――15%產(chǎn)品化多晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為11――13%產(chǎn)品化非晶硅太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率為5――8%（3）太陽能電池組件一個太陽能電池只能產(chǎn)生大約0.5V電壓，遠低于實際應用所需要的電壓。為了滿足實際應用的需要，需把太陽能電池連接成組件。太陽能電池組件包含一定數(shù)量的太陽能電池，這些太陽能電池通過導線連接。一個組件上，太陽能電池的標準數(shù)量是36片（10cm×10cm），這意味著一個太陽能電池組件大約能產(chǎn)生17V的電壓，正好能為一個額定電壓為12V的蓄電池進行有效充電。通過導線連接的太陽能電池被密封成的物理單元被稱為太陽能電池組件，具有一定的防腐、防風、防雹、防雨等的能力，廣泛應用于各個領域和系統(tǒng)。當應用領域需要較高的電壓和電流而單個組件不能滿足要求時，可把多個組件組成太陽能電池方陣，以獲得所需要的電壓和電流。太陽能電池的可靠性在很大程度上取決于其防腐、防風、防雹、防雨等的能力。其潛在的質(zhì)量問題是邊沿的密封以及組件背面的接線盒。這種組件的前面是玻璃板，背面是一層合金薄片。合金薄片的主要功能是防潮、防污。太陽能電池也是被鑲嵌在一層聚合物中。在這種太陽能電池組件中，電池與接線盒之間可直接用導線連接。組件的電氣特性主要是指電流－電壓輸出特性，也稱為Ⅴ－Ⅰ特性曲線，如圖1－3所示。Ⅴ－Ⅰ特性曲線可根據(jù)圖1－3所示的電路裝置進行測量。Ⅴ－Ⅰ特性曲線顯示了通過太陽能電池組件傳送的電流Im與電壓Vm在特定的太陽輻照度下的關系。如果太陽能電池組件電路短路即V＝0，此時的電流稱為短路電流Isc；如果電路開路即I＝0，此時的電壓稱為開路電壓Voc。太陽能電池組件的輸出功率等于流經(jīng)該組件的電流與電壓的乘積，即P＝VI。I:電流Isc:短路電流Im:最大工作電流V:電壓Voc:開路電壓Vm:最大工作電壓圖4-2太陽能電池的電流－電壓特性曲線當太陽能電池組件的電壓上升時，例如通過增加負載的電阻值或組件的電壓從零（短路條件下）開始增加時，組件的輸出功率亦從0開始增加；當電壓達到一定值時，功率可達到最大，這時當阻值繼續(xù)增加時，功率將躍過最大點，并逐漸減少至零，即電壓達到開路電壓Voc。太陽能電池的內(nèi)阻呈現(xiàn)出強烈的非線性。在組件的輸出功率達到最大點，稱為最大功率點；該點所對應的電壓，稱為最大功率點電壓Vm（又稱為最大工作電壓）；該點所對應的電流，稱為最大功率點電流Im（又稱為最大工作電流）；該點的功率，稱為最大功率Pm。隨著太陽能電池溫度的增加，開路電壓減少，大約每升高1C每片電池的電壓減少5mV，相當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1C，則最大功率減少0.4%。所以，太陽直射的夏天，盡管太陽輻射量比較大，如果通風不好，導致太陽電池溫升過高，也可能不會輸出很大功率。由于太陽能電池組件的輸出功率取決于太陽輻照度、太陽能光譜的分布和太陽能電池的溫度，因此太陽能電池組件的測量在標準條件下（STC）進行，測量條件被歐洲委員會定義為101號標準，其條件是：光譜輻照度 1000W/m2大氣質(zhì)量系數(shù) AM1.5太陽電池溫度 25℃在該條件下，太陽能電池組件所輸出的最大功率被稱為峰值功率，表示為Wp(peakwatt)。在很多情況下，組件的峰值功率通常用太陽模擬儀測定并和國際認證機構的標準化的太陽能電池進行比較。通過戶外測量太陽能電池組件的峰值功率是很困難的，因為太陽能電池組件所接受到的太陽光的實際光譜取決于大氣條件及太陽的位置；此外，在測量的過程中，太陽能電池的溫度也是不斷變化的。在戶外測量的誤差很容易達到10％或更大。如果太陽電池組件被其它物體(如鳥糞、樹蔭等)長時間遮擋時，被遮擋的太陽能電池組件此時將會嚴重發(fā)熱，這就是“熱斑效應”。這種效應對太陽能電池會造成很嚴重地破壞作用。有光照的電池所產(chǎn)生的部分能量或所有的能量，都可能被遮蔽的電池所消耗。為了防止太陽能電池由于熱班效應而被破壞，需要在太陽能電池組件的正負極間并聯(lián)一個旁通二極管，以避免光照組件所產(chǎn)生的能量被遮蔽的組件所消耗。連接盒是一個很重要的元件：它保護電池與外界的交界面及各組件內(nèi)部連接的導線和其他系統(tǒng)元件。它包含一個接線盒和1只或2只旁通二極管。4.2光伏電源充放電控制器4.2.1控制器的功能：（1）高壓（HVD）斷開和恢復功能：控制器應具有輸入高壓斷開和恢復連接的功能。（2）欠壓（LVG）告警和恢復功能：當蓄電池電壓降到欠壓告警點時，控制器應能自動發(fā)出聲光告警信號。（3）低壓（LVD）斷開和恢復功能：這種功能可防止蓄電池過放電。通過一種繼電器或電子開關連結(jié)負載，可在某給定低壓點自動切斷負載。當電壓升到安全運行范圍時，負載將自動重新接入或要求手動重新接入。有時，采用低壓報警代替自動切斷。（4）保護功能：①防止任何負載短路的電路保護。②防止充電控制器內(nèi)部短路的電路保護。③防止夜間蓄電池通過太陽電池組件反向放電保護。④防止負載、太陽電池組件或蓄電池極性反接的電路保護。⑤在多雷區(qū)防止由于雷擊引起的擊穿保護。（5）溫度補償功能：當蓄電池溫度低于２５℃時，蓄電池應要求較高的充電電壓，以便完成充電過程。相反，高于該溫度蓄電池要求充電電壓較低。4.2.2控制器的分類光伏充電控制器基本上可分為五種類型：并聯(lián)型、串聯(lián)型、脈寬調(diào)制型、智能型和最大功率跟蹤型。（1）并聯(lián)型控制器：當蓄電池充滿時，利用電子部件把光伏陣列的輸出分流到內(nèi)部并聯(lián)電阻器或功率模塊上去，然后以熱的形式消耗掉。因為這種方式消耗熱能，所以一般用于小型、低功率系統(tǒng)，例如電壓在１２伏、２０安以內(nèi)的系統(tǒng)。這類控制器很可靠，沒有如繼電器之類的機械部件。（2）串聯(lián)型控制器：利用機械繼電器控制充電過程，并在夜間切斷光伏陣列。它一般用于較高功率系統(tǒng)，繼電器的容量決定充電控制器的功率等級。比較容易制造連續(xù)通電電流在４５安以上的串聯(lián)控制器。（3）脈寬調(diào)制型控制器：它以PWM脈沖方式開關光伏陣列的輸入。當蓄電池趨向充滿時，脈沖的頻率和時間縮短。按照美國桑地亞國家實驗室的研究，這種充電過程形成較完整的充電狀態(tài)，它能增加光伏系統(tǒng)中蓄電池的總循環(huán)壽命。（4）智能型控制器：采用帶CPU的單片機（如Intel公司的MCS51系列或Microchip公司PIC系列）對光伏電源系統(tǒng)的運行參數(shù)進行高速實時采集，并按照一定的控制規(guī)律由軟件程序?qū)温坊蚨嗦饭夥嚵羞M行切離/接通控制。對中、大型光伏電源系統(tǒng)，還可通過單片機的RS232接口配合MODEM調(diào)制解調(diào)器進行遠距離控制。（5）最大功率跟蹤型控制器：將太陽電池的電壓U和電流I檢測后相乘得到功率P，然后判斷太陽電池此時的輸出功率是否達到最大，若不在最大功率點運行，則調(diào)整脈寬，調(diào)制輸出占空比D，改變充電電流，再次進行實時采樣，并作出是否改變占空比的判斷，通過這樣尋優(yōu)過程可保證太陽電池始終運行在最大功率點，以充分利用太陽電池方陣的輸出能量。同時采用PWM調(diào)制方式，使充電電流成為脈沖電流，以減少蓄電池的極化，提高充電效率。4.2.3控制器的基本電路和工作原理（1）單路并聯(lián)型充放電控制器：圖4-3單路并聯(lián)型充放電控制器并聯(lián)型充放電控制器充電回路中的開關器件T1是并聯(lián)在太陽電池方陣的輸出端，當蓄電池電壓大于“充滿切離電壓”時，開關器件T1導通，同時二極管D1截止，則太陽電池方陣的輸出電流直接通過T1短路泄放，不再對蓄電池進行充電，從而保證蓄電池不會出現(xiàn)過充電，起到“過充電保護”作用。D1為防“反充電二極管”，只有當太陽電池方陣輸出電壓大于蓄電池電壓時，D1才能導通，反之D1截止，從而保證夜晚或陰雨天氣時不會出現(xiàn)蓄電池向太陽電池方陣反向充電，起到“放反向充電保護”作用。開關器件T2為蓄電池放電開關，當負載電流大于額定電流出現(xiàn)過載或負載短路時，T2關斷，起到“輸出過載保護”和“輸出短路保護”作用。同時，當蓄電池電壓小于“過放電壓”時，T2也關斷，進行“過放電保護”。D2為“防反接二極管”，當蓄電池極性接反時，D2導通使蓄電池通過D2短路放電，產(chǎn)生很大電流快速將保險絲BX燒斷，起到“防蓄電池反接保護”作用。檢測控制電路隨時對蓄電池電壓進行檢測，當電壓大于“充滿切離電壓”時使T1導通進行“過充電保護”；當電壓小于“過放電壓”時使T2關斷進行“過放電保護”。（2）串聯(lián)型充放電控制器：串聯(lián)型充放電控制器和并聯(lián)型充放電控制器電路結(jié)構相似，唯一區(qū)別在于開關器件T1的接法不同，并聯(lián)型T1并聯(lián)在太陽電池方陣輸出端，而串聯(lián)型T1是串聯(lián)在充電回路中。當蓄電池電壓大于“充滿切離電壓”時，T1關斷，使太陽電池不再對蓄電池進行充電，起到“過充電保護”作用。其它元件的作用和串聯(lián)型充放電控制器相同，不再贅述。圖4-4單路并聯(lián)型充放電控制器（3）檢測控制電路的組成和工作原理：圖4-5單路并聯(lián)型充放電控制器檢測控制電路包括過壓檢測控制和欠壓檢測控制兩部分。檢測控制電路是由帶回差控制的運算放大器組成。A1為過壓檢測控制電路，A1的同相輸入端由W1提供對應“過壓切離”的基準電壓，而反相輸入端接被測蓄電池，當蓄電池電壓大于“過壓切離電壓”時，A1輸出端G1為低電平，關斷開關器件T1，切斷充電回路，起到過壓保護作用。當過壓保護后蓄電池電壓又下降至小于“過壓恢復電壓”時，A1的反相輸入電位小于同相輸入電位，則其輸出端G1由低電平跳變至高電平，開關器件T1由關斷變導通，重新接通充電回路?！斑^壓切離門限”和“過壓恢復門限”由W1和R1配合調(diào)整。A2為欠壓檢測控制電路，其反相端接由W2提供的欠壓基準電壓，同相端接蓄電池電壓（和過壓檢測控制電路相反），當蓄電池電壓小于“欠壓門限電平”時，A2輸出端G2為低電平，開關器件T2關斷，切斷控制器的輸出回路，實現(xiàn)“欠壓保護”。欠壓保護后，隨著電池電壓的升高，當電壓又高于“欠壓恢復門限”時，開關器件T2重新導通，恢復對負載供電?！扒穳罕Ｗo門限”和“欠壓恢復門限”由W2和R2配合調(diào)整。4.3DC-DC變換器的設計4.3.1DC-DC變換器原理DC-DC變換器，亦稱為直流斬波器。將一種幅值的直流電壓變換成另一幅值固定或大小可調(diào)的直流電壓的過程稱為直流-直流電壓變換。它的基本原理是通過對電力電子器件的通斷控制，將直流電壓斷續(xù)地加到負載上，通過改變占空比D來改變輸出電壓的平均值。它是一種開關型DC-DC變換電路，俗稱斬波器（Chopper）。DC-DC變換器可以分為很多種，按照調(diào)制形式可分為脈沖寬度調(diào)制（PWM）、脈沖頻率調(diào)制（PFM）、混合調(diào)制。按照變換電路的功能可分為降壓式直流-直流變換（BuckConverter）、升壓式直流-直流變換器（BoostConverter）、升壓-降壓復合型直流-直流變換器（Boost-BuckConverter）、庫克直流-直流變換（CukConverter）、全橋式直流-直流變換（FullBridgeConverter）。按輸入直流電源和負載交換能量的形式又可分為單象限直流斬波器、二象限直流斬波器。以下簡單以升壓電路為例：升壓式DC/DC變換器主要用于輸出電流較小的場合，只要采用1~2節(jié)電池便可獲得3~12V工作電壓，工作電流可達幾十毫安至幾百毫安，其轉(zhuǎn)換效率可達70%-80%。升壓式DC/DC變換器的基本工作原理如圖4-6所示。圖4-6升壓式DC/DC變換器電路中的VT為開關管，當脈沖振蕩器對雙穩(wěn)態(tài)電路置位(即Q端為1)時，VT導通，電感VT中流過電流并儲存能量，直到電感電流在RS上的壓降等于比較器設定的閩值電壓時，雙穩(wěn)態(tài)電路復位，即Q端為0。此時VT截止，電感LT中儲存的能量通過一極管VD1供給負載，同時對C進行充電。當負載電壓要跌落時，電容C放電，這時輸出端可獲得高于輸大端的穩(wěn)定電壓。輸出的電壓由分壓器R1和R2分壓后輸入誤差放大器，并與基準電壓一起去控制脈沖寬度，由此而獲得所需要的電壓，即V0=VR*(R1/R2+1)式中:VR——基準電壓。降壓式DC/DC變換器的輸出電流較大，多為數(shù)百毫安至幾安，因此適用于輸出電流較大的場合。降壓式DC/DC變換器基本工作原理電路如圖所示。VT1為開關管，當VT1導通時，輸入電壓Vi通過電感L1向負載RL供電，與此同時也向電容C2充電。在這個過程中，電容C2及電感L1中儲存能量。當VT1截止時，由儲存在電感L1中的能量繼續(xù)向RL供電，當輸出電壓要下降時，電容C2中的能量也向RL放電，維持輸出電壓不變。二極管VD1為續(xù)流二極管，以便構成電路回路。輸出的電壓Vo經(jīng)R1和R2組成的分壓器分壓，把輸出電壓的信號反饋至控制電路，由控制電路來控制開關管的導通及截止時間，使輸出電壓保持不變。4.3.2基于MATLAB/SIMULINK/SimPowerSystems的仿真運用SIMULINK中的SimPowerSystems工具箱可以根據(jù)實際電路進行建模和仿真，給使用者帶來了極大的方便。圖4-7MATLAB的BoostDC/DC變換器仿真模型如圖4-7中所建模型都是使用理想的器件，可以根據(jù)實際情況MOSFET管的寄生電容和電感進行賦值。仿真參數(shù)設置如下：Vin=400V、L=5mH、C=16μF、R=156.8?、PWM信號頻率f=20kHz、占空比D=20%。利用MATLAB軟件對升壓式DC-DC變換器進行建模仿真，仿真模型的輸出電壓仿真結(jié)果如下圖4-3所示：圖4-8SimPowersystems方法的輸出電壓波形4.4DC-AC逆變器的設計4.4.1逆變器的原理通常把交流電能變換成直流電能的過程稱之為整流，相控整流是最常見的交-直流變換過程；而把直流電能變換成交流電能的過程稱之為逆變，它是整流的逆過程。在逆變電路中，按照負載性質(zhì)的不同，逆變分為有源逆變和無源逆變。如果把該電路的交流側(cè)接到交流電源上，把直流電能經(jīng)過直-交流變換，逆變成與交流電源同頻率的交流電返送到電網(wǎng)上去，稱作有源逆變。相應的裝置稱為有源逆變器，控制角大于90°的相控整流器為常見的有源逆變器。而把直流電能變換為交流電能，直接向非電源負載供電的電路，稱之為無源逆變電路，又稱為變頻器。逆變器類型有他勵逆變器、自勵逆變器、脈寬調(diào)制（PWM）型逆變器。其中他勵逆變器需要外部交流電壓源，給晶閘管提供整流電壓。他勵逆變器主要應用在大功率并網(wǎng)情況下；對于功率低于1MW的光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要采用自勵逆變器方式。自勵逆變器不需要外部交流電壓源，整流電壓由逆變器的一部分儲能元件（比如電容）來提供或者通過增加待關斷整流閥（像MOSFET或IGBT）的電阻值來實現(xiàn)。輸出電壓被脈沖調(diào)制的自勵逆變器被稱為脈沖逆變器。這種逆變器通過增加周期內(nèi)脈沖的切換次數(shù)，來降低電壓、電流的諧波含量；諧波含量與脈沖切換次數(shù)呈正比。目前，并網(wǎng)逆變器的輸出控制模式主要有兩種：電壓型控制模式和電流型控制模式。電壓型控制模式的原理是以輸出電壓作為受控量，系統(tǒng)輸出和電網(wǎng)電壓同頻同相的電壓信號，整個系統(tǒng)相當于一個內(nèi)阻很小的受控電壓源；電流型控制模式的原理則是以輸出電感電流作為受控目標，系統(tǒng)輸出和電網(wǎng)電壓同頻同相的電流信號，整個系統(tǒng)相當于一個內(nèi)阻較大的受控電流源。逆變技術是將電能由直流變?yōu)榻涣鞯幕究刂萍夹g，和整流技術正好相反，也是電力電子技術中重要的組成部分。逆變技術的基本原理是通過半導體功率開關器件(例如SCR，GTO，IGBT和功率MOSFET模塊等)的導通和關斷將直流電能變換得到能滿足負載對電壓和頻率要求的、質(zhì)量較高的交流電能?，F(xiàn)代逆變技術多種多樣，可以按照多種不同的分類方式進行區(qū)分。4.4.2太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)對逆變電源的要求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