電氣工程及其自動化專業(yè)【畢業(yè)設計+文獻綜述+開題報告】小型獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器的設計 （20_ _屆）本科畢業(yè)設計小型獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器的設計摘 要隨著石油、煤和天然氣等主要能源日益減少，新能源的開發(fā)利用越來越引起人們的關注。太陽能作為新能源的一種是非常理想的清潔能源，近年來，由于能源問題和氣候問題日益突出，太陽能的應用與普及得到了很大的發(fā)展。我國的太陽能資源豐富，為太陽能的開發(fā)利用創(chuàng)造了有利條件。為了充分利用太陽能電池的輸出能量，應采用高效的電力電子裝置，對太陽能電池輸出地能量形式進行變換。本文在直流升壓環(huán)節(jié)采用Boost電路，在逆變環(huán)節(jié)SPWM全橋逆變技術，有助于降低系統(tǒng)體積并調(diào)高系統(tǒng)效率。整個設計分為硬件和軟件設計兩部分，其中硬件分為直流升壓環(huán)節(jié)和逆變環(huán)節(jié)。最后，本設計給出了仿真電路和仿真結果，得到了預期的結果。關鍵字：光伏發(fā)電，逆變器，SPWM，升壓電路The design of inverters in small stand-alone PV systemsAbstractWith the increasing decrease of main energy such as oil, coal and gas, the development and utilization of new energy draw peoples more and more attentions. Solar energy as one of new energies is a very desirable clean energy. Recent years, because of the energy and climate problems becoming outstanding, the utilization and popularization of solar energy acquire amazing development. The rich solar energy in our country creates advantages for the development and utilization of solar energy. In order to fully utilize the output energy of solar batteries, so we should use high efficient power electrics devices and invert the output of solar batteries. The paper used the Boost circuit as direct current boosting part and used the SPWM full bridge invert technology in inverting part in order to decrease the system size and improve the efficiency. The whole design can divide two parts, one is the hardware, the other is software. In the hardware part, we can divide direct current booting part and inverting part. At last, I got the simulation results and predictable outcome.Keywords: photovoltaic system, inverter, SPWM, Boost circuit目錄摘 要IIIAbstractIV1 緒論11.1太陽能及其開發(fā)背景11.2獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的簡介31.3國內(nèi)外光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢31.4逆變技術的現(xiàn)狀與發(fā)展61.5 本課題的設計任務72 光伏發(fā)電系統(tǒng)的相關概念82.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類82.2獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成93 逆變器的工作原理及其控制113.1 逆變電源基本工作原理113.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器主電路的基本形式123.3 逆變器控制方案比較133.4 SPWM控制技術及其原理143.4.1 SPWM控制的基本原理143.4.2 單極性和雙極性SPWM控制方式154 逆變電源的軟硬件設計184.1 光伏發(fā)電逆變電源的系統(tǒng)結構184.2 直流升壓電路設計194.2.1 Boost升壓環(huán)節(jié)主電路194.2.2 控制電路的設計194.2.3 保護電路設計224.3 逆變電路設計244.4 控制電路設計254.5 輸入過欠壓保護電路的設計264.6 逆變電源的軟件設計275 仿真結果315.1 仿真電路315.2 仿真結果326 結論與展望33參考文獻34致謝351 緒論進入21世紀，人類對能源的關注越來越大，能源成為制約人類社會快速發(fā)展的一個重要原因。太陽能作為未來的能源是一種非常理想的可利用新能源，近年來由于人們對能源、環(huán)境問題的日益關注，太陽能的應用與普及越來越受到人們的重視，應用領域也越來越廣泛。我國的太陽能資源豐富，為太陽能的利用創(chuàng)造了有利條件。根據(jù)太陽能的特點和世紀應用的需要，目前太陽能發(fā)電分為光熱發(fā)電的光伏發(fā)電。通常說的太陽能發(fā)電是指太陽能光伏發(fā)電1,2。1.1太陽能及其開發(fā)背景太陽的基本結構是一個由熾熱氣體構成的球體，主要有氫和氦組成，其中氫占80%，氦占19%。太陽能是太陽內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應過程產(chǎn)生的能量。據(jù)計算，太陽輻射每秒抵達地球表面的能量高達8.0×1013kW，相當于550萬噸標準煤燃燒產(chǎn)生的能量。地球每年接收的太陽能相當于目前地球上每年燃燒的固、液、氣體燃料產(chǎn)生的能量的2000倍左右，太陽能資源總量相當于現(xiàn)在人類所利用能源的1萬多倍。地球上的風能、誰能、海洋溫差能、波浪能和生物質(zhì)能以及部分潮汐能都來源于太陽；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然氣等），從根本上說也是自遠古以來儲存下來的太陽能。廣義的太陽能所包括的范圍非常廣，下一的太陽能則限于太陽輻射能的光熱、光電和光化學的直接轉換3,4。在20世紀的世界能源結構中，人類所利用的一次能源主要是石油、天然氣和煤炭等化石能源。這些化石能源本質(zhì)上是數(shù)萬年前甚至更長時間以來太陽能輻射到地球上的一部分能源儲存到古生物中，經(jīng)滄海桑田的變化而演化成今天地球上的能源礦藏。它們是古生物化石的特殊形態(tài)。經(jīng)過人類數(shù)千年，特別是近百年的消費，這些化石能源已被消耗了相當比例。隨著經(jīng)濟的發(fā)展、人口的增加和社會生活水平的提高，未來世界能源消費量將持續(xù)增長，世界上的化石能源消費總量總有一天將達到極限。隨著化石能源的逐步消耗，能源危機已展現(xiàn)在人類面前。在21世紀初進行的關于世界能源儲量數(shù)據(jù)的調(diào)查顯示：石油可采量為39.9年，天然氣可采量為61年煤炭可采量為227年?？梢姡茉吹目砷_采量已經(jīng)是屈指可數(shù)了。中國的能源資源儲量情況更是危機逼人。按2000年底的統(tǒng)計，探明經(jīng)濟可開發(fā)能源總儲量約占世界總量的10.1%。中國能源剩余可開采總儲量的結構為：原煤占58.8%，原油占3.4%，天然氣占1.3%，水資源占36.5%。我國能源經(jīng)濟可開發(fā)剩余可采儲量的資源保證程度僅為129.7年。中國各種一次能源的探明剩余儲量 以儲/采比表示 與世界的比較見圖1-1所示圖1-1 一次能源的探明剩余儲量比較由此可見，除太陽能以外，中國各種一次能源資源均低于世界平均水平，中國的能源需求面臨更嚴重的挑戰(zhàn)4,6,7,8。研究和時間表明，太陽直接輻射到地球的能量豐富，分布廣泛，可以再生，不污染環(huán)境，是國際社會公認的理想替代能源。根據(jù)國際權威機構的預測，到21世紀50年代，即2050年，全球直接利用太陽能的比例將會發(fā)展到世界能源結構中的13%15%之間，而整個可再生能源在能源結構中的比例將大于50%，如表1-1所示表1-1 可再生能源和太陽能在未來能源結構中的比例 % 時段200020102020203020402050日本預測可再生能源19.420.223.533.642.753.4太陽能-1.97.913.5Shell預測可再生能源18.322.220.932.343.354.6太陽能-2.68.414.9平均可再生能源18.921.222.2334354太陽能-2.38.214.2可以看到，太陽能將是目前大量應用的化石能源的主要替代能源之一，所以要大力開發(fā)太陽能，緩解人類的能源危機1,2。1.2獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的簡介獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池陣列、蓄電池組、MPPT控制器、逆變器、直流負載、交流負載等主要部分組成。圖1-2 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)構成圖1.3國內(nèi)外光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢國際上太陽電池的研究與開發(fā)具有領先地位的主要是德國、日本、美國、澳大利亞等發(fā)達國家。澳大利亞以新南威爾士大學的馬丁教授為代表，在單晶硅太陽電池研究上居世界領先地位，近年來首次提出了第三代太陽電池的概念，為太陽電池的發(fā)展做出了很大的貢獻。從太陽電池產(chǎn)業(yè)和利用來看，日本、德國、英國、美國和西班牙發(fā)展很快。2004年世界十大太陽電池廠名單可見表1-2。中國有兩家企業(yè)并列第十名5。其中日本的太陽電池產(chǎn)業(yè)實力雄厚，有4家企業(yè)名列其中，其中兩家企業(yè)分享第一、第二位置。德國有兩家企業(yè)，分別處于并列第四和第八名。美國的AP（GE收購）和法國的Photowatt（加拿大收購）已經(jīng)不在十大名單之列。德國的Q-Cells是非常成功的企業(yè)之一，該廠只生產(chǎn)太陽電池，而且一開始就定位于大尺寸、超薄的多晶硅片，同時保持較高的電池轉換效率。我國的尚德（Suntech）是發(fā)展歷史較短的企業(yè)，但已急起直追，在2004年生產(chǎn)了35MW太陽電池，為我國太陽電池工業(yè)的發(fā)展做出了重要貢獻。表1-2 世界十大太陽電池廠20032005年產(chǎn)量與排名生產(chǎn)廠2003年2004年2005年20032004年Sharp1,197.9 26.4%1,324.0 25.8%排名不變比例下降Kyocera2,72.0 9.6%2,105.0 8.3%排名不變比例下降BP Solar3,69.3 9.2%3,84 6.8%排名不變比例下降Mitsubishi Electric6,42.0 5.6%4,75 6.0%上升2名比例上升Q-Cells9,28.2 3.8%4,75 6.0%170上升5名比例上升Shell Solar4,62.0 8.3%6,72.0 5.7%下降2名比例下降Sanyo8,35.0 4.7%7,65.0 5.4%下降1名比例上升RWE Schott Solar5,44.0 5.9%8,63.0 5.0%82下降3名比例下降Isofoton7,35.2 4.7%9,53.3 4.2%75下降2名比例下降Motech10,17.0 2.3%10,35.0 2.8%88排名不變比例上升Suntech16,8.0 1.1%10,35.0 2.8%100上升6名比例上升合計 81.6% 78.8%從1995年以后，世界太陽電池一直保持高速的發(fā)展，主要是德國和日本兩國在光伏利用方面采取了一系列的措施，通過政策的推進達到了很好的效果。2004年世界太陽電池生產(chǎn)總量1256MW，而日本占了將近一般的產(chǎn)量，歐洲占了近三分之一。從表3可見，我國太陽電池產(chǎn)量在2003年還不足印度產(chǎn)量的一半，到2004年已經(jīng)超出印度15MW的產(chǎn)量，這是很了不起的事情。但從所占比例來看，2004年我國太陽電池僅占世界總產(chǎn)量的4%左右，因此我國應加大太陽電池工業(yè)發(fā)展的步伐。表1-3 太陽電池產(chǎn)量地區(qū)分布國家或地區(qū)2003年2004年日本365.4 48.7%594.1 47.3%歐洲202.3 27.0%344.1 27.4%美國96.3 12.8%141.5 11.3%中國14 1.9%51.8 4.1%印度26.1 3.5%36.3 2.9%澳大利亞26.2 3.5%33.1 2.6%中東1.4 0.1%其他亞洲國家19.4 2.6%53.5 4.3%合計 750 1256 從太陽電池的種類來看，硅材料太陽電池占主導地位，特別是晶體硅太陽電池。從表1-4可見，加上單晶硅、多晶硅和帶硅電池，2004年晶體硅電池所占比例超過94%，非晶硅電池從1999年的12%降到2004年的4%。其他兩種薄膜電池發(fā)展也極為緩慢，因此有人認為薄膜太陽電池廠停產(chǎn)或減產(chǎn)。一些戲劇性的發(fā)展變化令人深思，一般認為多晶硅電池所占比例將越來越多，但2004年單晶硅電池比例上升，而多晶硅電池比例下降。這主要是由于多晶硅材料材料的來源受到限制，此外單晶硅電池的生產(chǎn)技術也在繼續(xù)發(fā)展：一是單晶硅可實現(xiàn)大規(guī)模高效率電池生產(chǎn)，如日本Sanyo和美國Sunpower都實現(xiàn)了20%單晶硅電池的規(guī)?；a(chǎn)；二是單晶硅更容易向超薄片電池工藝路線發(fā)展，德國研究機構可將單晶硅制成40um的厚度，所制成的電池的效率也達到了20%左右。這些都促使人們繼續(xù)大力發(fā)展單晶硅太陽電池。表1-4 19992004年各類太陽電池產(chǎn)量百分比/%電池種類199920002001200220032004Mono-Si40.837.434.636.432.236.4Poly-Si42.148.250.251.657.254.7Si-sheets4.14.35.64.64.43.3a-Si12.39.68.96.44.54.4CdTe0.50.30.50.71.11.1CIS0.20.20.20.20.60.4從現(xiàn)有的發(fā)展來看，硅材料太陽電池在10年以至更長的時間里主導地位不會改變。因此，晶體硅太陽電池應當在我國得到重點發(fā)展。一些關于硅材料太陽電池，特別是晶體硅太陽能電池已經(jīng)很成熟無需繼續(xù)研究的觀點應該改變9,10。德國2003年圓滿完成10萬屋頂計劃，2000年首先頒布可再生能源法，2003年又公布可再生能源促進法，由此引發(fā)了德國光伏發(fā)展的新一輪高峰期。2004年德國發(fā)電總量達到601TW?H，其中可再生能源發(fā)電占9.3%各種可再生能源發(fā)電所占比例可參見表1-5。表1-5 2004德國可再生能源發(fā)電統(tǒng)計風能水力生物質(zhì)能光伏合計25TE?h219.40.555.9德國政府在推廣光伏發(fā)電方面采取了一系列有力措施，主要是銀行貸款和上網(wǎng)電價補貼等。在德國，自家屋頂上安裝一套發(fā)電設備相當于辦一個企業(yè)，發(fā)出的電輸入公共電網(wǎng)，國家最高給予57.4cent/kW?h的補貼，而從公共電網(wǎng)用電的電價少于30cent/kW?h，也就是說，安裝光伏發(fā)電設備可以得到高的經(jīng)濟回報。因此，目前德國光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為一個非?；钴S的經(jīng)濟行業(yè)。2004年德國光伏安裝總量首次超過日本，走在了世界的前列，這也為我國的光伏發(fā)展提供了許多值得借鑒的經(jīng)驗，應當對德國的可再生能源的政策和技術進行深入的了解，這對我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義3。中國是世界最大的發(fā)展中國家，人口眾多。國民經(jīng)濟建設的發(fā)展，人民生活水平的提高，社會各項事業(yè)的進步，必將對能源的供應提出更多、更高的要求。中國光伏發(fā)電的需求量巨大，市場廣闊。各方面的預測表明，21世紀中葉太陽能將成為中國能源直接供應的一支主力軍11,12,13,14,15。光伏發(fā)電已成為現(xiàn)實，并在全球范圍內(nèi)迅猛發(fā)展。如果說石化能源是20世紀的能源主體，那么可以說以太陽能為主體的新能源將成為21世紀人類能源的主體，掌握了未來的能源就掌握了人類未來的命運，光伏發(fā)電的時代正在向我們走來1.4逆變技術的現(xiàn)狀與發(fā)展DC/AC逆變器是將直流電能變換成交流電能的變流裝置，供交流負載用電或與交流電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電3。如果是通過直流電動機交流發(fā)電機組來實現(xiàn)這種電能的逆變，則稱為旋轉變流機；如果是通過功率半導體器件來實現(xiàn)這種電能的逆變，則稱為靜止變流器。由于靜止變流器在體積、重量、變換效率、可靠性、電性能等方面均比旋轉變流機優(yōu)越，因此，靜止變流器必將并且正在逐步取代旋轉變流機。按照交流用電負載與輸入直流電源的電氣隔離元件的工作頻率，逆變技術可分為低頻環(huán)節(jié)和高頻環(huán)節(jié)兩大類。而非電氣隔離型逆變器，可以看成是電氣隔離SPWM逆變器具有如下特點：（1）電路拓撲簡明，單級功率變換DC-LFAC，雙向功率流，變換效率高；（2）變壓器仍工作在工頻，體積大且笨重，其體積與重量僅和輸出電壓的頻率有關，與逆變器的開關頻率無關，提高逆變器開關頻率并不能減小變壓器的體積和重量；（3）輸出電壓THD小且輸出濾波器的體積小、重量輕；（4）對于輸入電壓和負載的波動，系統(tǒng)的動態(tài)響應特性好；（5）變壓器和輸出濾波電感產(chǎn)生的音頻噪聲得到改善；（6）功率器件的開關頻率高，開關損耗增加，降低了變換效率16,17,18,19,20。1.5 本課題的設計任務主要內(nèi)容：設計一個應用于獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的高性能、純正弦波輸出的逆變電源。功能是將升壓得到的高壓直流電經(jīng)SPWM全橋逆變，變成220V的SPWM電壓，再經(jīng)輸出濾波電路濾波為220V、50Hz正弦交流電壓輸出，基本要求： 1 能輸出一個電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定的交流電，無論是輸入電壓發(fā)生波動還是負載發(fā)生變換，都要能達到一定的電壓精度； 2 具有一定的過載能力，一般能過載125%150%； 3 輸出電壓波形含的諧波成分應盡量少； 4 具有短路、過載、過熱、過電壓、欠電壓等保護功能和報警功能，且具有快速的動態(tài)響應。2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的相關概念2.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類利用光伏發(fā)電原理，可以將太陽能通過光電轉換變?yōu)殡娔軆Υ嫫饋?，通過各種調(diào)節(jié)控制技術，將儲存起來的電能轉換為滿足負載所需要的用電要求，以滿足不同的負載需要，本文所設計的小型獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器正是為了滿足這些要求而展開設計的。單從結構上來看，光伏發(fā)電系統(tǒng)大致可分為三種基本類型：獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)和混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)。（1） 獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)的結構示意圖如圖2-1所示，在獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池組作為儲存電能的單元在系統(tǒng)中是不可或缺的，它將有陽光時光伏電池陣發(fā)出的富于的電能儲存起來來供陽光不足或是沒有陽光時使用。為了盡可能地使蓄電池的使用壽命延長，在直流控制環(huán)節(jié)中應具有一個調(diào)節(jié)控制環(huán)節(jié)和保護控制環(huán)節(jié)來優(yōu)化蓄電池充放電過程。圖2-1 獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)結構示意圖（2） 并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)是指將發(fā)出的電直接送入電網(wǎng)或供負載使用，這就要求逆變器具有與電網(wǎng)相連接的功能，系統(tǒng)構成如圖2-2所示，并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點是可以省去蓄電池而是將電網(wǎng)作為儲存電能單元。當陽光很強時，系統(tǒng)將發(fā)出的多余的電能經(jīng)過并網(wǎng)逆變器變?yōu)闈M足所連接電網(wǎng)電能質(zhì)量要求的交流電回饋到電網(wǎng)，而當需要用電時再次從電網(wǎng)輸入電能，減少了光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本。圖2-2 并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)結構示意圖（3） 混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)是在上述光伏系統(tǒng)中增加備用的發(fā)電機組，當光伏電池陣發(fā)電不足時或蓄電池所儲存的電量不足時，就應該啟動備用發(fā)電機組，這樣備用發(fā)電機組既可以直接給交流負載供電，又可以經(jīng)過整流環(huán)節(jié)后給蓄電池組充電，如圖2-3所示。在混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)中，最普及的是風-光互補發(fā)電系統(tǒng)。圖2-3 混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)結構示意圖2.2獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池方陣、蓄電池組、控制器和逆變器四大部分組成。（1）太陽能電池方陣光伏電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)具有決定性作用的元件，光伏電池的效率直接影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率。由于單個光伏電池產(chǎn)生電量極為有限，工作電壓僅約 0.450.5，工作電流大約在 2025之內(nèi)，而且是直流電，在大多數(shù)情況下滿足不了實際應用。為了滿足負載所需的輸出功率，一般都是將電池組串并成太陽能電池組件的形式。在實際使用時可以根據(jù)實際需要選擇電池組件組合連接形成太陽能電池方陣。（2）蓄電池組光伏發(fā)電系統(tǒng)只有在白天有太陽光的時候才能夠發(fā)出電，但大多數(shù)情況下人們主要是在夜間大量用電，這就要存儲太陽能電池方陣發(fā)出的電并時刻準備向負載供電。光伏發(fā)電系統(tǒng)對蓄電池組的基本要求是：1、深放電能力強；2、充電效率高；3、自放電率低；4、使用壽命長；5、維護少或免維護；6、價格低廉；7、工作溫度范圍寬。（3）控制器控制器主要用于實現(xiàn)管理整套系統(tǒng)的充電和放電。光伏電池方陣產(chǎn)生出的直流電，經(jīng)過充電控制器對蓄電池組充電，在蓄電池組還未充滿時，控制器的作用是盡可能地對蓄電池充電，當蓄電池充滿電時，適當?shù)卣{(diào)整充電方式，將蓄電池組處于浮充狀態(tài)。當蓄電池組放電到蓄電池組過放點電壓時，控制器發(fā)出電量不足的報警信號并同時切斷蓄電池組的放電回路，以此來保護蓄電池組。伴隨著光伏產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，控制器的功能也變得越來越強大，控制器、逆變器以及監(jiān)測系統(tǒng)將會集成在一起。（4）逆變器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中 ，如果負載是交流的，DC/AC變換器將直流變?yōu)榻涣饕怨┢涫褂?，將光伏電池組件產(chǎn)生的直流電或蓄電池組提供的直流電逆變?yōu)樨撦d所需要的交流電。太陽能電池組件產(chǎn)生的直流電或蓄電池釋放的直流電經(jīng)逆變主電路的調(diào)制、濾波、升壓后，得到與交流負載額定頻率、額定電壓相同的正弦交流電提供給系統(tǒng)負載使用。逆變器按激勵方式，可分為自激式振蕩逆變和他激式振蕩逆變。逆變器具有電路短路保護、欠壓保護、過流保護、反接保護及雷電保護等功能。3 逆變器的工作原理及其控制3.1 逆變電源基本工作原理逆變電源的拓撲結構有很多，所以各自的工作原理不盡相同，但是最基本的逆變過程是相同的。下面以簡單的單相橋式逆變電路為例，說明逆變器的逆變過程。單相橋式逆變電路如圖3-1所示，T1，T2，T3，T4是橋式電路的4個功率管，由電力電子器件和輔助電路構成。輸入的直流電壓為Vcc，逆變器的負載Z。當功率開關管T1、T4導通時，電流就可以流過T1，Z和T4，負載上的電壓極性是左正右負；當功率開關管T1、T4開斷時，T2、T3導通，電流流過T2，Z和T3，此時負載上的電壓極性剛好相反，這樣就把直流電變成了交流電。通過改變兩組功率開關管的切換頻率就可以改變輸出交流電的頻率，得到正負半周對稱的交流方波電壓。當負載為電感時，電流滯后于電壓，波形也不同；當負載為純電阻型時，負載電壓電流波形、相位相同。圖3-1 單相橋式逆變原理圖3.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器主電路的基本形式伴隨光伏產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，逆變器的種類也各不相同，光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的主電路拓撲結構主要有三類：（1）工頻變壓器形式的主電路：單級DC-AC結構，如圖3-2所示。將直流電逆變成有效值基本不變的PWM波形，再經(jīng)由變壓器升壓得到高壓交流電。這種電路逆變效率比較高，可靠性也比較高，但是它的響應速度慢，波形畸變嚴重，而且體積、噪聲和質(zhì)量都較大，比較不經(jīng)濟。圖3-2 工頻變壓器形式主電路（2）高頻變壓器形式的主電路： DC-AC-DC-AC結構，如圖 3-3所示。主電路有高頻升壓和工頻逆變兩部分，系統(tǒng)相對復雜。DC-AC-DC部分：首先將直流電逆變成高頻方波，再經(jīng)變壓器升壓，經(jīng)整流濾波得到一個比較穩(wěn)定的高壓直流電。DC-AC部分：高壓直流經(jīng)過工頻逆變電路逆變得到220V或者380V高壓交流電。系統(tǒng)逆變的效率可高達到90%以上，由于這種電路形式采用了高頻變壓器，體積、重量、噪音等均明顯減小。該電路主要缺點是電路比較復雜。圖3-3 高頻變壓器形式主電路（3）無變壓器形式的主電路： DC-DC-AC結構，如圖3-4所示。將直流電經(jīng)過非隔離變換（Boost升壓電路）后得到高壓直流電，再經(jīng)工頻逆變得到高壓交流電。不采用變壓器進行輸入和輸出的隔離，體積小、重量輕、效率高而且系統(tǒng)比較簡潔，成本較低，適合用于直流輸入電壓比較高的地方。圖3-4 無變壓器形式主電路3.3 逆變器控制方案比較光伏逆變器性能的好壞很大程度上決定了整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能和效率，隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)的應用越來越廣泛，對光伏逆變器輸出電壓質(zhì)量的要求也越來越高，不僅要求逆變器的輸出電壓穩(wěn)定、工作可靠，而且要求輸出電壓的正弦度高。所以光伏逆變器的控制技術也得到了不斷的發(fā)展。逆變器要實現(xiàn)輸出純正弦波交流電這一功能，控制方案的實現(xiàn)主要分為模擬控制和數(shù)字控制，具體實現(xiàn)方案有如下幾種。（1）模擬控制。控制脈沖的生成，控制算法的實現(xiàn)全部由模擬器件完成。優(yōu)點是技術非常成熟，有很多實例可以參考。但也有很多缺點：控制器的元件比較多，電路比較復雜，占的體積也比較大；靈活性不強，一旦硬件電路設計好了，控制策略也就無法改變；運行調(diào)試不方便，由于所采用器件特性存在差異，致使電源一致性差。逆變電源數(shù)字化控制是發(fā)展的趨勢，是逆變電源研究的一個重點。（2）由單片機實現(xiàn)的數(shù)字控制。為提高系統(tǒng)的控制性能，通過A/D轉換，實現(xiàn)微處理器與系統(tǒng)連接，在位處理器中實現(xiàn)數(shù)字控制，然后通過輸入、輸出口或脈寬調(diào)制口發(fā)出開關控制信號，微處理器還能將采集的功率變換裝置工作數(shù)據(jù)顯示或送至計算機保存起來。一些控制中所用到的參考值可以存儲在微處理器的存儲器中，并對電路進行即時監(jiān)控。微處理器的使用在很大程度上提高了電路系統(tǒng)的性能，但由于受微處理器運算速度的局限，在很多情況下，這種微處理器輔助的電路系統(tǒng)仍需要使用運算放大器等模擬控制元件。（3）由DSP實現(xiàn)的數(shù)字控制。隨著大規(guī)模集成電路、現(xiàn)代可編程邏輯器件及數(shù)字信號處理器技術的發(fā)展，逆變電源的全數(shù)字化控制已經(jīng)實現(xiàn)。DSP能夠?qū)崟r地讀取逆變電源的輸入輸出，并實時地計算出PWM輸出值，使得一些先進的控制策略應用于逆變電源控制成為可能，從而可對非線性負載動態(tài)變化時產(chǎn)生的諧波進行動態(tài)補償，使輸出諧波達到可以接受的水平。3.4 SPWM控制技術及其原理SPWM技術可以極其有效地進行諧波抑制，在提高效率、控制頻率等方面有著明顯的優(yōu)勢，在逆變器運用SPWM技術可以改善逆變器的輸出電壓和電流波形，提高了逆變器的性能和可靠性。3.4.1 SPWM控制的基本原理如圖3-5所示，將一個正弦波半波電壓分成N等份，并將正弦曲線每一等份所包圍的面積都用一個與其面積相等的等幅矩形脈沖來代替，且矩形脈沖的中點與相應正弦等份的中點重合，得到如圖3-5所示的脈沖列，這就是SPWM波形。正弦波得另外半波可以用相同的辦法來等效。可以看出該PWM波形的脈沖寬度是按正弦規(guī)律變化，稱為SPWM波形。根據(jù)采樣控制的理論，脈沖頻率越高，SPWM波形越是接近于正弦。當逆變器輸出電壓的波形為SPWM波形時，低次諧波將會得到很好地抑制和消除，高次諧波也被濾去，從而可得到畸變率低的正弦波電壓。圖3-5 SPWM波形圖從原理來說，在給出了正弦半波幅值、頻率和半個周期的脈沖數(shù)值后，脈沖波形的寬度和間隔就可以準確計算出來。然后按照計算的結果來判斷控制電路中各開關器件的開關，就可以得到所需要的波形。但在實際應用中，人們常采用正弦波與等腰三角波相交的辦法用圖3-5 SPWM波形來確定各矩形脈沖的寬度。等腰三角波上下寬度與高度成線性關系且左右對稱，當它與任何一個光滑曲線相交時，即得到一組等幅而脈沖寬度正比該曲線函數(shù)值的矩形脈沖，這種方法稱為調(diào)制方法。3.4.2 單極性和雙極性SPWM控制方式電壓型單相橋式逆變電路如圖3-6所示。在如圖3-7中，載波信號在信號正半周為正極性的三角波，在負半周為負極性的三角波，調(diào)制信號和載波的交點時刻控制逆變器電力晶體管Q3、Q4的通斷。各晶體管的控制規(guī)律如下：圖3-6 單相橋式SPWM逆變電路圖3-7單極性（左）和雙極性（右）SPWM控制方式在的正半周期，Q1保持導通，Q4交替通斷。當時，使Q4導通，負載電壓；當時，使Q4關斷，由于電感負載中電流不能突變，負載電流將通過D3續(xù)流，負載電壓。在的負半周，保持Q2導通，使Q3交替通斷。當時，使Q3導通；當時，使Q3關斷，負載電流將通過D4續(xù)流，負載電壓。 這樣，便得到的SPWM波形，如圖3-7所示。圖中表示中的基波分量。像這種在的半周期內(nèi)三角波只在一個方向變化，所得到的PWM波形也只在一個方向變化的控制方式稱為單極性PWM控制方式。調(diào)節(jié)調(diào)制信號的幅值可以使輸出調(diào)制脈沖寬度作相應的變化，這能改變逆變器輸出電壓的基波幅值，從而可實現(xiàn)對輸出電壓的平滑調(diào)節(jié)；改變調(diào)制信號的頻率則可改變輸出電壓的頻率。與單極性SPWM控制方式對應，另外一種SPWM控制方式稱為雙極性SPWM控制方式。單相橋式逆變電路采用雙極性控制方式時的SPWM波形如圖3-7所示。各晶體管的控制規(guī)律如下：在的正負半周內(nèi)，對各晶體管控制規(guī)律相同，同樣在調(diào)制信號和載波信號的交點時刻控制各開關器件的通斷。當時，使晶體管Q1、Q4導通，Q2、Q3關斷，此時；當時，使晶體管Q2、Q3導通，Q1、Q4關斷，此時。在雙極性控制方式中，三角載波是正負兩個方向變化，所得到的 SPWM 波形也是在正負兩個方向變化。在的一個周期內(nèi)，SPWM輸出只有兩種電平。逆變電路同一相上下兩臂的驅(qū)動信號是互補的。在實際應用時，為了防止上下兩個橋臂同時導通而造成短路，在給一個臂施加關斷信號后，再延遲時間，然后給另一個臂施加導通信號。延遲時間的長短取決于功率開關器件的關斷時間。需要指出的是，這個延遲時間將會給輸出的SPWM 波形產(chǎn)生不利的影響，使其偏離正弦波。4 逆變電源的軟硬件設計本文的設計目的是設計一種高性能、純正弦波輸出的單相獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器。根據(jù)上一章的介紹本文采用無變壓器形式的主電路方案實現(xiàn)逆變，設計中分為Boost升壓環(huán)節(jié)和逆變環(huán)節(jié)。由于系統(tǒng)輸入端電壓為低壓，升壓環(huán)節(jié)選擇Boost升壓方式。4.1 光伏發(fā)電逆變電源的系統(tǒng)結構圖4-1為逆變電源系統(tǒng)結構圖。輸入的直流電壓經(jīng)過Boost升壓電路后并濾波，得到穩(wěn)定的高壓直流電，再經(jīng)過逆變電路輸出交流。直流升壓采用Boost升壓電路，工作頻率在50kHz；24V直流電壓直接升壓至311V，后級采用單相全橋逆變電路，采用SPWM控制技術，再通過濾波電路得到純正220V/50Hz 交流電壓輸出。圖4-1 逆變電源系統(tǒng)結構圖逆變器電路的工作狀態(tài)和工作參數(shù)，經(jīng)過具有不同功能的傳感器和信號調(diào)理電路變換為特別的電信號后，同時通過檢測回路將信息傳送至系統(tǒng)控制芯片進行分析處理。根據(jù)判斷結果，控制芯片對逆變電源的各回路工作情況進行相應的調(diào)整。通過高壓直流母線上檢測回路調(diào)節(jié)直流母線上電壓幅值使之保持穩(wěn)定；通過交流輸出電壓調(diào)節(jié)回路調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓波形，通過過流檢測電路實現(xiàn)保護；當檢測到故障信號時，立即關斷逆變器功率管，保護逆變電源。同時逆變器工作的狀態(tài)信息及故障情況，通過控制單元可以傳送至顯示與報警電路。4.2 直流升壓電路設計直流升壓電路的功能是將低壓 24V 直流轉變成穩(wěn)定的高壓 311V 直流電，以供逆變電路逆變成交流電，包括主電路的設計、控制電路上的設計和反饋保護的設計。本系統(tǒng)采用Boost升壓的主電路。4.2.1 Boost升壓環(huán)節(jié)主電路升壓主電路如圖 4-2 所示。該電路中使用了一個全控型器件，升壓式直流斬波電路中的電感L通常取值較大，起儲能作用。圖4-2 直流升壓主電路結構圖輸出電壓的表達式為 （4-1）式中為占空比。4.2.2 控制電路的設計（1）PWM 控制芯片UC3846UC3846的性能特點：自動前饋補償?？删幊炭刂频闹饌€脈沖限流功能。推挽輸出結構下自動對稱校正。負載響應特性好。內(nèi)置差動電流放大器，共模輸入范圍寬?？刹⒙?lián)運行，適用于模塊系統(tǒng)。雙脈沖抑制功能。大電流圖騰柱式輸出，輸出峰值電流500mA。精密帶隙基準電源，±1%。內(nèi)置欠電壓軟鎖定電路。內(nèi)置軟啟動電路。具有外部關斷功能。工作頻率高達500kHz.本系統(tǒng)采用了UC3846作為變換器的控制芯片。UC3846 是雙端輸出的電流型脈寬調(diào)制器芯片，它對外部電路要求不高，具有限制電流、軟啟動機關斷、欠壓鎖定、不需要外接元件可實現(xiàn)同步等諸多功能。其內(nèi)部結構圖如圖4-3所示。UC3846芯片內(nèi)部有±1%精度5.1V的基準電源，可作為內(nèi)部低電平電路的電源及基準電壓，也可作為外部基準電壓。UC3846 的輸出采用圖騰柱輸出，其灌拉電流可達最低100mA和最高400mA，可以驅(qū)動 MOSFET或晶體管。芯片內(nèi)部的振蕩器單元通過外接電阻提供一個 12mA恒定放電電流，給電容充電，產(chǎn)生一個線性鋸齒波，振蕩頻率由下式近似得出： （4-2） 一般取1k500k，為減小噪聲干擾振蕩頻率，一般取1000。UC3846的第10腳為振蕩器發(fā)出同步信號的端子，發(fā)出同步信號的時刻也就是鋸齒波的下降的時刻，而且同步信號的脈寬就是鋸齒波的下降時間，并取決于。同時，當 UC3846為雙路輸出時，死區(qū)時間由振蕩器下降沿所決定，死區(qū)時間為 （4-3）由于的取值比較大，簡化為 （4-4） 圖4-3 UC3846控制芯片結構框圖UC3846通過一個放大倍數(shù)為3的電流測定放大器來獲得開關管電流或電感電流信號，它輸出與PWM比較器的同相段。誤差放大器能夠輸出的最大電壓受內(nèi)部電源的限制為3.5V。顯而易見，電流檢測信號的最大偏差電壓值必須低于1.1V，當電流輸入信號大于1.1V 時，將延時關斷電流型控制器。若在第1腳預設電壓值，該電壓與PNP晶體管使誤差放大器的輸出箝位拉在+0.7V。電壓誤差放大器的輸出經(jīng)二極管和0.5V偏壓后送至PWM比較器的反相端。流檢測放大器的差動輸入電壓為：，因此，被限制的最大開關電流為： （4-5）由以上分析可知，電流限制端低于0.5V的信號時，PWM無輸出，兩個輸出端都被關斷、利用這點可以實現(xiàn)軟啟動功能和關斷功能。（2）控制電路連接以UC3846為主要元器件組成的推挽電路的控制電路圖如圖4-4所示。圖4-4 UC3846連接原理圖4.2.3 保護電路設計對于DC/DC變換器都要求在出現(xiàn)異常情況（如過流、過/欠壓、過載）時，系統(tǒng)保護電路能夠正常并及時反應，使變換器能夠及時停止工作，但是在各種情況下的保護又不盡相同。一般來說，在過載、過流時，保護電路要動作且不需要自動恢復；而過/欠壓則不同，在過/欠壓情況解除后要求系統(tǒng)能夠重新工作。圖4-5，圖4-6分別為直流升壓環(huán)節(jié)過流保護和欠壓保護電路。（1）電流檢測UC3846的4腳為電流采樣信號輸入端，通過外接檢測電阻 R10，R11 與開關管串聯(lián)來采樣開關管的電流。當電流取樣放大器輸入信號大于1.2V 時，電流型控制器將延時關斷。電路中，差動電流檢測放大器檢測的是開關電流而不是電感電流，由于開關管寄生電容放電，檢測電流會有一個較大的尖峰前沿，可能使電流檢測鎖存和PWM電路誤動作，所以，在電流檢測輸入端加R9，C4 濾波。（2）過流保護UC3846通過R11參與檢測開關管的電流，并通過內(nèi)部關斷電路實現(xiàn)過流保護的功能，如果輸出端短路輸出電感中的電流快速增大，由于逐個脈沖限流功能有一定的延遲而不能馬上動作，通常無法及時將急劇上升的電流降至正常水平。通過16腳參與檢測峰值電流，當檢測到的電流信號超過設定的電流閥值，圖4-5電流檢測和過流保護電路16腳信號超過350mV，同樣會屏蔽脈沖輸出。圖4-5 過流保護結構示意圖（3）過欠壓保護如圖4-6所示。當系統(tǒng)輸入電壓過欠壓時，過欠壓輸入端為低電平，光耦OP1輸出電平1，通過電容C6和二極管給UC3846正脈沖，從而使框圖4-3所示的UC3846芯片內(nèi)部晶閘管處于導通狀態(tài)，通過內(nèi)部電路使腳1電平被拉至接近地電平，電路處于保護狀態(tài)，UC3846 芯片的輸出脈沖被屏蔽。同時光耦OP1輸出電平1使三極管Q1飽和并導通接地。因為電容C6的加速作用，三極管Q1比UC3846內(nèi)部晶閘管導通并滯后。因三極管的導通壓降小于晶閘管的導通壓降，晶閘管不能持續(xù)導通即關斷。當欠壓故障消除后，三極管Q1變?yōu)榻刂?，系統(tǒng)可以再次輸出脈沖。圖4-6 欠壓保護電路4.3 逆變電路設計逆變電路的主要功能是將上一節(jié)中升壓得到的高壓直流電經(jīng)SPWM全橋逆變，變311V的SPWM電壓，再經(jīng)輸出濾波電路濾波為220V、50Hz正弦交流電壓輸出，本部分有功率橋的設計、控制電路的設計和保護電路的設計。如圖4-7所示為逆變主電路圖。對輸入的直流電進行SPWM調(diào)制，經(jīng)過LC濾波電路輸出，采用電壓瞬時值反饋，對輸出的電壓進行采樣隔離，反饋信號傳送給控制芯片，經(jīng)過A/D變換保存，將得到脈寬控制量，通過SPWM生成環(huán)節(jié)產(chǎn)生各功率管的開關信號，控制功率管的通斷，使輸出電壓盡量跟蹤基準正弦給定信號。圖4-7 逆變環(huán)節(jié)主電路4.4 控制電路設計逆變環(huán)節(jié)的任務是使高壓直流電變民用交流電，為得到穩(wěn)定的輸出電壓，本系統(tǒng)采用PI控制，對輸出電壓進行采樣，系統(tǒng)中CPU根據(jù)采樣的電壓值來控制SPWM 波發(fā)生器輸出SPWM參數(shù)值，形成SPWM波驅(qū)動逆變橋，從而得到穩(wěn)定的民用交流電。系統(tǒng)采用AT89C51，SPWM波形發(fā)生器采用UC3846單相SPWM波形發(fā)生器，功率逆變橋選用 PS21865，它的內(nèi)部集成了驅(qū)動電路，因而外部驅(qū)動電路可以不再添加。控制電路主要功能包括：控制脈沖產(chǎn)生，交流輸出穩(wěn)定，保護和報警顯示，電路框圖如圖 4-8所示。圖4-8 逆變電源控制電路示意圖4.5 輸入過欠壓保護電路的設計輸入過壓保護指的是當輸入系統(tǒng)的電壓值太大，對系統(tǒng)內(nèi)部的電子元件造成損害，該保護電路可在輸入電壓超過最高電壓值時關閉電源系統(tǒng)。輸入欠壓保護是指當系統(tǒng)輸入電壓過低，即使控制電路輸出了最大脈寬的觸發(fā)脈沖，電源仍然不能輸出額定的電流或電電壓的情況下保護的，該保護電路可避免出現(xiàn)因輸入電壓太低而引起電源輸出電壓失控的狀況。圖4-9 過欠壓保護電路4.6 逆變電源的軟件設計在本系統(tǒng)中，通過單片機對輸入的高壓直流電進行SPWM調(diào)制，采用電壓瞬時值反饋，同時對輸出電壓值進行采樣隔離，反饋信號傳送給控制芯片UC3846，經(jīng)過A/D變換保存，將所得結果與基準正弦給定信號比較一下，得到偏差信號，再經(jīng)過PI調(diào)節(jié)，最后得到脈寬控制量，通過SPWM生成部分產(chǎn)生各功率管的開關信號，控制功率管的開關，使輸出電壓盡量跟蹤基準正弦給定信號。 圖4-10為本系統(tǒng)的控制程序框圖，系統(tǒng)開機工作后，先復位UC3846，對其初始化寄存器和控制寄存器進行編程，通過采樣輸出電壓值將采樣值與系統(tǒng)設定電壓進行比較，求出偏差E k ，并判斷偏差是否在允許的范圍之內(nèi)，若是，則不改變UC3846中的控制值，反之，則采用PI控制算法求出這時的控制調(diào)制幅度值，調(diào)節(jié)UC3846的控制寄存器，使UC3846輸出的SPWM 波形的脈寬幅度隨輸出電壓值的變化而變化，控制功率管導通關斷時間，使輸出電壓穩(wěn)定平穩(wěn)。 1 主程序設計主程序的主要任務是初始化、過欠壓檢測處理和等待中斷。在輸入電壓正常的情況下才開始中斷，系統(tǒng)進入監(jiān)控狀態(tài)，可接受中斷，包括定時器重點和外部信號引起的外部中斷。圖4-10 主程序流程框圖 3 UC3846的編程初始化編程：初始化是用來設定和逆變器有關的基本參數(shù)，它包括載波頻率設定、調(diào)制波頻率范圍設定、脈沖延遲時間設定、最小刪除脈寬設定。圖4-11 UC3846流程圖 3 中斷子程序當系統(tǒng)中的單片機檢測到欠壓、過壓、過熱或過流信號時，置報警標志位為1，并同時啟動定時器T0，當定時器定時時間到后，單片機再檢查過壓、欠壓、過流或過熱信號是否仍然存在，若存在，則關閉輸出并發(fā)出故障報警，反之，則不關閉輸出也不發(fā)出報警，報警標志位清0。程序框圖如圖4-12。圖4-12 外部和內(nèi)部中斷程序流程圖5 仿真結果5.1 仿真電路（1） Boost直流升壓電路Matlab仿真電路圖5-1 Boost升壓電路圖（2） 逆變電路Matlab仿真電路圖5-2 全橋逆變電路圖5.2 仿真結果（1） Boost直流升壓圖圖5-3 升壓結果圖（2） 全橋逆變圖5-4 逆變結果圖6 結論與展望本文首先介紹了太陽能的概況和光伏發(fā)電的現(xiàn)狀及逆變技術的發(fā)展，并介紹了光伏發(fā)電的基本原理和系統(tǒng)組成、逆變電源技術和 SPWM 控制技術，并分析了幾種逆變器的控制方法，重點研究了逆變器升壓環(huán)節(jié)和逆變環(huán)節(jié)的主電路和控制電路設計在直流升壓環(huán)節(jié)采用Boost電路，在逆變環(huán)節(jié)SPWM全橋逆變技術，有助于降低系統(tǒng)體積并調(diào)高系統(tǒng)效率。整個設計分為硬件和軟件設計兩部分，其中硬件分為直流升壓環(huán)節(jié)和逆變環(huán)節(jié)。最后，本設計給出了仿真電路和仿真結果，得到了預期的結果。通過仿真實驗驗證了本文所采用的逆變思想的可行性。隨著石油、煤和天然氣等主要能源日益減少，新能源的開發(fā)利用越來越引起人們的關注。太陽能作為新能源的一種是非常理想的清潔能源，近年來，由于能源問題和氣候問題日益突出，太陽能的應用與普及得到了很大的發(fā)展。我國的太陽能資源豐富，為太陽能的開發(fā)利用創(chuàng)造了有利條件。為了充分利用太陽能電池的輸出能量，應采用高效的電力電子裝置，對太陽能電池輸出地能量形式進行有效地變換。由于時間有限，本文中還有許多問題還未解決，如元器件的功耗問題，諧波分析等，因本科階段所學知識有限，需待進一步學習來解決。參考文獻1 周志敏周紀. 海太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設計與應用實例M. 北京:電子工業(yè)出版社，2010.2 趙爭鳴等. 太陽能光伏發(fā)電及其應用M. 北京:科學出版社, 2007.3 沈輝曾祖勤. 太陽能光伏發(fā)電技術M. 北京:化學工業(yè)出版社, 2008.4 T.WANG, Z.H.YE, X.M.YUAN. 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DCAC逆變器DC/AC逆變技術能夠?qū)崿F(xiàn)直流電能到交流電能的轉換，可以從蓄電池、太陽能電池等直流電能變換得到質(zhì)量較高的、能滿足負載對電壓和頻率要求的交流電能。DC/AC逆變技術在交流電機的傳動、不間斷電源 UPS 、變頻電源、有源濾波器、電網(wǎng)無功補償器等許多場合得到了廣泛的應用。DC/AC逆變器的控制部分是逆變器設計的重點部分，包括逆變器輸出電壓、電流采樣和濾波，正弦波發(fā)生，輸出波形控制，電網(wǎng)電壓鎖相以及各種保護等等。本章主要敘述前面幾部分，逆變器的保護將在隨后重點敘述。圖3逆變器原理框圖3總結部分隨著太陽能利用技術的不斷發(fā)展，光伏發(fā)電越來越成為人們關注的焦點。本文對最大輸出功率為25W的獨立運行光伏發(fā)電系統(tǒng)進行了研究，文中詳細論述整個獨立系統(tǒng)電路設計，包括電池板、升壓電路拓撲結構的參數(shù)設計選擇，控制電路，采樣電路及其蓄電池的參數(shù)等的選擇設計。本文MPPT控制算法采用結構簡單的擾動法，但為避免傳統(tǒng)擾動法的缺點，提出電壓自適應控制算法實現(xiàn)最大功率跟蹤，以實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定準確的運行。光伏系統(tǒng)的逆變電路是將Boost電路升壓得到的高壓直流電經(jīng)SPWM全橋逆變，變成220V的SPWM電壓，再經(jīng)輸出濾波電路濾波為220V、50Hz純正弦交流電壓輸出。輸出純正弦波一般有3種控制方法：模擬控制；由單片機實現(xiàn)數(shù)字控制；由DSP實現(xiàn)數(shù)字控制。逆變電路還需具有短路、過載、過熱、過電壓、欠電壓等保護功能和報警功能，且具有快速的動態(tài)響應。太陽能逆變器將會得到進一步的發(fā)展和運用，將帶動電力穩(wěn)定器的發(fā)展，電力穩(wěn)定器是介于市電、用戶負載、與再生能源之間的電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。以逆變器為核心的電力穩(wěn)定器將成為未來智能型住宅電力供應系統(tǒng)的核心。太陽發(fā)出的能量大約只有二十二億分之一能達到地球范圍，約為173×104億千瓦。經(jīng)過大氣的吸收和反射，能夠到達地球表面的約占51，大約88×104億千瓦。而能夠達到陸地表面的只有達到地球范圍輻射能量的10左右，約為17×104億千瓦。盡管如此，如果把這些能量利用起來，也相當于目前全球消耗能量的3.5萬倍。太陽能作為巨大的能源資源，其利用的潛能巨大。光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應原理，利用太陽能電池將太陽光能直接轉化為電能。無論是獨立運行還是并網(wǎng)發(fā)電，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板 組件 、控制器和逆變器三大部分組成