开题报告-5kw单相并网逆变器设计.doc

武汉理工大学本科生毕业设计（论文）开题报告1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）环境保护是今年两会的焦点议题，随着人们对“绿色环保”的重视，如何合理利用资源和降低对环境的污染成为了主题。到目前为止，石油、煤炭和天然气等的化石能源一直是世界经济的支柱，但是化石资源的有限性和对环境的危害性，已经日益地威胁着人类社会的安全和发展。充足的能源、洁净的环境是经济持续发展的基础条件。1996年联合国环境署报告指出：“从现在到2020年，全球能源消耗将比现在增长50%到100%，由此造成温室效应的气体排放将会增加45%到90%，从而带来灾难性后果。”为了制止地球的温暖化，为了人类尽快走出燃煤时代，构建一个稳定的可持续发展的未来社会，各国都在不断追求不排放CO2，不污染环境的清洁能源。因为能源供应紧张以及环保压力的加大，人们对电能的使用和发电、输配电提出新的要求。传统的发电系统正在逐渐发生变化，以解决电力紧张和环境污染问题为目的的可再生能源利用方案得到了极大的重视和迅速的推广。可再生能源的发展中太阳能发电是目前世界上发展速度最快的，在世界范围内新型能源消费比例中占据主导地位，并将逐步取代传统的化石能源。前几年，随着西班牙、德国、美国、日本对本国光伏产业的政策扶持，全球光伏发电逆变器的销售额逐年递增，光伏发电用逆变器进入了一个快速增长的阶段。但目前全球光伏逆变器市场基本被国际几大巨头瓜分，欧洲是全球光伏市场的先驱，具备完善的光伏产业链，光伏逆变器技术处于世界领先地位。我国生产的光伏发电系统的逆变器在在转换效率、结构工艺、智能化程度、稳定性等方面与国外先进水平仍有一定差距，目前我国在小功率逆变器技术上与国外处于同一水平，在大功率并网逆变器上，大功率并网逆变器仍需进一步提高和发展。太阳能逆变器未来的发展趋势将朝着转换效率高、性能稳定、并网型逆变器为主流的方向发展。可再生能源发电系统可分为两种形式：离网系统和并网系统。离网系统根据电能利用方式分为两种：一种是发电直接利用，另外一种是发电后直接存储在蓄电池中。这两种电能利用方式都有各自的缺点，对于直接利用的方式，比如光伏发电系统，白天发出的电不能充分利用，被白白浪费；对于储能系统，不仅造价高，且容易造成环境污染。并网发电系统产生的电能不仅可以直接利用，还可以把多余的电能进行并网发电，把电网作为一个巨大的蓄电池，既不污染环境又节省能源。所以逆变器以并网型为主流，从技术层面讲，并网型逆变器朝着高频化、高效率、高功率密度、高可靠性和高度智能化是未来的发展方向。如果可再生能源能够有效的回馈到公用电网中，会有效缓解能源短缺的压力，提高经济效益，并且改善环境。可靠、高质量地将可再生能源产生的电能输送到电网中是研究可再生能源回馈电网技术关键。因此,研究并网型逆变器如何高效的、高可靠性的转换电能具有十分重要的现实意义。2、基本内容和技术方案2.1 资料搜集 广泛搜集相关资料，分析国内外发展现状，熟悉论文题目，对设计有初步的了解。2.2 孤岛效应及其检测方法任何并入公共输电网的发电装置只要不是作为公共输电网的主要能源供应侧，都存在孤岛效应，不仅针对于光伏发电，比如柴油发电机组，比如并入电网，也存在孤岛效应。所谓孤岛效应，即指如并入公共电网中的发电装置，在电网断电的情况下，这个发电装置却不能检测到或根本没有相应检测手段，仍然向公共电网馈送电量。电网断电分很多种情况，但无论何种因素导致的断电，都是需要供电部门去检修的，这问题就来了，电网处于检修状态，首先需要断开主要能源供应侧的电闸，之后才由维修人员对电网进行检修，那么此时，如电网上除主要能源供应者外再没有其他并入的发电装置，电网是无电状态，检修人员任何操作都是安全的，但如这时还有其他发电装置并入电网且检测不到电网能源供应侧电闸已断开，他还仍然向电网供电，这就产生了孤岛效应，即即使电网主闸已断开，电网仍然有电，这就会对检修人员的生命安全造成严重威胁，这是绝对不允许的。 大型火电厂目前是以主要能源供应者的角色出现在公共电网中的，当电网出现故障后，供电部门排除故障的第一步即断开他与电网的联系，因此，他是不存在孤岛效应的，另外，大型火电厂有非常完善的通讯、调度手段，即使出现比如同时有N个火力发电厂并入的电网主母线发生故障需要维护，此时他也有非常完善的调度手段断开这些火电厂与主母线的联系，然后再进行检修，因此，大型火电厂的不会产生孤岛效应。孤岛现象的检测方法根据技术特点，可以分为三大类：动检测方法、主动检测方法和开关状态监测方法。检测孤岛效应的方法可以分为主动式和被动式。前者是指逆变系统主动、定时地对电网施加一些干扰信号，然后通过检测系统输出电压的幅值、频率及相位等判断是否发生了孤岛效应；后者是指依靠系统被动地监控电网的运行状态，如电压幅值、频率等参数判断电网是否停电。在本设计中，打算采用一种主动式孤岛保护方法频率偏移法。设定一个固定的偏移频率,即并网电流超出电网电压0. 1 Hz。系统周期性检测逆变器输出频率和电网电压频率，假设上一周期检测到电网电压频率为F ，则该周期逆变器输出频率应设定为( F + 0. 1) 。在电网未断电时，因逆变器与电网相连，且下一周期逆变器输出都会与电网重新同步，所以在下一周期逆变器设定频率和实际输出频率依然为( F + 0. 1) ，依次循环下去, 逆变器输出频率始终只会超出电网电压频率0. 1 Hz；但若电网突然断电，此时完全由逆变器向电网输出供电，电网电压频率即为逆变器输出频率，逆变器输出频率因而失去了一个同步标准，则下一周期逆变设定频率将会变为( F +0. 1) ，再接下来的一个周期将会变为( F +0. 2) ，以后每个周期逆变设定频率将会继续增加，因而导致逆变器输出频率不断累加。当频率超出电网允许范围时，逆变器将判断到孤岛状态，并进行自动保护。2.3 并网逆变器控制方式按控制方式，并网逆变器可分为电压源电压控制、电压源电流控制、电流源电压控制和电流源电流控制4种。以电流源为输入的逆变器，直流侧需要串联一个大电感提供较稳定的直流输入，但由于这一大电感往往会导致系统动态响应差，因此，当前世界范围内大部分的并网逆变器均采用电压源输入为主的方式。逆变器与市电并联运行的输出控制可分为电压控制和电流控制。市电系统可视为容量无穷大的定值交流电压源，如果并网逆变器的输出采用电压控制，则实际上就是一个电压源与电压源并联运行的系统。这种情况下要保证系的稳定运行，就必须采用锁相控制技术以实现与市电同步，但由于锁相回路的响应较慢、逆变器输出电压不易精确控制，且电网电压易波动，可能在逆变器和电网之间出现环流等问题。若不采取特殊措施，则两个电压源并联运行方式不易获得优异性能。若逆变器的输出采用电流控制，则只需控制逆变器的输出电流跟踪电网电压的相位和频率，幅值保持正弦输出，即可达到逆变器并网运行的目的。本次设计的并网逆变器就是采用电压源输入、控制电流输出的控制方式,逆变电路结构采用的是单相桥式逆变电路。2.3 具体的技术方案通过搜集资料，确定设计思路，并学习Matlab软件，搭建仿真模型，对设计的电路进行仿真及验证，并撰写设计说明书。3、进度安排第一周：熟悉论文题目，对设计内容初步了解；第二周：查阅文献，不少于15篇；第三章：撰写并提交毕业设计开题报告；第四周：了解孤岛效应及其检测方法，并拟初步方案；第五周：了解可再生能源电源对电力系统的影响级可再生能源发电系统 并网方法；第六周：了解并网逆变器的基本原理并拟定初步方案；第七周：学习matlab仿真功能；第八周：设计电路修改方案；第九周：对设计电路进行仿真，验证设计的合理性；第十周：撰写论文提纲，开始写论文； 第十一周：撰写论文正文； 第十二周：论文收尾； 第十三周：提交论文初稿； 第十四周：修改论文； 第十五周：制作答辩ppt； 第十六周：传论文，答辩。4、参考文献1汪飞.可再生能源并网逆变器的研究D . 杭州:浙江大学, 2005.2黄济荣.可再生能源与变流技术 J . 变流技术与电力牵引, 2006 ( 5) : 15.3易龙强,戴瑜兴,郜克存. 基于异步变频调制的UPS逆变数字锁相技术J；电力电子技术；2006（3）：5759.4 徐云.谁能驱动中国-世界能源危机和中国方略M.北京：人民出版社，2006.5 林征宇，吴建德，何湘宁.基于 DSP 带同步锁相的逆变器控制J. 电力电子技术，2001，35（2）：2425.6昌金铭，吴建荣.世界光伏产业发展对我国的启迪J.能源工程，2002(5):.13.7 陈道炼,DC一AC逆变技术及其应用M,机械工业出版社,2003.8 吴红樱,UPS高频化技术及其系统的研究D,杭州：浙江大学, 1998.9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,2008.10 陈坚，电力电子学电力电子变换和控制技术M.北京:高等教育出版社，2002.11张家生，刘杨.相位检测方法研究J.仪器仪表学报，2003，08.12尹发根.电力谐波检测方法的比较与研究J.中国高新技术企业，2009,19.13 pathom attaviriyanupap.STATUS OF RENEWABLE ENERGY IN EUROPE,U.S. AND JAPANJ. Engineering Journal, 2010, Vol.14 (3), pp.57.14 A. Ravi , P.S. Manoharan , J. Vijay Anand. Modeling and simulation of three phase multilevel inverter for grid connected photovoltaic systems. Solar Energy, 2011, Vol.85 (11), p