光伏并网发电模拟装置综述.doc

宜宾学院2010届毕业设计(文献综述)光伏并网发电模拟装置综述物理与电子工程学院06级3班 姓名：吴修江 学号：060303016指导老师：刘亚娟 宜宾学院摘 要本文介绍太阳能光伏并网发电模拟装置，该系统以MSP430F149单片机为核心，单片机输出SPWM波形经驱动电路驱动DC-AC逆变桥，实现DC-AC逆变。光伏阵列的输出电流进入BuckBoost变换器，而后通过逆变器变为与电网电压同频、同相的交流电。系统采用MPPT算法，跟踪光伏阵列最大输出功率点，实现光伏阵列与负载优化匹配，提高了系统的光伏发电效率。人机接口采用LCD液晶显示器，界面直观、简洁，显示输出电压、电流，具有良好的人机交互性能。关 键 词 MSP430单片机;SPWM;DC-AC逆变;MPPT算法;BuckBoostAbstractThis article describes the solar photovoltaic power generation analog devices, the system to MSP430F149 microcontroller core, microcontroller output SPWM wave driven by the drive circuit DC-AC inverter bridge, to achieve DC-AC inverter. PV array output current into the Buck-Boost converter, and then into the grid through the inverter voltage of the same frequency, with phase alternating current. System uses MPPT algorithm, tracking photovoltaic array maximum output power point of PV array and load to achieve optimal matching, to improve the systems photovoltaic power generating efficiency. Man-machine interface with LCD liquid crystal display, the interface intuitive, simple, display output voltage, current, man-machine interaction has a good performance.Key words MSP430 microcontroller; SPWM; DC-AC inverter; MPPT algorithm; Buck-Boost引 言尽管寻找新能源的工作已经有相当的历史了，但是世界性的环境污染和能源短缺已经迫使人们更加努力的寻找和开发新能源。在寻找和开发新能源的过程中，人们很自然的把目光投向了各种可再生的替代能源。光伏发电就是其中之一。太阳光伏发电独具许多优点：安全可靠，无噪声，无污染，能量随处可得，不受地域限制，无需消耗燃料，无机械转动部件，故障率低，维护简便，可以无人值守，建设周期短，规模大小随意，无需架设输电线路，可以方便地与建筑物相结合等1。从能源供应的诸多因素考虑，太阳能无疑是符合可持续发展战略的理想的绿色能源。研究太阳能利用对缓解能源危机、保护生态环境和保证经济的可持续发展具有重要意义。目前，由于我国光伏技术与世界先进国家相比仍有不少的差距，且建立大型的独立光伏电站运行成本较高，虽然光伏发电的实际应用存在着种种的局限，但是随着光伏发电成本的降低和矿物发电成本的提高以及矿物能源的减少，总有一天光伏发电的成本将会与传统发电成本相当。因此，光伏并网系统显得刻不容缓2。一：太阳能光伏并网发展现状随着世界能源危机的加剧，世界各国都在从两条道路寻求解决能源危机的办法，即：一条道路是寻求新能源和可再生能源的利用；另一条是寻求新的节能技术，降低能源的消耗，提高能源的利用效率3。开发利用可再生能源和各种绿色能源以实现可持续发展是人类必须采取的措施。太阳能光伏发电是当前利用新能源的主要方式之一，光伏并网发电是光伏发电的发展趋势。发达国家，特别是美国、日本、德国等国家近年来已经不仅仅把光伏发电看成是解决边远偏僻地区居民供电的最好途径，而已经更着重从环保的角度把它看成是提供电力的重要手段，即已经把它从“补充能源”的角色向“替代能源”的角色过渡4。并网发电系统能够并行使用市电和可再生能源作为本地交流负载的电源，降低整个系统的负载缺电率。同时，家庭能源的消耗逐渐上升，并且负荷时而呈尖峰态, 其负荷变化的规律与太阳电池的输出十分一致,并网系统可以对公用电网起到调峰作用。并网发电系统是太阳能风力发电的发展方向，代表了21世纪最具吸引力的能源利用技术5。光伏并网发电的主要问题是提高系统中太阳能电池阵列的工作效率和整个系统的工作稳定性，实现并网发电系统输出的交流正弦电流与电网电压同频同相。最大功率点跟踪MPPT(maximum power point tracking)是太阳能光伏发电系统中的重要技术，它能充分提高光伏阵列的整体效率6。在确定的外部条件下，随着负载的变化，太阳能电池的输出功率也会变化，但始终存在一个最大功率点。当工作环境变化时，特别是日光照度和结温变化时，太阳能电池的输出特性也随之变化，且太阳能电池输出特性的变化非常复杂7。目前太阳能光伏发电系统转换效率较低且价格昂贵，因此，使用最 大功率点跟踪技术提高太阳能电池的利用效率，充分利用太阳能电池的转换能量，应是光伏系统研究的一个重要方向8。二、设计方法及论证 此设计整体框图如图1：直流稳压电源DC-ACLC滤波隔离变压器MSP430F149单片机MPPT欠压保护IGBT驱动电路SPWM波反馈模块反馈绕组负载电流检测正弦信号参考输入精密整流过零比较整形滤波显示部分辅助电源图1：光伏并网发电模拟装置整体框图MPPT的控制方法很多，如恒定电压控制法、扰动观测法、导纳增量法，模糊控制法，本设计中让在给定范围内变化时，使Ud=1/2Us。所以本设计为恒定电压控制法。实现方法如图2所示图2：MPPT原理图如图所示：我们得Ud=Us-Ul，为使Ud=1/2Us，通过取样电阻网络，用MSP430F149内部12位AD采样，控制单片机输出SPWM的占空比，改变输出电压，使Ud稳定在1/2Us，此方案简单，容易实现。三：光伏发电未来展望若能将屋顶及向阳的外墙甚至窗户材料都用光伏器件来代替，则既能作为建材又能发电，可谓一举两得。此外，建筑物能为光伏系统提供足够的面积，不需另加土地，能省去光伏系统的支撑结构，光伏材料可代替建筑材料，节省材料费用，安装建筑结合，节省安装成本，分散发电，避免传输和分电损失9。显然，光伏器件如能代替部分建材，则可进一步降低光伏发电的成本，有利于推广应用，所以存在着十分巨大的潜在市场，目前在光伏发达国家，该市场已经慢慢形成并发展10。按照日本新能源计划、欧盟可再生能源白皮书，美国光伏计划等推算，2010年全球光伏发电并网装机容量将达到15GW，占全球发电总装机容量不到1；至2030年全球光伏发电装机容量将达到300GW，届时整个产业的产值有可能突破3000亿美元；至2040年光伏发电将达全球发电总量的1520。按此计划推算，20102040年，光伏行业复合增长率将高达25以上。其中并网应用会有较大的发展，从而形成并网发电(约46)、离网供电(约27)和通讯机站(约21) 3个主要应用领域11。总 结太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。在研究过程中，非常值得注意的就是效率问题及成本问题，要做到尽可能的效率高，尽可能的成本低，以至充分利用能源，节约成本。参考文献/view/21294.htm?fr=ala0 1 赵为太阳能光伏并网发电的研究D. 合肥：合肥工业大学，2003。 2 林珊太阳能发电系统研究D. 广东：广东工业大学，1999。 3 戴靖光伏并网发电技术综述A中国电工技术学会电力电子学会第十届学术论文集 c 西安，2006 4 张军军，孙佩石，梁海涛太阳能电动车车用光伏充电器的设计J电源技术应用，2006,9( 4 )：1417 5 禹华军，潘俊民光伏电池输出特性与最大功率点跟踪的仿真分析 J 计算机仿真，2005， 2 2 ( 6 ) ：248252 6 许洪华，定世攀深圳国际园林花卉博览园1MWp并网光伏电站系统描述及效益分析 c 第八届全国光伏会议论文集深圳：中国轻工杂志社，2 0 0 4：3 13 6 7 葛新石，龚堡，陆维德，等太阳能工程一原理和应用M北京：学术期刊出版社1 9 8 8：1 8 5 1 9 0 8 李萧凯光伏发电发展及政策解析 J 阳光能源，2008，02：5861 9 (日)太阳光发电协会著，刘树民，宏伟，译太阳能光伏发电系统设计与施工M北京：科学出版社，2006，3 74 0 10 刘凤君De l t a逆变技术及其在交流电源中的应用M北京：机械工业出版社，2 0 0 3 11 张鹏， 王兴君，王松林光线自动跟踪在太阳能光伏系统中的应用 J 现代电子技术， 2 0 0 7 ，3 0 ( 1 4 ) ：1 8 91 9 1 ，1 9 4 12 赵争鸣等太阳能光伏发电及其应用M 北京：科学出版社，2005，4 35 5 13 B i l l y Ho M T，He n r y Ch u n g S HHu i S Y RAn I n t e g r a t e d I n -v e r t e r wi t h Ma x i mu m Po we r Tr a c k i ng f o r Gr i dCon n e c t e d PV S y s t e ms Z I EEE T r a n s Po we r El e c t r o n，2 0 0 4：1 5 5 91 5 6 5 14 S me d l e y K，Cu k S Onecycle C o n t r o l o f S wi t c h i n g Co nv e r t e r J I EEE Tr a n sP o we r El e c t r o n，1 9 9 5，1 0( 6) ：6 2 56 3 3 15 Ka wa