开题报告-光伏并网发电模拟装置设计.pdf

中北大学毕业设计开题报告学学生生姓姓名：名：郭通学学号：号：1102064215学学院：院：计算机与控制工程学院专专业：业：电气工程及其自动化设计题目设计题目：光伏并网发电模拟装置设计指导教师指导教师:刘天野2015年4月15日毕毕业业设设计计开开题题报报告告1选题依据：文文献献综综述述1国内外光伏发电的发展随着世界能源问题和环境问题的不断加剧，传统的能源尤其是煤炭、石油、天然气三大化石燃料更是有限，它们在21世纪内就会濒临枯竭，产生能源危机，可再生能源的开发和利用呈现出迅速发展的趋势1。作为可再生资源之一的太阳能，被认为是人类可利用的最清洁的能源，因此开发和利用太阳能具有非常重要的战略意义。光伏发电系统是利用太阳能电池直接将太阳能转换成电能的发电系统。它的主要部件是太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器。其特点是可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网运行，受到各国企业组织的青睐，具有广阔的发展前景。“十二五”时期我国新增太阳能光伏电站装机容量约1000万千瓦2，太阳能光热发电装机容量100万千瓦，分布式光伏发电系统约1000万千瓦，光伏电站投资按平均每千瓦1万元测算，分布式光伏系统按每千瓦1.5万元测算，总投资需求约2500亿元。在全球太阳能资源丰富、分布广泛，是21世纪最具发展潜力的可再生能源3。随着全球能源短缺和环境污染等问题日益突出，太阳能光伏发电因其清洁、安全、便利、高效等特点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业4。2光伏发电的工作方式及并网的意义太阳能光伏发电有离网型和并网型两种工作方式。过去由于太阳能电池的生产成本居高不下，光伏发电多用于偏远的无电地区，而且户用及村庄用的中小系统居多，都属于离网型用户。但是近年来，光伏发电产业及其市场发生了极大的变化，开始由偏远地区逐步向城市并网发电、光伏建筑集成以及大型荒漠光伏并网发电的方向快速迈进，太阳能已经全球性地由“补充能源”向下一代“替代能源”过度5。光伏独立系统中的蓄电池完全被光伏并网系统中的电网所取代。免除配置蓄电池，省掉了蓄电池蓄能和释放的过程，可以充分利用光伏阵列所发的电力，从而减小了能量的损耗，降低了系统成本。但是系统中需要专用的并网逆变器，以保证输出的电力满足电网对电压、频率等性能指标的要求6。逆变器同时还控制光伏阵列的最大功率点跟踪（MPPT）7、控制并网电流的波形和功率，使向电网传送的功率和光伏阵列所发出的最大功率电能相平衡8。这种系统通常能够并行使用市电和太阳能光伏系统作为本地交流负载的电源，降低了整个系统的负载断电率9。而且并网光伏系统还可以对公用电网起到调峰的作用。太阳能光伏发电进入大规模商业化应用是必由之路，就是将太阳能光伏系统接入常规电网，实现联网发电10。与独立运行的太阳能光伏发电站相比，并入电网可以给光伏发电带来诸多好处，可以归纳以下几点:1、省掉了蓄电池作为储能；2、随着逆变器制造技术的不断进步，以后逆变器的稳定性、可靠性等将更加完善；3、光伏阵列可以始终运行在最大功率点处，由电网来接纳太阳能所发的全部电能，提高了太阳能发电效率；4、电网获得了收益，分散布置的光伏系统能够为当地的用户提供电能，缓解了电网的传输和分配负担；5、光伏组件与建筑完美结合，既可以发电又能作为建筑材料和装饰材料。3光伏发电未来发展前景1.在未来，太阳能光伏发电、太阳能电池用硅片等成为可再生能源和新能源高技术产业化专项支持的重点领域之一。发展太阳能产业是解决能源短缺，缓解供需矛盾，减少环境污染和温室气体排放和人类社会可持续发展的有效途径11。太阳能是洁净无污染的巨大能源，最大限度地开发利用太阳能将是人类新能源利用方面的科技发展方向。太阳能光伏发电技术非常契合国家新能源优化发电的举措，加之太阳能光伏发电的清洁、廉价等性能，未来光伏发电将呈现良好的发展态势12。2.技术上，将光能转化为电能的光伏发电技术是一项非常重要的技术手段。它能够实现向可持续的能源系统转变13。相对而言，目前这项技术的发展还处在初期阶段，但在未来将会有很稳定和很高的增长率，会成为更加可行的电力供应者14。3.由于之前的光伏发电市场主要是在通信领域和边远地区。在国家和行业大力提倡光伏发电措施下，应用的范围可以随着光伏发电系统成本的降低，将向工业领域以及屋顶发电系统发展。而随着常规电力日趋紧张，光伏发电必然向公共电力规模发展15。参考文献1张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计M.修订版.北京：电子工业出版社，2004.2王长贵，王斯成.太阳能光伏发电实用技术M.北京：科学出版社2000.21.3张兴，曹仁贤.太阳能光伏并网发电及逆变控制M.北京：机械工业出版社2010.12.4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2008.5周志敏，纪爱华.太阳能光伏发电系统设计与应用实例M.北京：电子工业出版社，2010.6宁武，唐晓宇.新编大学生电子设计竞赛基本技能指导M.北京：电子工业出版社，2013.7吴理博，赵争鸣，刘建政等.单级式光伏并网逆变系统中的最大功率点跟踪算法稳定性研究J.中国电机工程学报，2006，26(6):7377.8周德佳，赵争鸣，袁立强等.具有改进最大功率跟踪算法的光伏并网控制系统及其实现J.中国电机工程学报，2008，28(31):9499.9郑飞，费树岷，周杏鹏.基于DSP和FPGA的光伏并网控制器设计与实现J.电力自动化设备，2011，31(2):8488.10吴玉蓉，张国琴.基于DSP控制的单相光伏并网逆变系统的设计J.继电器，2008，36(4):5153.11卢慧芬，陈慧，张国鹏等.基于TMS320F2812的光伏并网发电模拟装置J.机电工程，2012，29(11):13191322.12赵贵龙，曹玲玲，祝龙记.基于光伏并网逆变系统的改进锁相环设计J.电力系统保护与控制，2015，43(2):108112.13焦阳，宋强，刘文华.基于改进MPPT算法的光伏并网系统控制策略J.电力自动化设备，2010，30(12):9296.14顾卫钢.手把手教你学DSP基于TMS320X281XM.北京：北京航空航天大学出版社，2011.15郭伟峰，杨世彦，杨威，等基于DSP-FPGA全数字控制的并联有源电力滤波器J电工技术学报200722(5):123127毕毕业业设设计计开开题题报报告告研究方案：光伏并网模拟装置设计方案光伏并网模拟装置设计方案光伏并网模拟装置拟由DC-AC变换电路、驱动电路、电压、电流调理电路、TMS320F28335控制单元、显示电路等组成。系统框图如下：光伏并网模拟装置设计框图(1)逆变主电路逆变主电路拟选择全桥逆变结构，全桥逆变电路是逆变器中得到最广泛应用的拓扑形式，其器件承受的电压较低（理论上与电源电压一致），控制灵活，在自换流或者负载换流模式下都可以工作，不依赖变压器参与逆变。(2)控制单元控制单元拟采用TMS320F28335。TMS320F28335型数字信号处理器TI公司的一款TMS320C28X系列浮点DSP控制器。与以往的定点DSP相比，该器件的精度高，成本低，功耗小，性能高，外设集成度高，数据以及程序存储量大，AD转换更精确快速等。模拟光伏电池TMS320F2833控制单元refU隔离采样逆变电路模拟并网输入电压采样驱动电路输出电流、TMS320F28335具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，6个DMA通道支持ADC、McBSP和EMIF，有多达18路的PWM输出，其中有6路为TI特有的更高精度的PWM输出(HRPWM)，12位16通道ADC。得益于其浮点运算单元，用户可快速编写控制算法而无需在处理小数操作上耗费过多的时间和精力，与前代DSP相比，平均性能提高50%，并与定点C28x控制器软件兼容，从而简化软件开发，缩短开发周期，降低开发成本。(3)总体思路此装置拟用一个稳压电源和一个串联电阻来模拟光伏电池的输出电压特性，稳压电源为60V，串联电阻3036可调；功率电路拟由MOSFET全桥电路、LC滤波和一个升压变压器构成；控制电路以TMS320F28335为控制核心，由其给出一路SPWM波形，拟通过逻辑门和驱动芯片IR2103和IR2111来驱动两个桥臂上的4个MOSFET。电压采样电路采集输入电压信号，拟通过PI调节，软件追踪最大功率点，使其稳定在12的输入电压点；电流采样拟通过电流互感器差分采样从变压器副边直接得到；最后通过数据分析计算、调节信号使之与参考信号达到同步。毕毕业业设设计计开开题题报报告告指导教师意见指导教师意见：从郭通同学的文献综述，可以看出该同学已经在阅读大量文献资料后对即将进行的工作任务有了较深刻的认识。在文献综述中郭通同学介绍了本课题的选题背景、光伏发电发展的国内外现状，提出