1、毕业设计开题报告 测控技术与仪器 太阳能并网逆变器控制单元的设计 -软件部分 1. 太阳能并网逆变器研究背景和意义 在人类数千年的生产生活中，化石能源作为人们最主要的能源已被人们消耗了相当比例，特别是工业革命以来，化石燃料的消费急剧增大，随着煤、石油、天然气等人类社会最主要的能源的日益枯竭并且未来世界对能源消耗将持续增长，终有一天这些能源不能满足人们日益增长的需求 【 1】【 2】 。 此外，人类肆无忌惮的使用化石燃料给人类生存环境带来了严重的后果。众所周知，化石燃料的燃烧会排放大量的温室气体进而引发温室效应使全球气候变暖 两极冰山融化，致使海平面上升，严重影响人类的生存发展。在化石能源日益枯
2、竭、环境污染日益严重的背景下，寻找一种可持续发展并且无污染新能源已成为全球最关心的问题之一。太阳能作为一种真正的无污染、取之不尽用之不竭的绿色能源越来越得到人们的重视，各种以太阳能为依托的开发利用技术得以迅速的发展，其中光伏发电成为重要的研究领域。 利用太阳能光伏发电具有：（ 1）无污染、取之不尽用之不竭。（ 2）资源的普遍性：基本上不受地区的限制，只有丰富与欠丰富之别。（ 4）使用灵活，既可以离网使用也可以并网使用。（ 5）分布式电力系统：提高 了整个能源系统的电能质量和可靠性。（ 6）可以在负荷中心建立电源支点，降低电网线损。基于这些优点，越来越多资金和人力进入光伏行业 【 1】【 2】
3、。 光伏发电系统一般是由光伏电池阵列、逆变器、控制器、支架、输配电缆、开光、熔断器等一整套“平衡系统”（配套系统）组成 【 3】 。其中，逆变器的任务是控制光伏阵列运行于最大功率点 (MPP)和向电网注入正弦电流。控制器的任务是控制光伏电池最大功率点跟踪（ MPPT）、控制逆变器的并网功率和电流波形，使向电网传送的功率与光伏阵列模块所发的最大电能功率相平衡 【 1】 。 光伏电池的 输出电压是直流，必须通过逆变器变换为交流才可以并网连接电网。逆变器是光伏供电系统最为关键的装置，它的效率高低不仅影响着光伏发电系统的输出电能质量与运行效率，而且还影响着系统各级的电气设备功耗和投资【 3】 。因为光
4、伏并网逆变器是基于脉宽调制 PWM 逆变实现的，所以其控制属于逆变器 PWM 电流控制方式 【 1】 。国内外的专家学者一直致力于结构灵活、高能量传输、低成本的太阳能并网逆变器拓扑结构的研究，使太阳能光伏并网发电系统能高效运行。 2.太阳能并网逆变器国内外发展现状和发展方向 2.1 国外光伏产业发展现状和发展方向 自 1954 年美国贝尔实验室诞生了第一块 p-n 结晶体太阳能电池，太阳能光伏技术从国防军用到民用已经走过了半个多世纪的历程 【 4】 。半个多世纪以来，光伏发电技术产业一直保持着飞速的发展，即使在世界经济不景气的时候，也保持着 10%-15%的增长。 1988 年，美国开始实施
5、PVUSA 计划，建立集中型光伏并网发电系统（ 1MWp-10MWp）； 1995 年又实施与屋顶结合的 PVBONUS 计划； 1997 年，宣布百万太阳能屋顶计划，总光伏安装量达到 3025MWp；德国从 1999 年启动“屋顶光伏”计划，平均每年增加 35MWp；日本从 1994 年开始到 2001 年在屋顶安装光伏系统累计 333MWp【 5】 。 2009 年 11 月日本政府出台绿电回购政策，家用光伏系统在日本迅速得到了推广。日本政府计划以 2005年全国装机容量为基数，在 2030年以前在增加 40 倍装机容量，将家用光伏系统达到 1600 万套以上 【 4】 。还有很多国家也有
6、类似的计划，如：意大利、印度等。 2002 年世界上一些主要厂商的光伏组件成本已经下降到 2.4美元 /Wp，平均销售价格 3.4美元 /Wp。预计 2010-2015年光伏组件成本可以下降到 1 美元 /Wp【 5】 。 2.2 国内光伏产业发展现状和 发展方向 我国在 1958 年开始研究光伏电池，于 1972 年首次成功的将光伏电池用于地面， 1979 年开始生产单晶硅太阳能电池 【 1】 。我国光伏电池生产线的建立有两次跳跃，第一次为 20 世纪 80 年代，共引进 7 条共计 4.5MW 的生产线，使我国的光伏产业初步形成。 20 世纪 90 年代末，新建了一些光伏电池生产企业，生产
7、规模2-50MW，技术先进，开始了多晶硅太阳电池的生产，填补了我国多晶硅片规模化生产的空白。 2002 年我国太阳能电池和组件的实际生产量达到了 11MW【 5】 。虽然我国光伏产业发展迅速，但是与国外相比还有很大差距， 具体表现为：（ 1）生产规模小。我国的太阳能电池产量约 0.5-1 兆瓦 /年，比国外产生规模小一个数量级。（ 2）技术水平低。专用原材料需要国外进口，电池的效率与封装水平与国外差距大。（ 3）成本高。我国的电池组的成本约 30 元 /瓦，平均售价 42 元 /瓦，远远高于国外产品 【 1】 。随着政府越来越重视光伏产业的发展，将光伏产业发展纳入国家规划。经国家发改委初步分析
8、，提出了我国光伏到 2015 年装机容量达到1100MW；到 2020 年装机容量达到 1600MW。政府为进一步推动国内光伏发电规模化应用，将采取特许权招标支持光资源丰富地 区建设大型荒漠电站，并积极运用财政补贴方式加大金太阳和太阳能光电建筑应用示范工程实施力度。对于光伏并网难的问题，国家电网则将进一步规范和简化并网程序，完善相关技术标准和管理制度，及时为项目单位提供并网服务；落实示范项目自发自用政策，对富余电量按国家核定的当地脱硫燃煤机组标杆上网电价实行全额收购。在降低光伏发电成本发面，有关部门的设想是建立“财政 -科技联动新机制”，通过实施示范工程启动市场，支持企业加大新产品和新技术应用
9、，促进科技成果产业化和规模化，使光伏发电成本持续大幅下降，尽早实现光伏发电“平价”上网。 2.3 太阳能并网逆变器的发展 并网逆变器作为光伏电池与电网的接口装置，将光伏电池的直流电能转换成交流电能并传输到公用电网上。在光伏并网发电系统的中，逆变器起着至关重要的作用。现代逆变技术为光伏并网发电的发展提供了强有力的技术和理论支持。并网逆变器正朝着高转换效率，高功率密度、高可靠性、智能化的方向发展。逆变技术的发展与功率器件及其控制技术的发展紧密联结在一起，一般将其发展分为五个阶段。第一阶段： 20 世纪 50-60 年代，晶闸管 SCR 的诞生为正弦波逆变器的发展创造了条件。第二阶段： 20 世纪
10、70 年代，可关 断晶闸管 GTO 及双极型晶体管 BJT 的问世，使得逆变技术得到发展和应用。第三个阶段： 20 世纪 80年代，功率场效应管、绝缘棚型晶体管。 MOS 控制晶闸管等功率器件的诞生为逆变器向大容量方向发展奠定了基础。第四阶段： 20 世纪 90 年代，微电子技术的发展使新的控制技术如矢量控制技术、多电平变换技术、重复控制、模糊控制等技术在逆变领域的应用，极大的促进了逆变技术的发展。第五阶段： 21 世纪初，逆变技术的发展随着电力电子技术、微电子技术和现代控制理论的发展不断的改进，正向高频化、高效率、高功率密度、高可靠性、智能化的方向发展 【 6】 。 3.总结 随着时代的进步
11、和科技的发展，太阳能作为一种无污染、可再生能源将是未来人类能源利用的重要来源之一。太阳能光伏并网发电作为太阳能的主要应用之一越来越受到人们的重视。近几年，光伏发电系统在人类生活中的应用越来越普遍，其持续的增长也是显而易见的。不久的将来，太阳能光伏发电必将作为最具可持续发展的能源技术进入能源结构，并成为世界及我国新型的常规能源之一。随着电力电子技术的发展，逆变器作为光伏发电系统最重要的环节之一，人们从成本、可靠性和效率角度出发，必将对其结构和控制算法进行更深入研究，使 其成为一种低成本、高频化、高效率、高功率密度、高可靠性、智能化的光伏模块逆变器结构。 4 参考文献 1董密 .太阳能光伏并网发电
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