风光互补并网发电系统设计实现

　　一、项目概述

　　1.1 引言

　　随着世界经济的迅速发展，环境问题与能源危机日益突出，可以说，环境问题和能源危机已经成为当今世界人类所面临的最大威胁之一。因此新能源的探求与利用已经成为世界的研究热点。中国拥有丰富的新能源可供开发使用，但开发使用率普遍较低，但随着社会经济的发展，新能源也在稳步想商品化能源的方向转变。

　　1.2 项目背景

　　太阳能与风能是目前应用比较广泛的两种可再生能源，他们有着自身的优点：取之不尽用之不竭，就地可取无需运输，分布广泛可靠性高，绿色能源利于生态。但也有一些弊端：1.能量密度低；2.能量稳定性差。正因如此，一个平稳清洁的电能转化并网系统显得尤为重要。

　　太阳能与风能在时间上有很强的互补性（如右图），白天阳光最强时，风很小，晚间没有阳光却有很强的风，利用这两种可再生资源的互补性，会使发电系统在资源上具有最佳的匹配性。风光互补并网发电系统在缓解电网压力、电力调峰、节能减排等方面都能够起到重要的作用。

　　本项目旨在使每个家庭都可以使用新能源，将太阳能与风能这两种时间上互补的能源结合起来，并通过技术手段平稳转化为50Hz交流电，使每个家庭用既是电能消费者，又是电能制造者。本项目具有绿色环保，减轻电力系统负担等优点。

　　二、需求分析

　　2.1 功能要求

　　风能与太阳能平稳逆变成交流电，并自动选择时机并网，使太阳能风能供电与电网的接入，实现其监测（双向电量的计量）；

　　实现电源变换时，负载启动、停止时对电网谐波影响的监测控制；

　　欠压和过流保护；

　　太阳能电池板最大功率点追踪；

　　采集各个部分的电压电流数值，计算效率，谐波大小和产生的功率，显示并发回上位机；

　　检测电网动作，防止孤岛效应的发生；

　　检测电网电能质量，记录用电记录；

　　考虑与上位机通讯，给用户提供用电指导，如当前电价，用户用电量等。

　　2.2 性能要求

　　1.谐波总失真系数THD《4%;

　　2.系统效率》85%;

　　三、方案设计

　　3.1 系统功能实现原理

　　1、利用SPWM 调制原理

　　SPWM 调制原理见图 2-2，可以看出，等效的脉冲宽度是按正弦规律变化的。根据采样控制理论，脉冲频率越高，SPWM 波形便越接近正弦波。逆变器的输出电压为 SPWM 波形时，其低次谐波得到很好地抑制和消除，高次谐波又能很容易滤去，从而可得到畸变率极低的正弦波输出电压。

　　SPWM 控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或者其他波形。

　　调制原理从理论上讲，在给出了正弦半波频率、幅值和半个周期内的脉冲数后，脉冲波形的宽度和间隔便可以准确计算出来。然后按照计算的结果控制电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的波形。但在实际应用中，人们常采用正弦波与等腰三角波相交的办法来确定各矩形脉冲的宽度。等腰三角波上下宽度与高度成线性关系且左右对称，当它与任何一个光滑曲线相交时，即得到一组等幅而脉冲宽度正比该曲线函数值的矩形脉冲，这种方法

　　称为调制方法。希望输出的信号为调制波，把接受调制的三角波称为载波。当调制信号是正弦波时，所得到的便是 SPWM 波形。

　　2、DC-AC整体结构和工作原理

　　数字控制逆变器的系统构成示意图如图3-1所示，包括逆全桥逆变电路、低通滤波器、驱动电路、数字控制部分、采样调理电路等五部分。保护功能是由数字控制部分采样并执行。

　　逆变桥式电路主要实现电能的变换，把直流电压变换为高频矩形脉冲形式的交流电压，低通滤波器把脉冲电压变为光滑的工频交流电。采样调理电路用来采样输出的状态变量，并把变量调节为数字控制平台接受允许范围内的信号。数字控制部分是主要的运算处理环节，运用合适的算法和措施，使输出满足系统设计的要求，驱动电路是执行环节。

　　3、MPPT的控制方法

　　图2 中的电压检测模块用来实现最大功率点跟踪（MPPT）功能，由控制器的AD采样输入电压Ud，与最大功率点（假设为30V）进行比较，采用PI算法进行调节。当Ud大于30V时，减小SPWM调制信号的幅度，当Ud小于30V时增大SPWM调制信号的幅度，从而使实现最大功率点跟踪功能。

PI控制器的原理框图如2 所示。PI控制算法采用增量式PI控制算法，它的目标输入量是输入电压Ud的幅值为30V时的AD输入，实际输入量是输入的电压Ud的AD输入，它们之间的相减得到偏差信号e（t），然后用PI算式得到控制量的偏差，最后将控制量转换为SPWM的控制数据，使整个系统成为一个闭环系统，实现对SPWM的控