光伏发电逆变系统的设计与实现,学生：唐汉森,指导教师：杨旭辉,2012年6月9日,简介,一、选题背景,二、总体方案设计思路,三、总结,一、选题背景,背景：能源危机、环境污染、全球变暖，,寻找清洁的可再生能源,。,意义：解决上述问题，实现人类社会的持续发展,光伏效应：早在1839年，法国科学家贝克雷尔就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。,1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。,中国太阳电池的研究始于1958年，1959年研制成功第1个有实用价值的太阳电池。,二、总体方案设计思路,图一 光伏发电逆变系统框图,系统主要由光伏电池阵列、充放电电路、控制电路、逆变电路、驱动电路和滤波电路几部分组成。,光伏发电系统简介,光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统。有独立运行和并网运行两种方式。,独立运行的光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置，主要用于无电网的边远地区和人口分散地区，整个系统造价很高；并网式光伏发电系统直接与电网连接并网运行，省去蓄电池，不仅可以大幅度降低造价，而且具有更高的发电效率和更好的环保性能。,光伏电池特性,当光伏阵列输出电压比较小时，随着电压的变化，输出电流变化很小，光伏阵列类似为一个恒流源；当电压超过一定的临界值继续上升时，电流急剧下降，此时的光伏阵列类似为一个恒压源。光伏阵列的输出功率则随着输出电压的升高有一个输出功率最大点。最大功率跟踪器的作用是在温度和辐射强度都变化的环境里，通过改变光伏阵列所带的等效负载，调节光伏阵列的工作点，使光伏阵列工作在输出功率最大点。,图二 光伏电池特性曲线,太阳能电池阵的IV特性曲线和输出功率之间的关系对用户很重要，因为逆变器会在峰值功率点取得最大输出功率。,图三 光伏电池IV特性曲线,MPPT控制器,根据太阳电池的工作原理，当光照强度，温度等自然条件改变时，太阳电池的输出特性将随之改变，输出功率及最大工作点亦相应改变。在实际的应用系统中，自然光的辐射强度及大气的透光率均处于动态变化中，这就给光伏系统的应用带来了困难。因此,MPPT（最大功率点跟踪）控制器即来保证电源和负载之间的和谐，高效，稳定的工作状态，并且系统在任何日照强度下都能工作在最优状态。,它的主要功能是：检测主回路直流侧电压及输出电流，计算出太阳电池阵列的输出功率，并实现对最大功率点的追踪；实现特殊的保护功能如欠电压，过负荷，过低负荷,工作原理：实际上最大功率点的跟踪是一个自寻优过程。通过对光伏电池当前输出电压与电流的检测,得到当前光伏电池输出功率,再与已存储的前一时刻光伏电池功率相比较,舍小存大,再检测、再比较。如此不停地周而复始,便可使光伏电池动态工作在最大功率点上。,登山法（扰动观察法）的主要思想是通过周期性地给太阳能电池的输出电压加扰动,比较其输出功率与前一周期的输出功率的大小。如果功率增加,在下一个周期以同样方向加扰动,否则改变扰动的方向。,扰动电阻R和MOSFET串连在一起，在输出电压基本稳定的条件下，通过改变MOSFET的占空比，来改变通过电阻的平均电流，因此产生了电流的扰动。同时，光伏电池的输出电流电压亦将随之变化，通过测量扰动前后光伏电池输出功率和电压的变化，以决定下一周期的扰动方向，当扰动方向正确时太阳能光能板输出功率增加，下周期继续朝同一方向扰动，反之，朝反方向扰动，如此，反复进行着扰动与观察来使太阳能光电板输出达最大功率点。,逆变电路,实现逆变有很多种典型的电路拓扑，主要有推挽逆变拓扑、半桥逆变拓扑、全桥逆变拓扑三种，本文将对这三种拓扑进行介绍。,推挽电路只用两个开关元器件，比全桥电路少用了一半的开关器件，可以提高能量利用率，另外驱动电路具有公共地，驱动简单，适用原边电压比较低的场合，但由于本身电路的结构特点，推挽电路拓扑无法输出正弦电压波形，只能输出方波电压波形，适用于1KW 以下的方波电压方案。,半桥逆变电路其功率开关元器件也比较少，结构简单，但主电路交流输出的电压幅值仅为ui/2，在同等容量下，其功率开关的额定电流为全桥逆变电路中的功率元器件额定电流的2 倍，由于分压电容的作用，该电路还具有较强的抗电压输出不平衡能力。,全桥逆变电路使用了4个开关元器件，开关端电压为Ui，在相同的直流输入电压下，其最大输出电压是半桥逆变电路的两倍。这就意味着在输出相同功率的情况下，全桥逆变器输出电流和通过开关元器件的电流均为半桥逆变电路的一半，但驱动电路相比于前面两种来得复杂。,电流采样电路,图上的电压经过一个同相比较放大器，得到了检测出的电压信号的表达式：,上式中，Is为需要检测的电流，Vs为检测出的电压信号。,温度检测电路,热敏电阻RT1和测量电阻RF1组成一个简单的分压电路，分压值随着温度值变化而变化数值，这个电压的大小将反映出NTC 电阻的大小从而得到相应的温度值。NTC选用25对应阻值10K的热敏电阻，TFB引脚的过温电压设定在4.3V，当发生过温保护时，关闭所有功率MOSFET使输出电压到低电平，一旦进入过温保护后，EG8010将重新判断工作温度，如果TFB引脚的电压低于4.0V，EG8010将退出过温保护，逆变器正常工作。,三、总结,