FPGA的多太阳能电池板微网逆变器的硬件设计.docVIP

第1章 课题背景 1.1能源现状 能源是人类经济及文化活动的动力来源。世界文明史上，人类不断的从自然界索取、探求适合生存和发展所需的各种能源，能源的利用水平折射出人类文明的进步步伐。从原始社会开始，化石能源逐步成为人类所用能源的主要来源，这种状况一直延续到科技发达的现代社会。随着人类对能源需求的日益增加，化石能源的储量正日趋枯竭。全球资源专家们呼吁：煤炭、石油等可贵的化石资源应该是留给子孙后代的“化工原料，而不该在我们这代人手中仅仅把1亿吨温室效llJ。1996年到2006年最近十年的平均年增长率为40％，从2001年到2006年最近5年的平均年增长率为45％，2006年世界太阳能电池产量达到了2790MW，总8GW。太阳能开发利用必将在21世纪得到长足的发展，并终21世纪后期的主导能源。光伏发电产业的现状 光伏并网发电开始于上个世纪80年代初，美国、日本、德罔、意大利都为。按照当时认识，建造的都是较大型的光伏并网电站，而且都90年代以来，国外发达国家重新掀起了发展光伏并网系统的研发高潮，这 在各国的屋顶光伏并网系统发展中，德国的屋顶光伏并网系统发展速度始终是位于世界前列的。1993年，德国首先开始实施由政府补贴支持的“1000 ，同时制定了“可再生能源电力供应法”，规定光伏发电马克，极大的刺激了光伏发电市场。由此为契机，德国1995年安装了太阳能发电系统容量5MW，1996年增加了一倍，达到了10MW，1999年扩大为15．6MW。1997年在慕尼黑贸易展览中心安装了世界上1．016MW。1999年1月德国开始实。2000年安装太阳能发电系统容量超过40MW。现在德国SMA，Fronius，Sputnik，Sun Pwer和西门子等众多的公司具有市场化的SMA在欧洲市场中占有50％的份额。除欧洲外，美国、加拿大、，它(主要是太阳能电池)同时并列为光伏产业的两大支柱。 1.2.2国内光伏发电产业的现状 2000年世界卫生组织公布的世界上污染最严重8个。另一方面，我国具有丰富的太阳能资源，。20世纪50年代开始研究太阳能电池，于1971年首次成功应用于我2个重要时期，第一个是20世纪80年代中期，引进4条总计5MW的光伏电池生产线，光伏产业初2002年启动了“送电到20MW，极大的拉动了我国光伏市场的需求。 。光伏并网发电系统简介 光伏并网发电系统的组成Fig.2-1 Solar photovoltaic power generation system 2.2光伏阵列 2.2.1 光伏阵列的结构 光伏发电系统，是利用光生伏打效应原理制成的光伏电池将太阳能直接转化为电能。光伏电池单体是用于光电转换的最小单元，一个单体产生的电压大约为0.45V，工作电流约为,将光伏电池进行串、并联封装后，就成为光伏电池组件。实际光伏发电系统可根据需要，将若干光伏电池组进行串、并联，排列组成光伏阵列，满足光伏系统实际电压电流的需要。光伏组件串联，要求所串联组件具有相同的电流容量，串联后的阵列输出电压为各光伏组件输出电压之和，相同电流容量光伏电池串联后输出电流不变；光伏电池组件并联要求所有并联的光伏组件具有相同的输出电压等级，并联后的阵列输出电流为各个光伏电池输出电流之和，而电压保持不变。 2.2.2光伏阵列的保护 在一定条件下，一串联支路中被遮蔽的光伏组件，将被当做负载消耗其他有光照的光伏电池组件所产生的能量。被遮蔽的光伏电池组件此时会发热，这就是热斑效应。这种效应能严重破坏光伏电池，有光照的光伏电池所长生的部分或全部能量，都可能被遮蔽的电池所消耗。为了防止光伏电池由于热斑效应而遭受破坏，需要在光伏电池组件的正负极两端并联一个旁路二极管，实现电流的旁路保护光伏阵列。为了避免由于光伏电池在阴雨天和夜晚不发电时或者出现故障时，蓄电池通过光伏方阵放电，这就需要在方阵中加入防反充二极管，又称为阻塞二极管。 除了电方面的保护，还要考虑机械方面的保护，如如防风、防雨、防雹能力，另外，为了防止鸟粪玷污光伏电池表面引起热斑反应，还需要在方阵顶上特别安装驱鸟器。 2.3电力电子变换器 变换器是光伏发电系统的关键部件，变换器分直流变换器和交流变换器两种。光伏发电系统中的变换器一般要具备几种功能：最大功率点跟踪、蓄电池充电、直流电的升压或降压以及逆变。 最大功率点跟踪控制器。通过调剂负载功率，改变光伏电池板的输出电压和电流，是光伏电池板输出功率最大化。 蓄电池充电控制器。通过调剂控制器的输出电压和电流，实现对蓄电池策略的充电控制，有利于有效的利用太阳能以及对蓄电池的保护。 升降压变换器。因为光伏阵列实际的工作电压跟负载或者后端逆变器所需电压不匹配，所以需要对光伏阵列的输出电压进行调节，或升获降，以满足负荷的使用要求。 逆变