畢業設計開題報告

本科畢業設計（**）開題報告

逆變器是把直流電能轉變成交流電（一般為220v/50hz正弦或方波）。中小功率逆變器是戶用獨立交流光伏系統中重要的環節之一，其可靠性和效率對推廣光伏系統、有效用能、降低系統造價至關重要，因而各國的光伏專家們一直在努力開發適於戶用的逆變電源，以促使該行業更好更快地發展。

本**根據光伏發電併網系統的特點，設計一台額定功率為800w的微型光伏發電併網逆變器。該並網逆變器能實現最大功率點跟蹤和實現反孤島效應控制功能，控制部分採用tms320f240型dsp作為電流跟蹤方案，實現與電網電壓同步的正弦電流輸出。

目前我國在小功率逆變器上與國際處於同一水平，在大功率併網逆變器上，合肥陽光電源大功率逆變器2023年已經批量向國內、國際供貨。該公司250kw、500kw等大功率產品都取得了國際、國內認證，部分技術指標已經超過國外產品水平，並在國內西部荒漠、世博會、奧運場館等重點專案上執行，效果良好。

逆變器不僅具有直交流變換功能，還具有最大限度地發揮太陽電池效能的功能和系統故障保護功能。根據採用隔離變壓器的型別，併網逆變可分為低頻環節、高頻環節以及非隔離型並網逆變低頻環節併網逆變器採用工頻變壓器作為與電網的介面，因此存在體積和重量大、音訊噪音大的缺點；而非隔離型並網在一些國家禁止使用，因此現在普遍採用直接掛在電網上執行的高頻環節併網逆變器。

光伏發電系統中逆變器是非常重要的部件，決定著系統的效率以及輸出電流波形的質量。逆變器的拓撲有很多種，其中最常用的是全橋結構。為了降低光伏發電系統的成本，現在許多國家都在不遺餘力的對高效逆變器進行研究。

目前國際上一些知名公司的逆變器產品整機效率已經可以達到93%~95%。

任務要求

（1）完成電氣原理圖設計；

（2）完成元器件引數計算和選型，列出裝置選擇清單；

（3）利用實驗室現有的條件完成部分安裝除錯實驗；

（4）完成設計報告，提交裝訂規範的書面設計報告和電子文件。

技術指標

逆變器額定輸出功率：；

逆變器輸出單相交流電壓：；

光伏發電系統輸入直流電壓：。

太陽能蓄電池一般是電壓源，因此逆變器的主電路採用電壓型。在與外網相聯時，為電壓型電流控制方式。在外電網停電時，獨立執行為電壓型電壓控制方式。

已經進入實用的光伏併網逆變器迴路方式主要有3種：工頻變壓器絕緣方式、高頻絕緣變壓器和無變壓器形式。根據這3種迴路方式，可以將現在的光伏併網逆變器的拓撲結構分為3類，即工頻變壓器絕緣的單級拓撲結構、高頻變壓器絕緣的多級拓撲結構和無變壓器的兩級拓撲結構。

本報告設計兩種逆變器拓撲結構：工頻變壓器絕緣的單級拓撲結構、無變壓器絕緣的兩級拓撲結構，通過方案論證決定最終滿足設計要求的最佳800w微型光伏發電併網逆變器設計方案。

方案一採用工頻變壓器形式主電路設計的逆變器主電路如圖1所示。

圖1 工頻變壓器形式逆變器主電路

這種工頻變壓器形式的逆變器是在單相電壓型全橋逆變電路輸出加乙個變壓器，然後併入電網。光伏發電的系統輸入直流電壓為100~170v，二極體vd的單嚮導通特性可以防止光伏發電系統斷電後電流逆流。電容c1起到平波作用，使得直流側電壓基本無脈動，直流迴路呈現低阻抗。

單相橋式逆變電路，共有四個橋臂，每個橋臂由乙個可控器件和乙個反併聯二極體組成，功率器件為全控型開關器件。二極體起到反饋與續流的作用。把橋臂1和4作為一對，橋臂2和3作為另一對，成對的兩個橋臂同時導通，兩對交替各導通180o。

單級式逆變器在逆變環節實現mppt的功能，由於逆變電路產生的交流電壓過低，需要變壓器來公升壓，以達到合適的並網電壓。

在本文設計的光伏併網系統中，太陽能光伏陣列輸出的直流電壓在100~170v。然後通過單相橋式逆變電路實現逆變，將直流母線的電壓轉換成正弦波電流，向電網輸送功率，並在逆變環節實現最大功率跟蹤控制的功能。控制晶元採用ti公司的tms320f240數字訊號處理器，其高速的計算能力可以保證實時跟蹤最大功率點，並向電網輸出高品質電流。

方案二採用無變壓器形式主電路設計的逆變器電路圖如圖2所示。

圖2 無變壓器形式逆變器主電路

無變壓器形式逆變器主電路由兩級電路組成，dc-dc電路和dc-ac逆變電路。在dc-dc變換器中，buck和boost電路的效率最高，而效率對於光伏併網逆變器是非常重要的，所以在此公升壓部分選擇boost電路，boost電路負責最大功率跟蹤控制並把太陽能光伏陣列的輸出電壓公升高至某一數值，確保逆變部分輸入電壓的穩定和降低損耗。。dc-ac部分仍採用單相橋式逆變電路，橋式逆變電路共有四個橋臂，每個橋臂由乙個可控期間和乙個反併聯二極體組成，二極體起到反饋與續流的作用；功率器件為全控型開關器件。

把橋臂1和4作為一對，橋臂2和3作為另一對，成對的兩個橋臂同時導通，兩對交替各導通180o，將直流電逆變為合適的交流電，輸出與電網同頻同相的電流。

在本文設計的光伏併網系統中，太陽能光伏陣列輸出的直流電壓在100~170v，經boost電路公升至合適值，並實現最大功率跟蹤功能。然後通過單相橋式逆變電路實現逆變，將直流母線的電壓轉換成正弦波電流，向電網輸送功率。控制晶元採用ti公司的tms320f240數字訊號處理器，其高速的計算能力可以保證實時跟蹤最大功率點，並向電網輸出高品質電流。

方案比較與選擇

工頻變壓器形式逆變器優點：由於只有乙個環節，結構簡單，效率高；採用工頻變壓器進行絕緣和變壓，具有良好的抗雷擊和消除尖波的效能。缺點主要有：

為了追求效率、減少空載損耗，工頻變壓器的工作磁通密度選的比較低，因此質量大，約佔逆變器的總質量的50%左右，逆變器外形尺寸也比較大；系統需要較高的直流輸入，提高了系統成本；對最大功率點的跟蹤沒有設立獨立的控制操作，使得系統可靠性降低、音訊噪音大；由於單級式拓撲結構要在逆變環節中實現最大功率跟蹤控制和逆變併網，控制物件之間的相互耦合增加了演算法的設計難度。

無變壓器形式逆變器優點：由於沒有採用工頻變壓器進行隔離，這種拓撲具有體積小、重量輕，效率高，成本低的優點；不採用變壓器進行輸入與輸出絕緣，只要採取適當措施，同樣可以保證主電路和控制電路執行的安全性；比工頻變壓器形式主電路要複雜一些，但是適應輸入直流電壓範圍寬，有利於與太陽蓄電池匹配；儘管由於天氣等因素使太陽蓄電池輸出電壓發生變化，但有了公升壓部分，可以保證逆變器部分輸入電壓比較穩定。缺點主要是在某些要求隔離的場合不適宜使用。

本**是設計乙個800w微型光伏發電併網逆變器，是乙個小功率併網應用，由於太陽能電池陣列的輸出電壓較低，不便於直接進行逆變併網，在boost公升壓電路更易於實現最大功率跟蹤控制。通過比較兩種設計方案各自的特點，決定採用無變壓器形式的逆變器設計方案。

最大功率跟蹤是當前採用較為廣泛的一種光伏陣列功率點控制方式。mppt的實質是通過實時檢測光伏陣列的輸出效率，採用一定的控制演算法，以跟蹤光伏陣列最大功率工作點，實現系統的最大功率輸出。

目前mppt控制有很多實現方式，如定電壓跟蹤法、擾動觀測法、導納增量法、最有梯度法、模糊邏輯控制方法等，它們實現mppt控制的基本原理都是類似的，但演算法各有差異。

採用定電壓跟蹤法的優點：控制簡單，易實現，可靠性高；系統不會出現振盪，有很好的穩定性。採用定電壓跟蹤法的缺點：

控制精度差，特別是對於四季溫差變化劇烈的地區；必須人工干預才能良好執行，更難以預料風、沙等因素的影響。

採用擾動觀測法的優點：概念清晰，易於實現，演算法簡單；對引數檢測的精度要求也不高，在日照變化不是很劇烈的情況下具有較好的mppt控制效果。採用擾動觀測法的缺點：

由於該方法始終對mppt電路施加擾動，因此光伏器件的輸出功率只能工作在最大功率點附近，這樣的振盪將會帶來持續的功率損失。

通過比較兩種方案的優缺點，決定採用擾動觀測法來實現mppt控制。

孤島效應是指當電網由於電氣故障、誤操作或自然因素等原因中斷供電時，光伏發電系統未能及時檢測出停電狀態而脫離電網，使太陽併網發電系統和周圍的負載組成的乙個電力公司無法掌握的自給供電孤島。一般來說，孤島效應可能對整個配電系統裝置及使用者造成不利影響，包括併網逆變器持續供電可能危及電網線路的維護人員的生命安全。

孤島效應的檢測方法一般分為兩類，即被動檢測法和主動檢測法。被動檢測法一般是利用檢測電網的某些狀態參量(電壓、頻率等)作為電網是否故障的判斷依據。電網失電後，負載電壓及頻率均不穩定，從而可以判斷孤島效應是否發生。

但是在源負載功率基本接近時，斷電後負載的電壓和頻率變化很小，被動檢測法就會失效。主動檢測法是由並網逆變器定時產生擾動訊號，然後觀察電網是否受影響作為判斷電網是否故障的依據。當發生孤島情況時，主動擾動將造成系統的不穩定。

即使光伏電源的功率與區域性電網負載的功率平衡時，也會通過擾動破壞功率平衡，造成系統的電壓、頻率有明顯變化而檢測出孤島效應。通過比較選擇主動檢測法來實現反孤島效應。

（1）如期完成開題報告、開題答辯和答辯以後的整改；

（2）按照任務要求完成800w微型光伏發電併網逆變器的電氣原理圖設計及其引數計算、元器件的引數和型號選擇；

（3）提出裝置需要清單，根據實驗室現有實驗裝置和條件完成部分電路的安裝和除錯；

（4）按照《西南石油大學本科畢業設計（**）撰寫規範》的要求和格式，按時完成設計報告，完成設計報告，提交按照要求裝訂規範的報告和電子文件。

畢業設計開題報告

畢業設計 畢業設計開題報告

畢業設計開題報告

畢業設計開題報告

相關推薦

畢業設計畢業設計開題報告