电气工程学院
课 程 设 计 说 明 书
设计题目： 系 别： 年级专业： 学 号： 学生姓名： 指导教师：
I
电气工程学院《课程设计》任务书
课程名称： 电力电子技术课程设计
基层教学单位：电气工程及自动化系 指导教师： 学号 学生姓名 （专业）班级 设计题目 光伏发电单相并网逆变器设计 设 计 技 术 参 数 1、主电路设计：前级DC-DC升压变换器和后级DC-AC逆变器。 设 计 要 求 2、控制系统设计：前级升压变换提供稳定400V直流；后级逆变器并网电流控制策略。 3、驱动电路设计 4、保护功能：⑴ 过流保护 ⑵ 缓冲电路 5、电气操作系统设计：⑴ 控制电路与主电路通、断电逻辑互锁； ⑵ 连接导线截面积计算与选择；⑶ 配置必要的电压、电流仪表指示。 参 考 资 料 周次 应 完 成 内 容 完成全部方案设计： 周一、二：查阅相关参考资料 周二至周五：方案设计、完善 周一、二：完成设计说明书 周三、四：绘制A1设计图纸 周五：答辩考核 1、《电力电子技术》(第5版) 王兆安主编 机械工业出版社 2009 2、《现代逆变技术》 王 聪主编 科学出版社 3、《电力拖动自动控制系统》 陈伯时主编 机械工业出版社 4、相关电气设计手册 第一周 第二周 ⑴ 太阳能电池板输出直流：120VDC±15% ⑵ 逆变器输出交流侧：220V/50Hz ⑶ 逆变器额定输出功率：5 kW (单位功率因数) ⑷ 输出电流THDi：≤5% II
指导教 师签字 基层教学单位主任签字 说明：1、此表一式三份，系、学生各一份，报送院教务科一份。 2、学生那份任务书要求装订到课程设计报告前面。
电气工程学院 教务科
摘 要
随着世界环境的日益恶化和传统能源的日渐枯竭，迫使着人们加速对新能源的开发和利用。因此，具有可持续发展的太阳能资源受到了人们的重视，世界各国相继出台的新能源法对太阳能发展起到了推波助澜的作用。其中，光伏并网发电具有深远的理论价值和现实意义，仅在过去的五年，光伏并网电站安装总量已达到数千兆瓦，而连接光伏阵列和电网的光伏逆变器便是整个光伏并网发电系统的关键。
本设计根据逆变器结构以及光伏发电阵列的特点，提出了基于DC/DC和DC/AC两级并网逆变器的结构。基于DC/DC和DC/AC的逆变器电路具有相对的独立性，在设计中将分别对两部分电路进行了详细的分析和设计。在DC/DC变换器中，采用BOOST升压电路对太阳能光伏阵列输出电压进行调制，并实现了最大功率跟踪控制，功率控制芯片采用了AVR中的ATMEGE16
III
处理采样数据，并发出控制指令。在DC/AC转换器中，交流逆变频率由固定频率振荡器提供，经过门电路处理得到相应的驱动，最终输出固定幅值和频率的交流电压。
关键词 太阳能 光伏并网 最大功率跟踪 单极性调制
目 录
摘 要 .......................................................................................................................... I Abstract ..................................................................................... 错误！未定义书签。
第1章 绪论 ............................................................................................................. 1
1.1 太阳能并网逆变器的设计背景 ................................................................ 1
1.1.1 全球能源危机与环境问题 ............................................................. 1 1.1.2 太阳能光伏发电的优势 ................................................................. 2 1.1.3 国内外太阳能光伏发电的现状与发展 ......................................... 3 1.2 光伏并网发电系统 .................................................................................... 4
1.2.1 光伏并网系统的组成 ..................................................................... 4 1.2.2 光伏并网系统的优缺点及对逆变器的要求 ................................. 5
IV
第2章 系统总体方案的设计 ................................................................................. 6
2.1 并网逆变器输入方式的选择 .................................................................... 6 2.2 并网逆变器主电路拓扑的选择 ................................................................ 6 2.3 光伏并网逆变器隔离方式的选择 .......................... 错误！未定义书签。 2.4 系统总体方案的确定 ................................................................................ 7 第3章 主电路的设计 ............................................................................................. 8
3.1 前级电路的设计 ........................................................................................ 8
3.1.1 BOOST结构的原理分析 ............................................................... 8 3.1.2 BOOST电路参数的计算 ............................................................. 10 3.2 后级单相全桥逆变电路设计 .................................................................. 16
3.2.1 全桥逆变电路分析 ....................................................................... 16 3.2.2 全桥逆变电路的参数计算 ........................................................... 16
第4章 控制电路的设计 ....................................................................................... 18
4.1 前级控制电路的设计 .............................................................................. 18
4.1.1 最大功率跟踪技术的原理分析 ................... 错误！未定义书签。 4.1.2 MPPT技术基本拓扑的选择 ....................... 错误！未定义书签。 4.1.3 MPPT控制方法的选择 ............................... 错误！未定义书签。 4.1.4 MPPT的软件设计 ....................................... 错误！未定义书签。 4.1.5 MPPT硬件设计 ........................................... 错误！未定义书签。 4.2 后级控制电路的设计 .............................................................................. 19
4.2.1 单相逆变器SPWM技术分析 ..................................................... 19 4.2.2 驱动电路设计 ............................................................................... 21 4.2.3 采样电路的设计 ........................................................................... 27 4.2.4 控制部分供电电源的设计 ........................................................... 29
结 论 ....................................................................................................................... 31 致 谢 ....................................................................................................................... 32 参考文献 ................................................................................................................... 33 附录 1 ....................................................................................................................... 34 附录 2 ....................................................................................................................... 35
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