中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩
答 辩 情 况 回 答 问 题 提 出 问 题 正 确 基本 正确 有一般性错误 有原则性错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩： 答辩委员会主任签字： 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩： 学院领导小组负责人： 年 月 日 摘 要
在化石能源日益枯竭的今天，太阳能光伏发电成为近年来发展比较快的一种可再生能源发电技术中，其并网逆变技术也是近几年的研究热点，本文主要针对三相桥式逆变电路展开研究和仿真分析。
本文首先阐述了国内光伏发电以及逆变技术的研究现状，在对桥式逆变器PWM控制技术研究背景以及目前桥式PWM控制技术研究现状进行分析的基础上，研究了三相桥式逆变器的工作原理，详细分析了桥式逆变器的控制要求。再次，在控制方法上，本文选用了SPWM和SVPWM两种方法，对两种方法进行了深入的研究，给出了两种算法的原理及其实现步骤，并在Matlab/Simulink环境下建立了两种方法的仿真模型，详细介绍了仿真模型的各部分组成以及建立仿真模型的步骤，最后给出了两种方法的仿真结果，并对仿真结果进行了对比分析。
关键词：光伏电池；桥式逆变器；空间矢量控制。
Abstract
Fossil fuels being increasingly depleted, the solar photovoltaic power generation is becoming relatively fast developing in recent years as a renewable energy power generating technology.Its grid-connected inverter technology is also in recent years the research focus. In this article, we focused on the three-phase bridge reverse and the variable circuit study and simulation.
This paper first describes the status of domestic PV and inverter technology on the basis of analyzing the bridge inverter PWM control technology research background and the current bridge PWM Control Technology for the three-phase bridge reverse change the works, a detailed analysis of the control requirements of the bridge inverter. Again, in the control method, the SPWM and SVPWM are two ways and we conduct in-depth study of the two methods, give the principle of the two algorithms and their implementation steps, and two in Matlab / Simulink environment methods of simulation model in detail the steps of the simulation model components and the establishment of the simulation model. Finally, the simulation results of the two methods and simulation results of a comparative analysis is shown.
Keyword: photovoltaic cell; bridge inverter; space vector control.
目 录
1 绪论 ............................................................................................................................................. 1
1.1太阳能和光伏发电 ............................................................................................................ 1 1.2逆变技术的研究背景 ........................................................................................................ 2 1.3光伏逆变器的发展状况 .................................................................................................... 4 1.4本文的主要研究内容 ........................................................................................................ 5 2 太阳能电池工作特性及其电路特性 ......................................................................................... 7
2.1太阳能电池的工作原理 .................................................................................................... 7 2.2太阳能电池的等效电路 .................................................................................................... 8 2.3太阳能电池的工作特性 .................................................................................................... 9 3 三相桥式逆变器的拓扑结构 ................................................................................................... 12 3.1三相桥式逆变器的工作原理 .......................................................................................... 12 3.2三相桥式逆变器SPWM控制策略 ................................................................................ 16
3.2.1 SPWM原理 ........................................................................................................... 16 3.2.2波形的生成方法 .................................................................................................... 17 3.2.3 SPWM控制的三相桥式逆变电路的工作过程 ................................................... 18 3.3三相桥式逆变器SVPWM控制策略 ............................................................................. 20
3.3.1电压空间矢量脉宽调制（SVPWM）的背景 ..................................................... 20 3.3.2三相电压型逆变器SVPWM原理 ....................................................................... 21
4 仿真过程及结果 ....................................................................................................................... 32
4.1 MATLAB/SIMULINK环境简介 .................................................................................... 32
4.2 SPWM控制的三相电压型逆变器的仿真 ..................................................................... 32
4.2.1仿真建模 ................................................................................................................ 32 4.2.2仿真结果 ................................................................................................................ 36 4.3 SVPWM控制的三相电压型逆变器的仿真 .................................................................. 37
4.3.1 SVPWM控制的三相电压型逆变器的仿真过程 ................................................ 37 4.3.2 SVPWM控制的三相电压型逆变器的仿真结果 ................................................ 41 4.4仿真结果对比 .................................................................................................................. 42
4.4.1 SPWM控制下A相电压分析 .............................................................................. 42 4.4.2 SVPWM控制下A相电压分析 ........................................................................... 42 4.4.3 SPWM和SVPWM控制下A相电压对比 .......................................................... 43
5 总结 ......................................................................................................................................... 44 致 谢 ........................................................................................................................................... 70
中国矿业大学2012届本科生毕业设计(论文) 第1页
1 绪论
1.1太阳能和光伏发电
随着世界人口的高速增长和社会经济的高速发展，人类对自然资源的需求也日益增
加，正在不断寻找各种自然资源以满足这些需要，然而在目前的能源消费结构中，主要还是依赖于石油、煤炭和天然气等化石燃料。据美国能源部信息管理综合分析和预测办公室（EIA）在2007年5月发表的“2007能源形势”估计，在燃料中，石油一直占据最大份额，到2030年依然占34%，煤炭将占据28%，其中发电用煤炭占煤炭消费总量的2/3，但是化石燃料的储量是有限的，人口却不断增长，同时人均消耗量也不断增加。根据已探明的储量，煤炭大约用230年，铀大约71年，天然气大约用61年，石油可以开采45年，化石能源正在面临着严重短缺的危机，特别是高速发展中的中国能源形势异常严峻，如图1.1所示主要化石燃料世界和中国储量对比。
无穷大2300225022002150210020502000太阳能煤炭铀天然气石油约81年约71年约50年约61年约30年约45年约15年约230年世界中国
图1.1中国和世界化石能源储量对比
化石燃料的不断消耗，已经面临着枯竭的危险，同时在生产和消费过程给环境带来巨大污染，对人类身心健康产生了严重伤害，伴随着平均每天1亿温室效应气体的排放，温室效应现已变成全球性问题，引起的全球变暖会导致部分地区人口迁移、资源短缺、甚至会引发政治和经济动荡，引起了各国政府和科学工作者的关注。他们在不断寻求替代能源的过程中将目光投向了可再生能源，由于其无污染、取之不尽、用之不竭等特点成为关注的焦点，希望可再生能源在能源消费结构占据重要地位。太阳能由于其分布的广泛、可再生、无污染等特点，已经成为世界各国公认的理想替代能源，尤其在不可再生能源不断锐减的情况下，太阳能将成为21世纪最重要的能源之一，而且越来越多的国家对光伏发电技术的研究投入不断增加，并且在商业开发和利用方面已经成为了重要的发展方向。
近年来光伏产业市场和技术的快速发展，尤其是得到了各国政府大量资金的投入，形成了巨大的光伏发电产业群。为解决远离电网的地区提供了足够的生活用电，现在已经逐渐从离网偏远农村地区向并网城市地区转移，光伏发电已经从“补充能源”变为了真正的“替代能源”，特别是光伏并网技术的成熟。光伏建筑一体化（BIPV）研究，已经实现传