《毕业设计开题报告(直流环节为Boost变换的单相光伏并网逆变器设计)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计开题报告(直流环节为Boost变换的单相光伏并网逆变器设计)（13页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、电信学院毕业设计开题报告姓名专业电气自动化班级电气二班学号指导教师题目类型工程设计题目直流环节为Boost变换的单相光伏并网逆变器设计一、选题背景及依据（简述题目的技术背景和设计依据，说明选题目的、意义，列出主 要参考文献）1、技术背景能源是人类不断发展和进步的动力，人类不断地从自然界探索和获取能源以满足以 其生存和发展的种种需要，能源的利用水平映射出人类文明发展程度。但在传统的能源 结构中，人类主要利用的一次能源是石油、煤炭和天然气等化石能源。这些化石能源经 过人类数千年的消耗，能源危机已经展现在人类的面前。在21世纪初进行的关于世界 能源数据的调查显示，石油的可开采量为39.9年，天然气可
2、采量为61年，煤炭的可采 量为227年。可见能源问题的紧迫性。随着社会的发展和人类生活水平的提高，现今使 用的石油、煤炭和天然气等一次性能源开始短缺，出现了能源危机,人类急需新的可替代 能源。太阳能作为一种清洁的可再生能源成为了国际社会公认的理想替代能源，而太阳能 发电是太阳能的一个重要应用，各发达国家均投入巨资进行研究开发。通过上述分析，在能源需求急剧增加而其他能源日益紧张的背景下，太阳能作为一 种取之不尽的、无污染的可再生能源已成为当今最热门的能源开发应用的课题之一，它 也必将是21世纪最重要的能源之一。因此对光伏发电设计具有巨大应用价值和现实意 义。所谓逆变器，就是把直流电能（电池、蓄电
3、瓶）转变成交流电（一般为220v50HZ 正弦或方波）。应急电源，一般是把直流电瓶逆变成220V交流的。通俗的讲，逆变器 是一种将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路 组成。广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、 电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱，录像机、按摩器、风扇、照明等。2、设计依据该系统要求对太阳能电池发出的直流电进行逆变，以适应市电电网的需要。具体是 将光伏阵列电压DC48V经过逆变，转换成AC 220V、频率为50HZ、功率1KW。完成以上 设计要求，主要采用电力电子技术中的单相桥式逆变器、以及工频变压器完成，在
4、设计 上完全依据以上要求选择合适的主电路、控制电路和保护电路。3、设计目的和意义逆变器是把直流电能转变成交流电（一般为220v/50Hz正弦或方波）。中小功率逆 变器是户用独立交流光伏系统中重要的环节之一，其可靠性和效率对推广光伏系统、有 效用能、降低系统造价至关重要，因而各国的光伏专家们一直在努力开发适于户用的逆 变电源，以促使该行业更好更快地发展。本论文根据光伏发电并网系统的特点，设计一 台额定功率为1000W的微型光伏发电并网逆变器。毕业设计和毕业论文是本科生培养方案中的重要环节，学生通过毕业设计可以在老 师的指导下学会综合性地运用大学期间所学的知识去分析和解决问题的方法，。毕业设 计在
5、培养大学生探求真理，强化社会意识，进行科学研究的基本训练，提高综合实践能 力与综合素质方面，具有不可替代的作用，是教育与生产劳动和社会实践相结合的重要 体现，是培养大学生的创新能力，实践能力和创业精神的重要实践环节，在做毕业设计 （论文）的过程中，学习的理论知识得到梳理和运用，它既是一次检阅，也是一次锻炼， 还是一次真正的工程设计实战。4、现状逆变器不仅具有直交流变换功能，还具有最大限度地发挥太阳电池性能的功能和系 统故障保护功能。根据采用隔离变压器的类型，并网逆变可分为低频环节、高频环节以 及非隔离型并网逆变低频环节并网逆变器采用工频变压器作为与电网的接口，因此存在 体积和重量大、音频噪音大
6、的缺点；而非隔离型并网在一些国家禁止使用，因此现在普 遍采用直接挂在电网上运行的高频环节并网逆变器。光伏发电系统中逆变器是非常重要的部件，决定着系统的效率以及输出电流波形的 质量。逆变器的拓扑有很多种，其中最常用的是全桥结构。为了降低光伏发电系统的成 本，现在许多国家都在不遗余力的对高效逆变器进行研究。目前国际上一些知名公司的逆变器产品整机效率已经可以达到93%95%。二、主要设计内容、设计思想、解决的关键问题、拟采用的技术方案及工作流程1、设计内容任务要求：（1）熟悉题目要求，通过查阅相关科技文献,初步拟定设计方案；（2）对所选方案论证与确定、并进行技术经济分析；（3）用1号图纸绘出详细的主
7、回路电路图和控制电路图；（4）对主电路电气装置及电器元件的选型要有简单的计算书；（5）要有详细的硬件清单；（6）编写控制软件（软件清单和框图）；（7）详细的设计说明书；技术指标：光伏阵列电压：DC 48V频率：50Hz电压：AC 220V功率：1KW频率误差：5%电压误差： 3%输出电流：THDW 5%控制系统：以美国Microchip公司的PIC16F877作为控制核心。2、设计方案与论证（1）逆变器主电路设计太阳能蓄电池一般是电压源，因此逆变器的主电路采用电压型。在与外网相联时， 为电压型电流控制方式。在外电网停电时，独立运行为电压型电压控制方式。已经进入实用的光伏并网逆变器回路方式主要有
8、3种：工频变压器绝缘方式、高频 绝缘变压器和无变压器形式。根据这3种回路方式，可以将现在的光伏并网逆变器的拓扑结构分为3类，即工频变压器绝缘的单级拓扑结构、高频变压器绝缘的多级拓扑结构 和无变压器的两级拓扑结构。本报告设计两种逆变器拓扑结构：工频变压器绝缘的单级 拓扑结构、无变压器绝缘的两级拓扑结构，通过方案论证决定最终满足设计要求的最佳 800W微型光伏发电并网逆变器设计方案。方案一采用工频变压器形式主电路设计的逆变器主电路如图1所示。L图1工频变压器形式逆变器主电路这种工频变压器形式的逆变器是在单相电压型全桥逆变电路输出加一个变压器，然 后并入电网。光伏发电的系统输入直流电压为48V,二极
9、管VD的单向导通特性可以防 止光伏发电系统断电后电流逆流。电容C1起到平波作用，使得直流侧电压基本无脉动， 直流回路呈现低阻抗。单相桥式逆变电路，共有四个桥臂，每个桥臂由一个可控器件和 一个反并联二极管组成，功率器件为全控型开关器件。二极管起到反馈与续流的作用。 把桥臂1和4作为一对，桥臂2和3作为另一对，成对的两个桥臂同时导通，两对交替 各导通180。单级式逆变器在逆变环节实现MPPT的功能，由于逆变电路产生的交流电 压过低，需要变压器来升压，以达到合适的并网电压。在本文设计的光伏并网系统中，太阳能光伏阵列输出的直流电压在48V。然后通过 单相桥式逆变电路实现逆变，将直流母线的电压转换成正弦
10、波电流，向电网输送功率， 并在逆变环节实现最大功率跟踪控制的功能。控制芯片采用以美国Microchip公司的 PIC16F877作为控制核心。方案二采用无变压器形式主电路设计的逆变器电路图如图2所示。图2无变压器形式逆变器主电路无变压器形式逆变器主电路由两级电路组成，DC-DC电路和DC-AC逆变电路。在 DC-DC变换器中，Buck和Boost电路的效率最高，而效率对于光伏并网逆变器是非常 重要的，所以在此升压部分选择Boost电路，Boost电路负责最大功率跟踪控制并把太 阳能光伏阵列的输出电压升高至某一数值，确保逆变部分输入电压的稳定和降低损耗。 DC-AC部分仍采用单相桥式逆变电路，桥
11、式逆变电路共有四个桥臂，每个桥臂由一个 可控期间和一个反并联二极管组成，二极管起到反馈与续流的作用；功率器件为全控型 开关器件。把桥臂1和4作为一对，桥臂2和3作为另一对，成对的两个桥臂同时导通， 两对交替各导通180。，将直流电逆变为合适的交流电，输出与电网同频同相的电流。在本文设计的光伏并网系统中，太阳能光伏阵列输出的直流电压在48V，经Boost 电路升至合适值，并实现最大功率跟踪功能。然后通过单相桥式逆变电路实现逆变，将 直流母线的电压转换成正弦波电流，向电网输送功率。控制芯片采用以美国Microchip 公司的PIC16F877作为控制核心。方案比较与选择工频变压器形式逆变器优点：由
12、于只有一个环节，结构简单，效率高；采用工频变 压器进行绝缘和变压，具有良好的抗雷击和消除尖波的性能。缺点主要有：为了追求效 率、减少空载损耗，工频变压器的工作磁通密度选的比较低，因此质量大，约占逆变器 的总质量的50%左右，逆变器外形尺寸也比较大；系统需要较高的直流输入，提高了系 统成本；对最大功率点的跟踪没有设立独立的控制操作，使得系统可靠性降低、音频噪 音大；由于单级式拓扑结构要在逆变环节中实现最大功率跟踪控制和逆变并网，控制对 象之间的相互耦合增加了算法的设计难度。无变压器形式逆变器优点：由于没有采用工频变压器进行隔离，这种拓扑具有体积 小、重量轻，效率高，成本低的优点；不采用变压器进行
13、输入与输出绝缘，只要采取适 当措施，同样可以保证主电路和控制电路运行的安全性；比工频变压器形式主电路要复 杂一些，但是适应输入直流电压范围宽，有利于与太阳蓄电池匹配；尽管由于天气等因 素使太阳蓄电池输出电压发生变化，但有了升压部分，可以保证逆变器部分输入电压比 较稳定。缺点主要是在某些要求隔离的场合不适宜使用。本论文是设计一个1000W微型光伏发电并网逆变器，是一个小功率并网应用，由于 太阳能电池阵列的输出电压较低，不便于直接进行逆变并网，在Boost升压电路更易于 实现最大功率跟踪控制。通过比较两种设计方案各自的特点，决定采用无变压器形式的 逆变器设计方案。（2）控制系统设计整个系统用PIC
14、16F877作为主控芯片，它在保持高速度和低价格的前提下集成了 看门狗定时器、FLASH程序存储器、10位A/D转换接口、两路PWM输出等电路，所以在 进行开发设计时，外部电路比较简洁，能较好的满足要求。控制器方案主要包括硬件和 软件两部分。硬件设计主要由驱动模块、控制电路、逆变桥SPWM控制器、HCPL2530光 耦驱动、电压电流检测电路等组成。设计选用既有隔离功能又具备驱动能力的IR2113 作为驱动模块;逆变桥控制器采用PIC16F877进行开发,直接利用单片机自身提供的PWM 输出接口输出两路SPWM驱动脉冲；反馈信号的采样检测选用单片机内部分辨率高和抗 干扰能力强的A/D进行转换；整
15、个硬件设计方案简洁，可靠性较高，如图3所示。系统 的软件部分主要包括模糊控制程序，逆变控制器SPWM脉冲输出程序，主控芯片在过压 过流情况下的中断保护程序以及与逆变控制器的通讯程序，如图4和图5所示。由于逆 变电路需要几路相互独立的驱动电源，为了使电路简洁，本系统设计了有多路副边输出 的反激式开关电源给控制系统供电。图5逆变电路控制程序流程图(3) 驱动、保护电路设计本设计采用全控型开关器件IGBT，IGBT是电压驱动型器件，并有过流保护和短路保护功能。所设计的并网逆变器采用PIC单片机输出PWM信号控制主开关器件IGBT，但 该信号为小信号，不足以驱动开关管，因此需要驱动电路来进行放大。目前
16、，IGBT驱 动电路的形式很多，常用的有：直接驱动、电流源驱动、双电流源驱动、隔离驱动、集 成模块驱动等。根据IGBT的开关特性和对栅极驱动电路的要求，用TLP250设计的驱动 电路。PWM3为单片机发出的驱动信号，VCC为辅助电源的18V电平，G3和E3为IGBT 的驱动信号，G3接IGBT的门极，E3接IGBT的源极。开通状态下的栅极驱动电压为13V， 关断状态下的栅极驱动电压为一5V（稳压管反向偏置）。当G3与E3两端电压为13V时， IGBT导通，当其两端电压为一5V时，则强迫IGBT迅速关断。而当输出出现过电压时， 电路将封闭TLP250的工作，从而实现对IGBT的保护。为了使电源在
17、恶劣环境及突发故障下能够安全可靠的工作，必须设计保护电路，比 如防浪涌的软启动，防过压、欠压、过热、过流、短路等保护电路。本保护电路主要是 完成系统的过流保护功能，它利用霍尔传感器检测电压电流信号，通过由LM324设计的 滞回电压比较器封锁输出脉冲。三、主要参考文献和技术资料1、王兆安，黄俊.电力电子技术M.北京：机械工业出版社,20022、 PIC16F87X单片机数据手册刘和平译北京航空航天大学出版社；3、 PIC系列单片机原理和程序设计窦建中编北京航空航天大学出版社；4、 PIC系列单片机开发应用技术余光旳等编著电子工业出版社，5、电力电子电路精选：常用元器件实用电路设计实例郑琼林，耿文
18、学编著北京： 电子工业出版社，1996.106、电路设计完全手册 精英科技编著北京：中国电力出版社，20017、电力电子器件及其应用李序葆赵永键编著机械工业出版社1996 28、电力电子设备设计和应用手册 王兆安 张明勋主编中国电工技术学会电力电子学 会组编北京：机械工业出版社，20029、太阳光伏发电及其应用赵争鸣刘建政孙晓瑛袁立强编北京：科学出版社,2005.1010、电气工程及其自动化专业英语 戴文进主编；杨植新副主编 北京：电子工业出 版社，2004.811、电气工程制图钱可强等主编北京：化学工业出版社，2004.812、电力电子技术(期刊)13、周志敏，周继海，纪爱华逆变电源实用技术
19、一设计与应用北京：中国电力出版 社，2005.14、杨海柱，金新民500W光伏并网逆变器设计国外电子元器件，2006, (3) 50-52.15、王守仁，金新民，杨海柱小功率光伏并网逆变器.电气时代，2006, (3) 112-114.16、马幼捷，程德树，陈岚等光伏并网逆变器的分析与研究.电气传动，2009, 39 (4).三、毕业设计工作进度安排第一周：了解设计内容、要求、任务，熟悉设计题目。 第二周：收集与设计相关的论文、技术资料。第三周：初步完成主电路设计。第四周：设计出主电路，开始设计控制电路、软件框图。 第五周：初步完成控制电路设计，完成软件程序框图。 第六周：完成控制电路设计，开始编写程序软件。 第七周：完成控制软件设计，整理元器件清单。第八周：绘制电路图、软件框图，编写软件清单。 第九周：完成电路图、软件框图绘制。第十周：完成毕业设计论文。第一周：完成英文论文翻译。第十二周：答辩。
毕业设计开题报告(直流环节为Boost变换的单相光伏并网逆变器设计)
