太陽能發(fā)電畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電是利用風(fēng)能和太陽能的資源互補(bǔ)特性，將間歇性的風(fēng)能和太陽能通過有效的轉(zhuǎn)化、儲(chǔ)存、控制等手段，形成穩(wěn)定的電力輸出。發(fā)電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)計(jì)，是整合后系統(tǒng)穩(wěn)定性差的根本原因，也是目前該行業(yè)的技術(shù)壁壘。</p><p>　　本文采用推挽式DC/DC變換電路，將12V左右的直流轉(zhuǎn)換為后級(jí)

2、逆變所需的14V直流，再經(jīng)過整流濾波電路得到一組直流電。采用SG3525芯片作為DC/DC電路的主控元件，進(jìn)行開關(guān)管的PWM控制，結(jié)構(gòu)簡單轉(zhuǎn)換效率高；后級(jí)采用推挽式DC/AC逆變電路，選用ICL8038型作為開關(guān)器件，器件功耗低、轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)輸出電流的并網(wǎng)輸電，其輸出電流必須滿足與電網(wǎng)電流同頻、同相的特點(diǎn)。為了提高并網(wǎng)逆變器的穩(wěn)定性和安全性，本文設(shè)計(jì)了過壓保護(hù)、過流保護(hù)、過熱保護(hù)、直流反接保護(hù)等一系列保護(hù)功能。</p

3、><p>　　關(guān)鍵詞：風(fēng)光互補(bǔ);控制電路;逆變電路;過壓保護(hù)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Wind power is the use of wind and solar energy resources complementary properties, the intermittent wind an

4、d solar power through efficient conversion, storage, control and other means, the formation of stable power output. Power systems, control systems, energy storage systems independent design, the system is the integration

5、 of the root causes of poor stability, is currently the industry's technical barriers.</p><p>　　In this paper, push-pull DC / DC converter circuit, about 12V dc conversion needed for the post-stage inver

6、ter 14V DC, through the rectifier filter circuit to get a group of DC. Using SG3525 chip as the DC / DC circuit of the master element for PWM control of the switch, simple structure, high conversion efficiency; later sta

7、ge push-pull DC / AC inverter circuit ICL8038 type used as a switching device, the device is low power consumption conversion efficiency. In order to achieve the output curr</p><p>　　Keywords: wind and solar

8、; control circuit; inverter circuit; overvoltage protection</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p><b>　　目錄3</b></p><p>&l

9、t;b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 研究背景與研究意義1</p><p>　　1.2 太陽能和風(fēng)能發(fā)電的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.1 國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)外太陽能發(fā)電的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3

10、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用3</p><p>　　第二章 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理4</p><p>　　2.1 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的工作原理4</p><p>　　2.2太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)4</p><p>　　2.2.1太陽能光伏發(fā)電的工作原理4</p><p>　　2.2.2 太陽能陣列的等效電路5

11、</p><p>　　2.2.3 太陽能陣列的輸出參數(shù)6</p><p>　　2.3 風(fēng)力發(fā)電部分7</p><p>　　2.3.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組成及類型7</p><p>　　2.3.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的種類7</p><p>　　2.3.3 風(fēng)機(jī)輸出特性8</p><p>　　2.4

12、 蓄電池設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.4.1 蓄電池的類型8</p><p>　　2.4.2蓄電池工作狀態(tài)9</p><p>　　2.4.3蓄電池的參數(shù)選定9</p><p>　　第三章 風(fēng)光互補(bǔ)整流逆變系統(tǒng)11</p><p>　　3.1整流器及逆變器設(shè)計(jì)11</p><p>　

13、　3.2 DC/DC變換器設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.2.1 DC/DC降壓式變換器設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.3 DC/DC升壓式變換器設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.2.1 DC/DC升壓變換器輸入與輸出電壓的關(guān)系15</p><p>　　3.2.2 DC／DC升壓變換器硬件參數(shù)計(jì)算16</p>&l

14、t;p>　　3.4 DC/AC逆變器的設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.4.1 推挽式電路的元件19</p><p>　　3.4.2 開關(guān)元件的選擇19</p><p>　　3.4.3 輸出濾波器的選擇20</p><p>　　第四章 控制電路21</p><p>　　4.1 DC/DC變換電路的控制模

15、塊設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.1.1 主控芯片的選擇21</p><p>　　4.1.2 控制芯片外圍電路設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.2 DC/AC逆變電路的控制模塊設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.2.1主控制電路的設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.2.2 控制信號(hào)發(fā)生器24</p&g

16、t;<p><b>　　結(jié) 論26</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)27</b></p><p><b>　　謝 辭28</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 研究背景與研

17、究意義</p><p>　　能源是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速增長，能源需求大幅度增加，所以能源的供需有了很大的矛盾突出。利用太陽能、風(fēng)能、潮汐能等可再生能源發(fā)電具有干凈、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，有效的緩解能源矛盾成為全世界研究的熱門課題。</p><p>　　早期小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電是在偏遠(yuǎn)貧窮地區(qū)應(yīng)用在自然條件好，成本低、造型不要求美觀、技術(shù)要求不高，用來解決家庭照明

18、和電視等通用家電的用電問題；隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，逐漸轉(zhuǎn)入經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)使用，自然條件相對(duì)較差，成本相對(duì)較高，造型要求完美。應(yīng)用不斷同時(shí)為技術(shù)的發(fā)展?jié)M足市場提供了基礎(chǔ)。隨著地區(qū)環(huán)境差異和需求差異較大，對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)要求增加。</p><p>　　無論是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還是太陽能發(fā)電系統(tǒng)，都受到自然資源的制約；不僅在地域上差別迥異，而且隨時(shí)間變化具有很強(qiáng)的不確定性，我們稱之為不確性能源。風(fēng)力發(fā)電具有問歇性瞬時(shí)變化的特

19、點(diǎn)，光電則具有隨季節(jié)與天氣變化而變化的特點(diǎn)。資源的不確定性導(dǎo)致了發(fā)電與用電負(fù)荷的不平衡，必須對(duì)其進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)化、存儲(chǔ)與控制才能實(shí)際使用。</p><p>　　風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)是綜合了小型風(fēng)電技術(shù)和太陽能技術(shù)，同時(shí)綜合了各種應(yīng)用領(lǐng)域的新技術(shù)。單獨(dú)的風(fēng)能和單獨(dú)的太陽能都有其開發(fā)的弊端，而風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電兩者互補(bǔ)性的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了兩種新能源在自然資源的配置、技術(shù)方案的整合、性能與價(jià)格的對(duì)比方面都達(dá)到了對(duì)新能源綜合利用

20、的最合理；不但降低了滿足同等需求下的單位成本，而且擴(kuò)大了市場的應(yīng)用范圍，還提高了產(chǎn)品的可靠性。</p><p>　　在偏遠(yuǎn)地區(qū)，獨(dú)立供電系統(tǒng)成為人們最需要的電源，需要低成本、高可靠性的獨(dú)立電源系統(tǒng)。在此種環(huán)境下風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)較為合理，因?yàn)楝F(xiàn)代能源服務(wù)尚不能達(dá)到的地方往往是蘊(yùn)藏著豐富風(fēng)能和太陽能資源的地方。而且風(fēng)、光互補(bǔ)系統(tǒng)本身獨(dú)有的一些性質(zhì)也恰好與這些地區(qū)的自然條件相吻合。因此對(duì)于滿足偏遠(yuǎn)地區(qū)能源需要和中國貧困

21、地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電是一項(xiàng)關(guān)鍵的能源建設(shè)技術(shù)。</p><p>　　由于風(fēng)能和太陽能都有間歇性的特點(diǎn)，所以利用風(fēng)力、太陽能互補(bǔ)發(fā)電是一種比單一風(fēng)力或太陽能發(fā)電更經(jīng)濟(jì)更有效的發(fā)電方式，從事風(fēng)力／太陽能互補(bǔ)發(fā)電的研究較少，尚處于起步階段。課題的研究具有較好經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。</p><p>　　1.2 太陽能和風(fēng)能發(fā)電的研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1

22、國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的研究現(xiàn)狀</p><p>　　人類利用風(fēng)力進(jìn)行發(fā)電已有近百年的歷史，但由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等方面的原因，風(fēng)力發(fā)電一直沒用得到大規(guī)模的推廣和應(yīng)用，直至1973年石油危機(jī)的爆發(fā)世界各國才加大了對(duì)風(fēng)力發(fā)電的投入，致使風(fēng)能的應(yīng)用得到了飛速發(fā)展。通過近30年的研究與發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)日趨成熟，發(fā)電成本也在穩(wěn)步下降，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在全球范圍內(nèi)已成為一個(gè)蓬勃發(fā)展的新能源產(chǎn)業(yè)。</p><p>　　丹

23、麥?zhǔn)亲钤缋蔑L(fēng)力發(fā)電的國家，風(fēng)電的水平處于世界領(lǐng)先地位，風(fēng)能人均擁有量居世界首位，其風(fēng)力發(fā)電占本國電力的20％。據(jù)歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)報(bào)告稱，2012年歐盟風(fēng)電裝機(jī)新增925．9萬kW，比2010年下降10％，累計(jì)裝機(jī)容量為8400萬kw，風(fēng)電裝機(jī)容量占電力總裝機(jī)容量的16．7％，能滿足歐盟5．3％家庭的電力需求。據(jù)歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，風(fēng)力發(fā)電成本將會(huì)繼續(xù)降低，2020年有望達(dá)到3美分／度。美國政府承諾長期支持風(fēng)力發(fā)電，將投資數(shù)十億美元，計(jì)劃到2

24、030年風(fēng)力發(fā)電總?cè)萘坷塾?jì)增加到3050萬kW，屆時(shí)美國20％的電力需求將由風(fēng)電提供。</p><p>　　我國的風(fēng)力發(fā)電開始于上世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)主要研制和開發(fā)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，滿足偏遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)牧民和漁民的用電需求。90年代以后才開始發(fā)展并網(wǎng)型大功率風(fēng)電機(jī)組，隨著廣東南澳，新疆達(dá)坂城，內(nèi)蒙古錫林浩特，遼寧東崗，福建平潭，河北張北，山東長島，浙江泅礁等一系列風(fēng)電場的建立，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)也逐步實(shí)現(xiàn)了國有化生產(chǎn)，形成了一

25、批以華銳風(fēng)電、金風(fēng)科技和東方電氣為代表的具有國際競爭力的風(fēng)電龍頭企業(yè)。預(yù)測(cè)，2020年我國風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量將達(dá)到2．3億kW。</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)外太陽能發(fā)電的研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前，在太陽能發(fā)電的研究與利用方面，日本、歐盟和美國等發(fā)達(dá)國家處于世界領(lǐng)先地位。日本的太陽能電池產(chǎn)業(yè)實(shí)力雄厚，電池生產(chǎn)量居世界首位。在政府政策和資金的大力支持下，德國已形成了一個(gè)非?；?/p>

26、躍的光伏產(chǎn)業(yè)，為各國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展樹立了典范。</p><p>　　我國光伏的發(fā)展相對(duì)較晚，70年代的小規(guī)模研究主要應(yīng)用于航天工業(yè)，直到90年代才進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展的時(shí)期，進(jìn)行了“光明工程"、“西藏阿里光伏工程"、西藏“陽光計(jì)劃’’等一系列先導(dǎo)項(xiàng)目。2002年，國家開展了“送電下鄉(xiāng)"工程，中央和地方財(cái)政共投入47億元的資金，解決了1065個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的用電問題。在國際光伏市場的強(qiáng)大需求拉動(dòng)下，我

27、國的光伏產(chǎn)品生產(chǎn)能力得到了迅猛的增強(qiáng)，形成了一批以無錫尚德、保定天威英利、江西賽維為代表的具有國際競爭力和知名度的光伏電池生產(chǎn)企業(yè)。</p><p>　　隨著光伏發(fā)電應(yīng)用規(guī)模和范圍的不斷擴(kuò)大，光伏并網(wǎng)發(fā)電示范工程也有了快速的發(fā)展。2004年中科院電工研究所在深圳園藝博覽會(huì)建立了一座1000kW的光伏并網(wǎng)電站。浙江義烏國際商貿(mào)城三期工程成為國內(nèi)最大的在單一屋頂上建立的太陽能光伏電站，容量達(dá)到了1295kW。在上海世

28、界博會(huì)上，光伏建筑一體化并網(wǎng)系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，中國館、主題館、世博中心及南市電廠上的安裝容量達(dá)到了4500kW。</p><p>　　1.3風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用</p><p>　　在新能源的開發(fā)利用中，風(fēng)能和太陽能得到極大的重視，在世界各國政策的推動(dòng)下，風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電的開發(fā)利用得到快速發(fā)展。風(fēng)能是受到季節(jié)、地理和天氣等很多因素的制約。太陽能與風(fēng)能有很強(qiáng)的互補(bǔ)性，白天太陽光最強(qiáng)

29、時(shí)，風(fēng)小，晚上光照很弱，但由于地表溫差變化大而風(fēng)能加強(qiáng)。在夏季，光照強(qiáng)度大而風(fēng)小，冬季，光照強(qiáng)度弱而風(fēng)大。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)太陽能與風(fēng)能的完美互補(bǔ)，揚(yáng)長避短，就能使得兩種新能源充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，提高了供電可靠性。</p><p>　　風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)包括：風(fēng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、太陽能電池組、蓄電池、控制器(包括整流器、逆變器等)，將風(fēng)能和太陽能轉(zhuǎn)化為電能，存儲(chǔ)在蓄電池組中，為交流或直流負(fù)載供電。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)采用的風(fēng)機(jī)

30、功率在幾百瓦到十千瓦之間；發(fā)電機(jī)廣泛采用直驅(qū)永磁同步電機(jī)，省去了勵(lì)磁設(shè)備和齒輪箱，簡化了結(jié)構(gòu)的同時(shí)又提高了系統(tǒng)可靠性。</p><p>　　風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電與單獨(dú)的風(fēng)力發(fā)電或光伏發(fā)電相比較，有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1)利用風(fēng)能和太陽能的互補(bǔ)特性，能獲得比較穩(wěn)定的總電能輸出，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)具有較高的供電穩(wěn)定性和可靠性；</p><p>　　2)在保證同樣供電量

31、的情況下，將顯著減少蓄電池的容量和數(shù)量；</p><p>　　3)在混合發(fā)電系統(tǒng)中，通過合理的設(shè)計(jì)和功率匹配，基本上可以由風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)供電，很少或基本不用啟動(dòng)備用電源如柴油發(fā)電機(jī)等，可以獲得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　第二章 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理</p><p>　　2.1 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的工作原理</p><

32、;p>　　小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)由風(fēng)力機(jī)、永磁同步發(fā)電機(jī)、整流器、光伏電池陣列、DC／DC變換器、蓄電池組、逆變器、控制器、直流負(fù)載和交流負(fù)載等部分組成。</p><p>　　圖2.1為小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)框圖</p><p>　　小型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)具體工作原理如下：垂直軸風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，其輸出的機(jī)械功率直接驅(qū)動(dòng)永磁同步發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，電能經(jīng)整流穩(wěn)壓和DC／DC

33、變換將電能以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在蓄電池組中；光伏電池組將白天的太陽能轉(zhuǎn)化成電能，經(jīng)DC／DC轉(zhuǎn)換把電能儲(chǔ)存在蓄電池組中。蓄電池組的能量可以直接供直流負(fù)載使用，也可以經(jīng)逆變器逆變成工頻交流電為交流負(fù)載供電。</p><p>　　2.2太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)</p><p>　　2.2.1太陽能光伏發(fā)電的工作原理</p><p>　　太陽能是諸多可再生能源的一種，太陽能能直接

34、的轉(zhuǎn)化和利用。通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽能轉(zhuǎn)換成熱能在利用屬于太陽能熱利用技術(shù)，再利用熱能實(shí)現(xiàn)發(fā)電的稱為太陽能熱發(fā)電，也是一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域；通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能利用的屬于太陽能光發(fā)電技術(shù)，光電轉(zhuǎn)換裝置通常是利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的，因此又稱太陽能光伏技術(shù)。</p><p>　　有光照時(shí)，P-N結(jié)內(nèi)將產(chǎn)生一個(gè)附加電流(光電流)，其方向與P-N結(jié)反向飽和電流相同，一般≥。此時(shí)</p>

35、;<p>　　開路電壓：光照下的P-N結(jié)外電路開路時(shí)P端對(duì)N端的電壓，即上述電流方程中I=0時(shí)的U值：，于是有</p><p>　　短路電流：光照下的P-N結(jié)，外電路短路時(shí)，從P端流出，經(jīng)過外電路，從N端流入的電流稱為短路電流.即上述電流方程(2．1)中U=0時(shí)得=</p><p>　　與是光照下P-N結(jié)的兩個(gè)重要參數(shù)，在一定溫度下，與光照度E成對(duì)數(shù)關(guān)系，但最大值不超過接觸電

36、勢(shì)差。弱光照下，與E有線性關(guān)系。</p><p>　　太陽能電池目前大量使用的是以硅為基底的硅太陽能電池，可分為單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽能電池。在能量轉(zhuǎn)換效率和使用壽命等綜合性能方面，單晶硅和多晶硅電池優(yōu)于非晶硅電池。</p><p>　　太陽能電池單體是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，尺寸一般為4~100cm，太陽能單體的工作電壓約為0﹒45~0．5V，工作電流為20~25mA，一般不能單獨(dú)作為電

37、源使用。太陽能電池組件再經(jīng)過串并聯(lián)并安裝在支架上，就構(gòu)成了太陽能電池方陣，可以滿足負(fù)載所需要的輸出功率。</p><p>　　2.2.2 太陽能陣列的等效電路</p><p>　　太陽能電池特性與太陽輻射強(qiáng)度S和太陽能電池溫度T有極大關(guān)系，即I=f(U，S，</p><p>　　T)。采用單結(jié)晶硅為材料的太陽能電池電路原理如圖2．1所示。</p>&l

38、t;p>　　圖2．2太陽能電池等效電路原理圖</p><p>　　由圖2．2的太陽能太陽能電池等效電路得出：</p><p>　　=—— (2-3)</p><p>　　其中： 是太陽能模塊輸出電流，是光生電流，是流過二極管電流，是太陽能模塊漏電流。</p><p>　　2.

39、2.3 太陽能陣列的輸出參數(shù)</p><p>　　每天有陽光的照射為6小時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能電池組件都不發(fā)電最對(duì)可達(dá)到 2 天。太陽能電池板最多3天不發(fā)電。</p><p>　　( 220 * 70% * 90%C + 6 * 4) / P = 4 * 12</p><p><b>　　= 235.6 W</b></p><

40、;p>　　選用5 W 單晶硅太陽能電池組件，其主要技術(shù)參數(shù)為額定峰值功率 5 W ，額定峰值電壓 18 V ,額定峰值電流 0.28 A。</p><p>　　太陽能電池組件串聯(lián)數(shù)為= + </p><p>　　式中是蓄電池的浮充工作電壓，取DC 303 V ，為串聯(lián)回路線路電壓降，取 3 V；為光伏電池組件的峰值電壓，取18V. </p><p>　　=

41、(303 + 3) / 18 =17 塊</p><p>　　太陽能電池組件并聯(lián)數(shù) 為</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式中，P為太陽能電池方陣功率；為太陽能電池方陣組件串聯(lián)數(shù)；為太陽能電池組件峰值功率。</p><p>　　= 235.6/(17*5)=2.77 = 3 組</

42、p><p><b>　　太陽能組件實(shí)際數(shù)為</b></p><p>　　N = * = 17 * 3 = 51 塊</p><p>　　太陽能電池組件實(shí)際總功率為</p><p>　　W = * * = 3 * 17 * 5 = 255 W</p><p>　　實(shí)際配置260W的太陽能電池組和

43、額定電壓為8V。（4個(gè)一串聯(lián)，并聯(lián)13組）</p><p>　　天陽能電池方陣間距為</p><p>　　D = 0.707H/tan[arcsin(0.648*cosɑ-0.399sinɑ)]</p><p>　　呼市北緯度為30°即 ɑ = 30° + 5° = 35° </p><p>　　H

44、 = 1480 mm</p><p>　　計(jì)算結(jié)果為D = 3300mm</p><p><b>　　逆變器容量的選擇：</b></p><p>　　負(fù)載功率為= 200 W , N 為用電同時(shí)率 80%，M 為各負(fù)載不平衡系數(shù)取1.2 , S 為負(fù)載功率因數(shù)0.8， 為逆變器效率取 0.85 。</p><p>　　=

45、 (200 * 0.8 * 1.2 ) / (0.8 * 0.85)</p><p>　　= 282.4 V·A</p><p>　　可選用150V·A單相逆變器（額定電壓12V）3臺(tái)，其中一臺(tái)備用。</p><p>　　2.3 風(fēng)力發(fā)電部分</p><p>　　2.3.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的組成及類型</p>&

46、lt;p>　　從風(fēng)能轉(zhuǎn)換的角度來看，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包括兩個(gè)部分：其一是風(fēng)力機(jī)，它的功能是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；其二是發(fā)電機(jī)，它的功能是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)的種類和式樣很多，但由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的主要部件是受風(fēng)力作用。因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)根據(jù)風(fēng)輪白塑結(jié)構(gòu)及其在氣流中的位置大體上可分成兩大類：一類為水平軸風(fēng)力機(jī)，風(fēng)輪圍繞一個(gè)水平軸旋轉(zhuǎn)；另外一類為垂直軸風(fēng)力機(jī)，風(fēng)輪圍繞一個(gè)垂

47、直軸而旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　2.3.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的種類</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)分直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)兩種。</p><p><b>　　1．直流發(fā)電機(jī)</b></p><p>　　(1)電勵(lì)磁式直流發(fā)電機(jī)主要有他勵(lì)、自勵(lì)和復(fù)勵(lì)幾種形式。小型直流發(fā)電系統(tǒng)大都用于1KW以下的微、小型風(fēng)力發(fā)電裝置，與蓄電池儲(chǔ)

48、能配合使用。這種直流發(fā)電系統(tǒng)在風(fēng)速變化時(shí)，一般通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁來保持輸出電壓的恒定。</p><p>　　(2)永磁式直流發(fā)電機(jī)這種發(fā)電機(jī)主要是勵(lì)磁不可調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)較電勵(lì)磁式直流發(fā)電機(jī)簡單。系統(tǒng)采用輸出電壓隨風(fēng)速變化的系統(tǒng)，在發(fā)電機(jī)和負(fù)載間設(shè)置儲(chǔ)能設(shè)備(如蓄電池)和整流、逆變?cè)O(shè)備來變換，以滿足用戶對(duì)輸出電壓的要求。</p><p><b>　　2．交流發(fā)電機(jī)</b><

49、/p><p>　　交流發(fā)電機(jī)主要有兩種，一種是同步發(fā)電機(jī)，一種是異步發(fā)電機(jī)。前者運(yùn)行于電機(jī)極數(shù)和頻率所決定的同步轉(zhuǎn)速，后者則以稍高于同步速成的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。主要有感應(yīng)發(fā)電機(jī)發(fā)電模式、硅整流自勵(lì)交流發(fā)電機(jī)發(fā)電模式、無刷爪極自勵(lì)發(fā)電機(jī)發(fā)電模式、永磁發(fā)電機(jī)發(fā)電模式。</p><p>　　本文根據(jù)實(shí)際情況，選用交流永磁發(fā)電機(jī)。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，將所發(fā)交流電整流，變換成可控直流電給蓄電池充電。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)

50、發(fā)電使蓄電池充滿電后，減少或停止繼續(xù)給蓄電池充電。將卸荷負(fù)載接入以防風(fēng)力發(fā)電機(jī)飛車，還將多余電能消耗掉，達(dá)到功率平衡的目的。</p><p>　　2.3.3 風(fēng)機(jī)輸出特性</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出單相的交流電，經(jīng)AC/DC逆變器轉(zhuǎn)換，把直流轉(zhuǎn)換成交流，在經(jīng)DC/DC進(jìn)行升壓整流給蓄電池充電。因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出電壓一定要滿足蓄電池的充電電壓。</p><p&g

51、t;　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)的參數(shù)計(jì)算：</p><p>　　風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)總功率P=200 / 85% = 235.3 W</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能電池組件都不發(fā)電最對(duì)可達(dá)到 2 天。</p><p>　　太陽能電池板最多3天不發(fā)電。</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)最多4天不發(fā)電。</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電

52、機(jī)功率(每天刮風(fēng)4小時(shí)呼和浩特市年平均風(fēng)速為3.9m/s)</p><p>　　(220 * 70% * 90%C + 4 * 3) / P = 3 * 12</p><p>　　= 236.4 W </p><p>　　實(shí)際配置一臺(tái) 200 W 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。額定輸出電壓12 V.</p><p><b>　　2.4 蓄電池設(shè)計(jì)&

53、lt;/b></p><p>　　蓄電池是一種儲(chǔ)能元件，用于儲(chǔ)存電能，對(duì)外放電后以對(duì)內(nèi)部電能進(jìn)行補(bǔ)充(充電)，而且充電過程可以反復(fù)多次進(jìn)行。蓄電池的種類很多，目前性能比較好的有鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池(NiMH)和鋰離子蓄電池。其中鉛酸蓄電池因其性能價(jià)格比較高，容量大，放電性能好，無記憶效應(yīng)，原材料來源豐富，可循環(huán)使用等優(yōu)點(diǎn)，而得到了廣泛的應(yīng)用</p><p>　　2.4.1 蓄電池的

54、類型</p><p><b>　　1.蓄電池的分類</b></p><p>　　蓄電池根據(jù)極板材料及電解液的不同可分為堿性蓄電池、鉛酸蓄電池、鋰蓄電池和鋰離子蓄電池。</p><p>　　a.堿性蓄電池：堿性蓄電池采用堿性溶液作為電解液，根據(jù)極板材料的不同分為：鎳隔、鐵鎳、鎳氫、鋅銀等系列，有高、中、低放電率等品種。</p>&l

55、t;p>　　b.鉛酸蓄電池：鉛酸蓄電池采用鉛鈣合金作為極板，用酸性溶液作電解液。按用途分有：啟動(dòng)型、固定型、牽引型和便攜型等。</p><p>　　c.鋰蓄電池和鋰離子蓄電池：鋰電池是把性能優(yōu)良的金屬鋰作為負(fù)極材料，正極材料可以從各種正電性較高的化合物中選。電解液可用無機(jī)鹽——有機(jī)溶劑體系或是固體、膠態(tài)電解質(zhì)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用鉛酸蓄電池。</p><

56、;p>　　2.4.2蓄電池工作狀態(tài)</p><p>　　蓄電池的工作狀態(tài)一般可分為放電狀態(tài)、充電狀態(tài)和浮充狀態(tài)等三種。放電狀態(tài)是指蓄電池釋放出儲(chǔ)備的化學(xué)能，將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿臓顟B(tài)；充電狀態(tài)是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能進(jìn)行儲(chǔ)蓄的狀態(tài)；浮充狀態(tài)指的是蓄電池充電完成后，繼續(xù)保持以一定化學(xué)能儲(chǔ)存能量的工作狀態(tài)。鉛酸蓄電池循環(huán)工作中的電壓、電流以及溫度的變化特性曲線如圖2.3所示。</p><p>　　

57、圖2.3 鉛酸蓄電池電壓電流及溫度的變化曲線</p><p>　　2.4.3蓄電池的參數(shù)選定</p><p>　　1）蓄電池的工作環(huán)境氣溫應(yīng)保持在5~30°C。</p><p>　　2）蓄電池的外觀無變形損壞。</p><p>　　3）蓄電池的并聯(lián)組數(shù)最多不得超過6組。</p><p>　　4）220V蓄電池

58、充、放電電壓；</p><p>　　70%為蓄電池放電深度；</p><p>　　90%為蓄電池誤差余量。</p><p>　　蓄電池總?cè)萘康挠?jì)算為：</p><p>　?。?20 * 70% * 90% * C）/ P = 2*12</p><p>　　C = 40.7 W·h =3.4*12A·

59、h</p><p>　　蓄電池串聯(lián)的塊數(shù)為 220/12 = 19塊</p><p>　　單位蓄電池總?cè)萘窟x型 3.4/19 = 0.2 A·h</p><p>　　實(shí)際蓄電池組總?cè)萘繛?0.2 * 12 * 19 = 45.6 W·h。</p><p>　　表2-1 200W風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)配置</p>&

60、lt;p>　　第三章 風(fēng)光互補(bǔ)整流逆變系統(tǒng)</p><p>　　風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器應(yīng)該既能夠?qū)⑿铍姵剌敵龅姆€(wěn)定的直流電能變換電能，又能夠?qū)L(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏電池組件輸出的直流和交流電能轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電能。 本文設(shè)計(jì)的逆變器先把輸入的直流電壓通過升壓電路升壓到14V之后再給蓄電池進(jìn)行充電，然后再經(jīng)過DC/AC轉(zhuǎn)化為交流電能。</p><p>　　圖3.1為風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的整流

61、逆變系統(tǒng)</p><p>　　3.1整流器及逆變器設(shè)計(jì)</p><p>　　整流器是將交流電轉(zhuǎn)換成直流電的電子器件。整流器根據(jù)發(fā)電系統(tǒng)容量的不同可分為可控型和不可控型整流器兩種。可控型整流器具有結(jié)構(gòu)簡單、消耗功率小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，普遍應(yīng)用在小功率的發(fā)電系統(tǒng)中。不可控型整流器普遍采用大功率二極管，由于二極管具有單向?qū)ǖ奶攸c(diǎn)，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率較小時(shí)，可以有效防止蓄電池對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的反向

62、放電。本文采用的是單相不控整流橋電路。電路圖見圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 單相不可控整流橋電路</p><p>　　逆變器是通過控制半導(dǎo)體功率器件的工作狀態(tài)，將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的裝置。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)常處于空載或輕載的工作情況下，因此需要逆變器提供較高的空載和輕載效率。逆變器的輸入為蓄電池的輸出。</p><p>　　3.2 DC/DC變換器設(shè)

63、計(jì)</p><p>　　DC/DC變換器是通過控制半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，再配合電感、電容或變壓器等器件，將一個(gè)固定的直流電壓變換為所需要直流電壓的裝置。我們學(xué)過DC/DC變換器可分為升壓型(Boost)、降壓型(BuCk)、升降壓型(B00st．Buck)、庫克型(Cuk)四種。</p><p>　　3.2.1 DC/DC降壓式變換器設(shè)計(jì)</p><p>　　

64、本文選用Buck型DC/DC變換器，結(jié)構(gòu)如圖3.3。工作原理：當(dāng)開關(guān)管處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，二極管截止，系統(tǒng)通過電感向負(fù)載提供能量，同時(shí)電感也儲(chǔ)存一定的能量；當(dāng)開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，電感兩端的電壓極性發(fā)生改變，釋放能量經(jīng)二極管給負(fù)載續(xù)流，使輸出穩(wěn)定電壓。 </p><p>　　圖3.3 Buck型DC/DC變換器</p><p>　　通過控制開關(guān)管的占空比就可以控制從電源端傳輸?shù)截?fù)載端的能量，電

65、壓關(guān)系如下：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中，為開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，為開關(guān)的關(guān)斷時(shí)間，T為開關(guān)周期，為占空比。</p><p>　　假設(shè)三為無窮大電感，電路無能量損失，則有：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p&g

66、t;　　由公式（3-1）和（3-2）得</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　即可知：</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　3.3 DC/DC升壓式變換器設(shè)計(jì)</p><p>

67、　　該電路圖和各點(diǎn)的工作波形如圖3.4和3.5圖所示。升壓式DC/DC變換器的主電路原理圖，它包括開關(guān)管vT、儲(chǔ)能電感L、濾波電容C和續(xù)流二極管VD四個(gè)元件。當(dāng)</p><p>　　圖3.4 DC/DC升壓式變換器主電路圖</p><p>　　圖3.5 DC/DC變換器各點(diǎn)工作波形</p><p>　　開關(guān)信號(hào)Vi為高電平時(shí)，開關(guān)管VT則導(dǎo)通，電流從輸入端即儲(chǔ)能蓄電

68、池流入到儲(chǔ)存電感L中；此時(shí)VT導(dǎo)通飽和壓降很小，因此二極管D處于反偏而截止的狀態(tài)，濾波電容C中存儲(chǔ)的能量釋放出來供給負(fù)載。當(dāng)開關(guān)信號(hào)Vi為低電平時(shí)，開關(guān)管VT則截止，因?yàn)閮?chǔ)能電感L的電流不會(huì)突變，它產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)將彌補(bǔ)其電流減小，感應(yīng)電勢(shì)使二極管D正偏而導(dǎo)通；同時(shí)存儲(chǔ)電感L的能量經(jīng)過續(xù)流二極管D對(duì)濾波電容C進(jìn)行充電，同時(shí)為負(fù)載提供電能。</p><p>　　3.2.1 DC/DC升壓變換器輸入與輸出電壓的關(guān)系&l

69、t;/p><p>　　可以假設(shè)儲(chǔ)能電感L充電回路的電阻很小，即其充電時(shí)間常數(shù)很大。當(dāng)功率</p><p>　　開關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)，可以忽略開關(guān)管的導(dǎo)通壓降，通過儲(chǔ)能電感L的電流是近似</p><p><b>　　線性增加的。</b></p><p><b>　　（3-5）</b></p>&

70、lt;p>　　式中是流過電感L的電流，是流過儲(chǔ)能電感L的電流最小值。</p><p>　　在開關(guān)管VT導(dǎo)通結(jié)束時(shí)，流過電感流為：</p><p><b>　　（3-6）</b></p><p>　　流過電感L的電流的增量為·.</p><p>　　在功率開關(guān)管VT關(guān)斷時(shí)，續(xù)流二極管D正偏而導(dǎo)通，電感L兩端

71、的電壓為：</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　因此流過電感L的電流為：</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　當(dāng)開關(guān)管VT截止結(jié)束時(shí)，流過電感L的電流為：</p><p><b>　?。?-9）<

72、/b></p><p>　　在充電電路達(dá)到穩(wěn)態(tài)之后，儲(chǔ)能電感L中的電流在功率開關(guān)管導(dǎo)通期間的增</p><p>　　量應(yīng)等于在功率開關(guān)管截止期間的減量：</p><p><b>　　（3-10）</b></p><p><b>　　因此可以得出：</b></p><p>

73、;<b>　　（3-11）</b></p><p>　　上式q = 是PWM的占空比。由上式可知，通過控制占空比大小就可以得到所需的電壓；因?yàn)檎伎毡仁冀K小于1，所以輸出電壓總是大于輸入電壓升壓DC/DC</p><p>　　變換器也因此而得名。</p><p>　　圖3.6 DC/DC升壓變換器電路的構(gòu)成</p><p>

74、;　　圖3.6是光伏發(fā)電的DC/DC升壓變換器，單片機(jī)依據(jù)風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電情況以及蓄電池的狀態(tài)輸出PWM脈沖來控制DC/DC變換器來充電。</p><p>　　3.2.2 DC／DC升壓變換器硬件參數(shù)計(jì)算</p><p>　　升壓變換器的主要元件包括：儲(chǔ)能電感L、濾波電容C、功率開關(guān)管VT和續(xù)流二極管D。</p><p>　　(1)濾波電容C的參數(shù)計(jì)算</p

75、><p>　　在穩(wěn)態(tài)中，濾波電容C要在VT導(dǎo)通期間內(nèi)為負(fù)載提供電流，假設(shè)期間濾波電容C的電壓降≤△，△是設(shè)計(jì)要求的紋波電壓。</p><p><b>　　則有：</b></p><p><b>　?。?-12） </b></p><p><b>　　又有：</b></p>

76、;<p><b>　　（3-13）</b></p><p>　　由以上兩式可以得出：</p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　取=5A，=40V，=20V , f=50Khz,△Uo=1 V，按照上式計(jì)算得：C≥50uF。</p><p>　　實(shí)際電路中選

77、擇150μF/100V的電容。</p><p>　　(2)儲(chǔ)能電感L的參數(shù)</p><p>　　依據(jù)DC／DC升壓變換器的工作波形，儲(chǔ)能電感L電流可分為直流平均值和紋波分量。假設(shè)忽略變換器的內(nèi)部能量損耗，則變換器的輸出能量等于變換器的輸入能量：</p><p><b>　?。?-15）</b></p><p><b

78、>　　由上式推出：</b></p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　儲(chǔ)能電感L電流的紋波分量是三角波，期間，電流增量為+△I =,期間，電流減少量為-△I = ,；在穩(wěn)態(tài)情況下有：+△I=-△I,在選擇△I的數(shù)值時(shí)，一般要求電感的峰值電流要小于其最大平均電流的20％，以避免使電感飽和。實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，選擇電感電流的增量為

79、：</p><p><b>　?。?-17）</b></p><p><b>　　由上式可得：</b></p><p><b>　?。?-18）</b></p><p>　　取=5A，Uo=40V,=20V,f=50Khz,△按照上式計(jì)算得，L≥14．3uH。實(shí)際電路中，光伏發(fā)

80、電中DC／DC升壓變換器的電感選擇50μH10A：風(fēng)力發(fā)電中DC／DC升壓變換器的電感選擇50 u H／25A。</p><p>　　(3) 功率開關(guān)管VT的選擇</p><p>　　功率開關(guān)管VT在工作中承受的最大電壓是，由于輸入電壓波動(dòng)和電感的反峰尖刺電壓的影響，功率開關(guān)管VT的最大電壓要大于1.1×1.2開關(guān)管的最大允許工作電壓必須要留有充分的裕度，通常選擇1．1×

81、;1．2的(2~3)倍。開關(guān)管VT的最大允許工作電流通常選擇(2～3)。開關(guān)管的選型設(shè)計(jì)還要其驅(qū)動(dòng)電路簡單、開關(guān)頻率要高、導(dǎo)通電阻要小。</p><p>　　(4)續(xù)流二極管D的選擇</p><p>　　在DC/DC升壓變換器電路中，二極管D最大反向電壓為，流過它的電流為輸入電流，因此在選擇二極管D時(shí)，二極管的額定電壓和額定電流均要留有充分的裕量。另外續(xù)流二極管D的導(dǎo)通電阻要小，開關(guān)頻率要

82、高，通常要選用快恢復(fù)二極管和肖特基二極管。</p><p>　　3.4 DC/AC逆變器的設(shè)計(jì)</p><p>　　逆變電路的常見結(jié)構(gòu)有半橋逆變結(jié)構(gòu)、全橋逆變結(jié)構(gòu)、推挽逆變結(jié)構(gòu)3種。半橋逆變電路具有結(jié)構(gòu)簡單、使用元器件少的優(yōu)點(diǎn)，但在性能上存在明顯的缺陷：交流電壓幅值小、逆變效率低，存在較大的電能損耗；直流側(cè)需串聯(lián)兩個(gè)電容，且需調(diào)節(jié)兩個(gè)電容器電壓均衡，不便于控制。所以選擇推挽逆變電路作為DC

83、/AC部分的主電路結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖3.7為DC/AC逆變電路圖</p><p>　　工作原理：其升壓變壓器接在正電源上，兩個(gè)功率管交替工作，得到交流電。由于功率晶體管共地邊接，驅(qū)動(dòng)和控制電路簡單，變壓器有一定的漏感可以限制短路電流，有效地提高了可靠性。</p><p>　　3.4.1 推挽式電路的元件</p><p>　　根據(jù)風(fēng)

84、光互補(bǔ)并網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)逆變器的要求，本設(shè)計(jì)中的逆變器需滿足一定的性能要求。表3-1為逆變器性能參數(shù)表</p><p>　　表3-1 逆變器性能參數(shù)表</p><p>　　3.4.2 開關(guān)元件的選擇</p><p>　　DC/AC逆變模塊屬于高壓中容量系統(tǒng)，由于MOS管在高壓中容量系統(tǒng)中通態(tài)電阻會(huì)增大，為了防止這一現(xiàn)象，該模塊當(dāng)中選擇絕緣門極雙極性晶體管IGBT管作為住開關(guān)

85、元件。IGBT管具有輸入阻抗高、開關(guān)頻率大、驅(qū)動(dòng)電路簡單、通態(tài)電壓低、耐壓高等特點(diǎn)。下面通過計(jì)算來確定IGBT管的具體型號(hào)和參數(shù)：</p><p>　　A 計(jì)算逆變器的電流峰值</p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>　　式中 ——表示逆變電路總功率；</p><p>　　——表示逆變器的過載因

86、數(shù)；</p><p>　　——表示逆變器的安全系數(shù)。</p><p><b>　　取值1.5</b></p><p><b>　　取值1.2</b></p><p>　　在這里選擇ICL8038型IGBT管作為主功率器件.</p><p>　　3.4.3 輸出濾波器的選擇&l

87、t;/p><p>　　要想得到精確度較高的正弦波信號(hào)，要在逆變電路的輸出端接入一個(gè)低通濾波器來降低高頻分量。本設(shè)計(jì)選擇了型低通濾波器，其截至頻率與電感L、電容C之間的關(guān)系。</p><p><b>　　（3-20）</b></p><p>　　逆變器的輸出頻率為50Hz，開關(guān)頻率為20KHz，所以需使截至頻率的值介于50Hz到20KHz之間。查閱相

88、關(guān)資料所得，選擇了截止頻率為10KHz的濾波器。系統(tǒng)特性阻抗與電感L、電容C的關(guān)系。</p><p><b>　　（3-21）</b></p><p>　　式中 ——表示阻抗系數(shù)。</p><p>　　由表3-1可知上式中額定電壓為220V，輸出功率為300W，阻抗系數(shù)介于0.5到0.8之間，這里取0.6，代入數(shù)據(jù)計(jì)算得阻抗的取值為24.2。&

89、lt;/p><p><b>　　（3-22）</b></p><p><b>　?。?-23）</b></p><p>　　即，我們選擇電感值為1.21mH，電容值為2.06uF，截至頻率為10kHz的濾波器。</p><p><b>　　第四章 控制電路</b></p>

90、;<p>　　控制器是風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中極為關(guān)鍵的部分。風(fēng)能和太陽能都具有隨機(jī)性和不穩(wěn)定性，負(fù)載和蓄電池狀態(tài)也是不斷變化的，控制器根據(jù)不同的變化情況，能夠進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，確保整個(gè)系統(tǒng)始終處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)下。控制器的主要作用如下：</p><p>　　電池充放電控制：控制器對(duì)蓄電池的電壓值和電荷狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采樣與檢測(cè)，判斷蓄電池的工作狀態(tài)是否超過了充電與放電的臨界點(diǎn)，根據(jù)檢測(cè)到的信號(hào)發(fā)出相關(guān)充、放

91、電的指令，達(dá)到保護(hù)蓄電池延長使用壽命的目的。</p><p>　　4.1 DC/DC變換電路的控制模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1.1 主控芯片的選擇</p><p>　　逆變器的前級(jí)DC-DC模塊由Boost逆變電路和整流濾波電路組成，目前采用最多的有SG3525和ICL8038等專用脈寬調(diào)制集成芯片，主控芯片產(chǎn)生占空比可變的PWM波形，驅(qū)動(dòng)開關(guān)管的門極來調(diào)節(jié)

92、開關(guān)管的通斷，達(dá)到控制輸出波形的目的。本課題選擇SG3525A雙端輸出式SPWM脈寬調(diào)制器專用芯片作為前級(jí)DC-DC模塊的主要控制芯片。</p><p>　　SG3525是為SG3524的改進(jìn)產(chǎn)品，是用于驅(qū)動(dòng)N溝道功率MOSFET的PWM控制芯片，在以MOS管為開關(guān)元件的DC/DC轉(zhuǎn)換電路中具有其重大的使用前景。SG3525采用推挽式、雙通道輸出，可調(diào)占空比最高可達(dá)50%?？芍苯域?qū)動(dòng)功率MOS管，工作頻率高達(dá)40

93、0KHz，具有欠壓鎖定、過壓保護(hù)和軟啟動(dòng)等功能。該電路由基準(zhǔn)電壓源、震蕩器、誤差放大器、PWM比較器與鎖存器、分相器、欠壓鎖定輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)，軟啟動(dòng)及關(guān)斷電路等組成，可正常工作的溫度范圍是0~700C?；鶞?zhǔn)電壓為5.1 V士1%，工作電壓范圍為8V到35V。SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示：</p><p>　　圖4.1為SG3525控制芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　SG3525具有可調(diào)的

94、死區(qū)時(shí)間，振蕩器的時(shí)標(biāo)電容Ct通過外接電阻Rd至引腳7，改變Rd就可以改變Ct的放電時(shí)間，也改變了死區(qū)時(shí)間Td ，而的充電是由的內(nèi)部電流源決定的。振蕩器的振蕩頻率為：振蕩器的震蕩頻率為：</p><p><b>　　（4-1）</b></p><p>　　式中 ——表示時(shí)標(biāo)電容的放電時(shí)間；</p><p>　　——表示12管腳與6管腳之間的外接

95、電阻阻值；</p><p>　　——表示5管腳與7管腳之間的外接電阻阻值。</p><p>　　SG3525有雙列直插式16管腳的DIP16封裝和貼片式16管腳的S016兩種封裝形式。兩種封裝在印制電路板（PCB）上的封裝圖形如圖4-1所示。</p><p>　　4.1.2 控制芯片外圍電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)中擬采用美國通用電氣

96、公司的電壓控制型PWM控制SG3525為核心控制芯片，實(shí)現(xiàn)40VDC輸入400VDC輸出、輸出功率為1500W的DC-DC高頻升壓功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電路的過流保護(hù)。SG3525AN的控制電路，如圖4-2所示。</p><p>　　圖4.2為基于SG3525A的控制電路原理圖</p><p>　　圖中SG3525的11管腳和14管腳分別與圖4-1中莫斯管Q1、Q2的門極G管腳相連，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)開關(guān)管

97、的功能。為了對(duì)推挽式DC-DC高頻升壓過程進(jìn)行有效的控制、提高頻寬調(diào)制的準(zhǔn)確性，電壓反饋采樣電路、電流反饋采樣電路的輸出端通過網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)S08、S01、S10分別與的輸出端相連。</p><p>　　4.2 DC/AC逆變電路的控制模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1主控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　逆變電路的控制模塊以TI公司的ICL8038為核心控制芯片

98、。ICL8038是美國IT公司生產(chǎn)的，它的波形發(fā)生器是一用最少外部元件能產(chǎn)生精確度很高的正弦、方形、三角、鋸齒等波形。是徹徹底底的單片集成電路。頻率范圍在0.01HZ～300MHZ?？梢杂秒娮杵骱碗娙萜鱽磉M(jìn)行調(diào)節(jié)。內(nèi)部圖4.3和外部圖4.4。</p><p>　　圖4.3 ICL8083模塊的外部腳圖</p><p>　　圖4.4 ICL8038內(nèi)部原理框圖</p><

99、p>　　工作原理：ICL8038由恒流源，電壓比較器和觸發(fā)器組成。其內(nèi)部原理圖如4.4。電壓比較器、的門限電壓分別為和（）。電流源可通過外接電阻來調(diào)節(jié)，但是必須大于。</p><p>　　4.2.2 控制信號(hào)發(fā)生器</p><p>　　振蕩器腳7需要接外電容CT，腳6需要接外電阻RT。振蕩器的頻率需要CT和RT共同決定。f = 。本設(shè)計(jì)去Boost開關(guān)頻率為10MHZ，CT=0.22

100、Μf，RT=5KΩ逆變橋開關(guān)頻率為5KHZ，CT=0.22Μf，RT=10KΩ。振蕩器分兩路輸出，一路是時(shí)鐘脈沖，一路是鋸齒波，比較器反向端接誤差放大器。本系統(tǒng)圖中，在DC/DC</p><p>　　變換部分SG3525的1芯片的腳1接控制反饋信號(hào)電壓，腳2接在基準(zhǔn)電壓的分壓電阻上，或非門的另兩個(gè)輸入端，分別接雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和震蕩器正弦波，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩端互補(bǔ)，交替輸出高低電平。其作用是將SPWM，交替送至兩個(gè)三

101、極管的基極，相位相差180°，當(dāng)并聯(lián)的時(shí)候，輸出脈沖占空比為0%～90%.反之大約在0%～45%，笨系統(tǒng)圖為兩個(gè)SG3525并聯(lián)使用，當(dāng)腳10為高電平時(shí)，進(jìn)行過電流保護(hù)。</p><p>　　圖4.5 控制信號(hào)發(fā)生圖</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　近幾年，受到煤和石油等能源價(jià)格上漲和全球氣候變化的影

102、響，新能源開發(fā)利用日益受到國內(nèi)外社會(huì)的重視；我國有著非常豐富的可再生能源，能夠滿足自給自足開發(fā)利用的需求。我國也大力開發(fā)利用新能源及可再生能源作為可持續(xù)發(fā)展我國能源結(jié)構(gòu)、保障我國能源安全的新高點(diǎn)。新能源產(chǎn)業(yè)被納入國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。本文是在此背景下展開的。</p><p>　　通過分析風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的工作原理和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，深入研究光伏陣列工作原理，風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作特性以及蓄電池充、放電過程中電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，蓄

103、電池充放電控制原理，太陽能、風(fēng)能的整流逆變等。</p><p>　　分析了幾種常見逆變器的組成結(jié)構(gòu)及各自的優(yōu)缺點(diǎn)，即前級(jí)DC/DC高頻升壓變電路換、后級(jí)DC/AC逆變電路。這種結(jié)構(gòu)克服了傳統(tǒng)單級(jí)逆變器的缺點(diǎn)，具有功率密度高、動(dòng)穩(wěn)態(tài)性能好、電壓失真度小、變換效率高等特優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)最后根據(jù)國際、國內(nèi)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)設(shè)計(jì)的逆變器系統(tǒng)的電路分析做出了改進(jìn)，該逆變系統(tǒng)具有逆變效

104、率高、系統(tǒng)性能穩(wěn)定、電路結(jié)構(gòu)合理、保護(hù)功能完備等特點(diǎn)，生產(chǎn)成本上都較市面上同類產(chǎn)品有所降低，性能有所提高。但是在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，由于自身技術(shù)水平有限、開發(fā)經(jīng)驗(yàn)不足、研發(fā)時(shí)間緊張等問題，目前設(shè)計(jì)仍停留在理論分析階段，期待進(jìn)一步完善和優(yōu)化。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 周玉柱. 戶用風(fēng)/光互補(bǔ)正弦波逆變電源的研制[D]. :

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111、/b></p><p>　　時(shí)光飛逝，四年的大學(xué)求學(xué)之路馬上就要結(jié)束了時(shí)光飛逝，在這寶貴的時(shí)間里，老師的教誨和同學(xué)的關(guān)懷使我受益匪淺，借此論文完成之際，謹(jǐn)向給予我?guī)椭椭С值娜吮硎居芍缘母兄x。</p><p>　　本論文是在導(dǎo)師xx教授的悉心指導(dǎo)下完成的。從選擇設(shè)計(jì)題目，到最后的畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，xx老師始終都給予我細(xì)心的幫助和不懈的支持。x老師并且給我提供了大量數(shù)據(jù)和建議，告訴我那里

112、應(yīng)該注意的細(xì)節(jié)問題，耐心的給我指出錯(cuò)誤在哪里。他對(duì)電力電子專業(yè)研究和對(duì)該課題深刻的見解，使我受益匪淺。xx老師導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、實(shí)事求是的工作作風(fēng)、淵博的專業(yè)知識(shí)、敏銳的洞察力以及對(duì)專業(yè)孜孜不倦的追求，給我深深的教益和啟迪，是我今后工作和學(xué)習(xí)的楷模。再次向xxx老師表示衷心的感謝和崇高的敬意。</p><p>　　同時(shí)我還要特別感謝含辛茹苦培養(yǎng)我的父母，是他們?cè)谖镔|(zhì)和精神上對(duì)我無私的支持，使我可以全身心地投