20
Il1?P01071??45A??Vin(min)0.95?25 （4-1）
（4-2）
V0L1??D?(1?D)?iL1?fs
D=1-Vin/V0 （4-3） 式中:D为开关管的占空比，fs为开关管开关频率。 由(4-2)和(4-3)可得:
V25Dmax?1?inmin?1??0.48V048
V0L1min??Dmax?(1?Dmax)?iL1?fs
取△iL1=0.2IL1，计算可得L1min=66.5uH 滤波电容的估算 由文献[44]可知:
C1?D?I0?TS?V0 （4-4）
（4-5）
（4-6）
取△Vo=4.8，由上述参数可得:
DmaxC1min??I0?110.5uF?Vo?fs
（4-7）
为了使输出电压纹波小于4.8V，滤波电容必须大于110.5uF，可取120uF，滤波电容的耐压值不应小于48x1.5=72V，因此滤波电容可取120uF/l00V。
功率开关管的选取
通过功率开关管的最大电流与通过电感的最大电流相等，为45A，功率开关管承受的最大电压为2Vin=2×45=90V。考虑到功率开关管电压和电流的设计裕量，开关管的额定电压应为珠的1.5倍，额定电流应大于开关管导通时流过的峰值电流的2倍。BOOST电路中开关管选取Infineon公司的IPBO42N10N3G MOSFET管，其额定耐压值VDS=l00V，额定电流ID=100A，导通电阻RDS(ON)=4.2mΩ
二极管的选取
通过二极管的最大电流与通过电感的最大电流相等，为45A，功率开关管承受的最大反向电压为Vomax=50.4v。考虑到二极管电压和电流的设计裕量，开关管的额定电压应为Vin的1.5倍，额定电流应大于开关管导通时流过的峰值电流
20
21
的2倍。
BOOST电路中二极管选取Infineon公司的D255N二极管，其最大反向耐压VRRM=600V，最大正向电流IF=400A，反向恢复时间最长131ns。
3.3.2蓄电池电池和太阳能电池列阵参数
在本系统中铅酸蓄电池组接在双向BUCK-BOOST变换器上充当负载。当铅酸蓄电池组直接接在BOOST电路上充当负载时，系统为铅酸蓄电池充电以储存能量，当无太阳光照射时，铅酸蓄电池可通过双向BUCK-BOOST变换器向负载供电。本系统中铅酸蓄电池选择电压24V、容量为100AH的蓄电池组。
太阳能电池阵列是整个系统能量的来源，本系统所使用的太阳能电池阵列由七块无锡尚德太阳能电力有限公司生产的STP155S-24/Ab 型单晶硅太阳能电池并联而成，总功率1KW。STP155S-24/Ab型单晶硅太阳能电池组件参数如表4.1所示:
表3.5 最大工作 电压Vm 34.4V 最大工作 电流Im 4.51A 短路 电流Isc 4.9A 开路 电压Voc 43.2V 功率 153W 3.3.3 双向BUCK-BOOST变换器参数
系统中设计双向BUCK-BOOST变换器的功率开关管的开关频率也为Fs=20kHz，双向BUCK-BOOST变换器按BUCK变换器设计:输入额定直流电压为Vin=48V，输入电压波动△Vo=4.8v;输出直流电压Vo=24v，输出电压纹波为2V;输出额定电流I=45A。
滤波电感的估算
V24D?0??0.5Vin48
V24Dmin?0??0.476Vinmax50.4
V24Dmax?0??0.526Vinmin45.6
V?VL2?in0?D?iL1?fs
21
(4-8)
(4-9)
(4-10)
(4-11)
22
式中:D为开关管的占空比，fs为开关管开关周期。取输出电流纹波△i0=3A。可得:
L2?48?24?0.5?200uh33?20?10Vinmax(1?Dmin)Dmin?210uh?iL1?fsVinmin(1?Dmax)Dmax?iL1?fs (4-12)
L2max? (4-13)
(4-14)
L2min?
取L2=210uH。 滤波电容的设计
由于本系统中双向BUCK-BOOST变换器的负载为铅酸蓄电池，而铅酸蓄电池本身就相当于一个大电容，因此本双向BUCK-BOOST变换器输出端可以不用滤波电容;另外，省去滤波电容还可以减少由于铅酸蓄电池给滤波电容充电而导致的容量损失。而且省去滤波电容，减少了系统成本，缩小系统的体积，从而简化了电路。
功率开关管的选取
双向BUCK-BOOST变换器中，功率开关管Q2和Q3承受的最大电压均为Vin=50.4V，功率开关管Q2和Q3的最大工作电流与流过滤波电感的最大电流相同，即IQ2max=IQ3max=IL2max=45A。考虑到功率开关管电压和电流的设计裕量，可选择开关管的容许电压为100v，容许电流为50A。双向BUCK-BOOST变换器电路中开关管选取Infineon公司的IPBO42CN10N3G MOSFET管，其额定耐压值VDS=100V，额定电流ID=100A，导通电阻RDS(ON)=4.2mΩ
逆变器选择
本文采用双极性SPWM单相逆变电路。太阳能光伏阵列产生的电压，经过一个BOOST电路升压，通过调节Q5端得占空比来调节升压后电压的大小。再经过双极性SPWM逆变电路，将直流电转换为交流电供负载使用
4 离网型光伏发电系统的仿真
根据参数采用Matlab软件对逆变电路进行仿真。对系统做适合的实时修正或者按照仿真的最佳效果来调试及整定控制系统的参数，以提高系统的性能，减
22
23
少设计系统过程中反复修改的时间，实现高效率地开发实际系统的目标。
图3.5逆变电路仿真结果
注：仿真中采用直流电压源（48V）代替逆变电路的输入端电压（A-a点电压）
从仿真图来看，三角载波有正负极性，同样再载波和调制波的交点处产生驱动信号。但是T6、T9和T7、T8的驱动脉冲互补。在T6、T9导通时，T7、T8截止；在T7、T8导通时，T6、T9截止。因此逆变器交流输出电压在半周期中也有正负极变化，故称双极性调制。在输出交流的正半周。正脉冲宽度大于负脉冲；在输出交流的负半周，负脉冲宽度大于正脉冲，且脉冲狂度随调制波变化，使输出交流电压按正弦规律变化。改变调制波的幅值，则改变了调制正弦波与三角波的交点位置，可以调节矩形脉冲宽度，从而改变交流电压的大小。改变调制正弦波的频率。使输出交流电的频率也随之变化，因此调节调制波的幅值喝频率就可以调节交流输出电压的大小和频率
23
24
总结
本文主要研究功率为1KW的独立光伏发电系统，介绍了太阳能光伏发电的系统的基本组成和特性，并详细说明了太阳能电池的原理，特性以及太阳能电池工程模型太阳能电池最大功率跟踪的原理以及一些常用的方法，并比较了他们的优缺点。通过对目前太阳能独立光伏发电系统常用DC/DC拓扑结构的研究，总结了各种DC/DC拓扑结构的优缺点。本文重点研究一种带有双向变换器功能的太阳能独立光伏发电系统，对该系统主电路的参数进行了设计计算。为了使此独立光伏发电系统能够向交流负载供电，添加了逆变电路，并对逆变电路进行了仿真。
24
