【自动化】5kw单相并网逆变器设计 开题报告1

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）环境保护是今年两会的焦点议题，随着人们对“绿色环保”的重视，如何合理利用资源和降低对环境的污染成为了主题。到目前为止，石油、煤炭和天然气等的化石能源一直是世界经济的支柱，但是化石资源的有限性和对环境的危害性，已经日益地威胁着人类社会的安全和发展。充足的能源、洁净的环境是经济持续发展的基础条件。1996年联合国环境署报告指出“从现在到2020年，全球能源消耗将比现在增长50到100，由此造成温室效应的气体排放将会增加45到90，从而带来灾难性后果。”为了制止地球的温暖化，为了人类尽快走出燃煤时代，构建一个稳定的可持续发展的未来社会，各国都在不断追求不排放CO2，不污染环境的清洁能源。因为能源供应紧张以及环保压力的加大，人们对电能的使用和发电、输配电提出新的要求。传统的发电系统正在逐渐发生变化，以解决电力紧张和环境污染问题为目的的可再生能源利用方案得到了极大的重视和迅速的推广。可再生能源的发展中太阳能发电是目前世界上发展速度最快的，在世界范围内新型能源消费比例中占据主导地位，并将逐步取代传统的化石能源。前几年，随着西班牙、德国、美国、日本对本国光伏产业的政策扶持，全球光伏发电逆变器的销售额逐年递增，光伏发电用逆变器进入了一个快速增长的阶段。但目前全球光伏逆变器市场基本被国际几大巨头瓜分，欧洲是全球光伏市场的先驱，具备完善的光伏产业链，光伏逆变器技术处于世界领先地位。我国生产的光伏发电系统的逆变器在在转换效率、结构工艺、智能化程度、稳定性等方面与国外先进水平仍有一定差距，目前我国在小功率逆变器技术上与国外处于同一水平，在大功率并网逆变器上，大功率并网逆变器仍需进一步提高和发展。太阳能逆变器未来的发展趋势将朝着转换效率高、性能稳定、并网型逆变器为主流的方向发展。可再生能源发电系统可分为两种形式离网系统和并网系统。离网系统根据电能利用方式分为两种一种是发电直接利用，另外一种是发电后直接存储在蓄电池中。这两种电能利用方式都有各自的缺点，对于直接利用的方式，比如光伏发电系统，白天发出的电不能充分利用，被白白浪费；对于储能系统，不仅造价高，且容易造成环境污染。并网发电系统产生的电能不仅可以直接利用，还可以把多余的电能进行并网发电，把电网作为一个巨大的蓄电池，既不污染环境又节省能源。所以逆变器以并网型为主流，从技术层面讲，并网型逆变器朝着高频化、高效率、高功率密度、高可靠性和高度智能化是未来的发展方向。如果可再生能源能够有效的回馈到公用电网中，会有效缓解能源短缺的压力，提高经济效益，并且改善环境。可靠、高质量地将可再生能源产生的电能输送到电网中是研究可再生能源回馈电网技术关键。因此,研究并网型逆变器如何高效的、高可靠性的转换电能具有十分重要的现实意义。2、基本内容和技术方案21资料搜集广泛搜集相关资料，分析国内外发展现状，熟悉论文题目，对设计有初步的了解。22并网逆变器（1）可再生能源并网逆变器电路结构如图1所示，该电路结构由逆变器，变压器以及输入、输出滤波器构成（图1中滤波器可采用L、LC、LCL结构，本图采用的是LC结构。）图1并网逆变器电路结构（2）并网逆变器调制方式可以用单极性SPWM来进行调制，因为可以让输出电感工作在高频以减小体积,同时减小输出的谐波。单极性SPWM控制一般是由有两种产生SPWM的方法,其中一种是给定的正弦波是正弦半波,与之作比较的是均为正值的三角波,这种控制方法称为单边SPWM控制方法。另外一种,其给定的正弦波为完整的正弦波,与其作比较产生SPWM的三角波,在正弦波为正半波的时为正三角波,在正弦波为负半波时为负的三角波，这种控制方法称为双边SPWM控制方法。本次设计拟采用双边PWM控制方法，其工作波形如图2，图2SPWM调制波形（3）逆变器可用拓扑结构如图3，本次设计拟采用全桥式结构，图3（A）推挽式（B）推挽正激式（C）半桥式（D）全桥式23并网控制部分并网逆变器输出交流电压馈入电网，输出的电压电流必须保持与电网电压电流同频率、同相位，电压输出还必须同幅度。馈入电网的电能必须符合各国的电网的电能质量规定。光伏并网、风电并网等国家都有规定的并网标准。要实现输出的电压电流与电网电压电流同频率、同相位，电压输出同幅度，就要有采样电路，电压电流的反馈电路。控制系统计划用DSP实现，实现锁相、切换及并网反馈控制。24孤岛检测功能（1）根据国际标准IEEESTD2000929和ULL74规定，所有的并网逆变器必须具有反孤岛效应的功能，同时这两个标准给出了并网逆变器在电网断电后检测到孤岛现象并将逆变器与电网断开的时间限制，如下表VOLTAGETIMETOOPERATEVL37VNLORM2CYCLESFREQUENCYTIMETOOPERATEFNORM05F6CYCLESFFNORM076CYCLES其中VNORM指电网电压幅值的额定值，对于我国单相市电为交流220V有效值；FNORM指电网电压频率的额定值，对于我国的单相市电为50HZ。（2）检测孤岛状态的方法可分为逆变器内部无源法和逆变器内部有源法。其中逆变器内部无源法包括电压过高/低和频率过高/低判断法，电压相位突变判断法和电压谐波和电流谐波检测法。上述三种方法都是利用逆变器从并网到市电掉电时,由于负载有大的变化而引起逆变输出电压的幅度或频率突然变化,或是由于局部电网负载引起的电压电流谐波大幅度增加,从而通过上面的方法可以防止孤岛出现。但是在前面的电路原因分析中提到,这类方法的检测很有限。所以一般在无源法的基础上增加内部有源法进行判断。1逆变器内部有源法是通过在逆变器并网系统的控制中人为的加入一些电压频率的扰动或偏移,用于增加孤岛的判断可靠性,尽可能的减小孤岛判断的盲区范围,但是加入的这些有源方法会在一定程度上使输出的电压或电流波形出现很小的扰动。常见的有有源频率偏移法和电压偏移法和输出电压或频率规律扰动法。1本次设计将讨论这几种方案并选择一种切实可行的孤岛检测方案应用到系统中去。3、进度安排第一周熟悉论文题目，对设计内容初步了解；第二周查阅文献，不少于15篇；第三章撰写并提交毕业设计开题报告；第四周了解孤岛效应及其检测方法，并拟初步方案；第五周了解可再生能源电源对电力系统的影响级可再生能源发电系统并网方法；第六周了解并网逆变器的基本原理并拟定初步方案；第七周学习MATLAB仿真功能；第八周设计电路修改方案；第九周对设计电路进行仿真，验证设计的合理性；第十周撰写论文提纲，开始写论文；第十一周撰写论文正文；第十二周论文收尾；第十三周提交论文初稿；第十四周修改论文；第十五周制作答辩PPT；第十六周传论文，答辩。4、参考文献1汪飞可再生能源并网逆变器的研究D杭州浙江大学,20052黄济荣可再生能源与变流技术J变流技术与电力牵引,20065153易龙强,戴瑜兴,郜克存基于异步变频调制的UPS逆变数字锁相技术J；电力电子技术；2006（3）57594徐云谁能驱动中国世界能源危机和中国方略M北京人民出版社，20065林征宇，吴建德，何湘宁基于DSP带同步锁相的逆变器控制J电力电子技术，2001，35（2）24256昌金铭，吴建荣世界光伏产业发展对我国的启迪J能源工程，20025137陈道炼,DC一AC逆变技术及其应用M,机械工业出版社,20038吴红樱,UPS高频化技术及其系统的研究D,杭州浙江大学,19989林飞,杜欣电力电子应用技术的MATLAB仿真M北京中国电力出版社,200810陈坚，电力电子学电力电子变换和控制技术M北京高等教育出版社，200211张家生，刘杨相位检测方法研究J仪器仪表学报，2003，0812尹发根电力谐波检测方法的比较与研究J中国高新技术企业，2009,1913PATHOMATTAVIRIYANUPAPSTATUSOFRENEWABLEENERGYINEUROPE,USANDJAPANJENGINEERINGJOURNAL,2010,VOL143,PP5714ARAVI,PSMANOHARAN,JVIJAYANANDMODELINGANDSIMULATIONOFTHREEPHASEMULTILEVELINVERTERFORGRIDCONNECTEDPHOTOVOLTAICSYSTEMSSOLARENERGY,201