简易光伏并网系统仿真设计课程设计大学论文.doc

仿真设计报告

课程名称 ________

姓 名 _____

学 号 _____

专业班级 _____

学 期 ___________

指导教师 ______

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目录
目录
题目 3
1. 设计目的 3
2. 设计内容 3
3. 相关知识 3
4. 系统硬件结构及原理 4
5. 系统的软件设计及原理 5
6. 设计调试遇到的问题及解决方法 8
7. 总结体会及展望 9
8. 参考文献 9
附录1原理图 10
附录2部分元件参数 10
附录3组员分工 15

简易光伏并网系统仿真
1. 设计目的
（1）掌握Matlab或Psim仿真软件；
（2）掌握Boost升压电路和SPWM逆变电路工作原理；
（3）掌握逆变电路驱动（PWM波）原理以及仿真；
（4）掌握Boost升压电路反馈调节应用；
2. 设计内容
利用Matlab或Psim等仿真软件，实现一个简易光伏并网系统。要求将光伏电池板的直流电压进行升压和逆变，得到220V/50Hz的交流电压。掌握Matlab或Psim等电力电子仿真软件的使用方法；掌握Boost升压电路和SPWM逆变电路的工作原理。

3. 相关知识
（1） Matlab基础使用方法；
（2） Matlab Simulink Model仿真软件；
（3） Boost升压电路工作原理；
（4） SPWM逆变电路工作原理；
（5）逆变电路驱动原理；
（6）Boost升压电路反馈调节原理；

4. 系统硬件结构及原理
（1） 光伏板结构及原理

太阳光照在半导体P-N结上，形成新的空穴-电子对，在P-N结电场的作用下，空穴由N区流向P区，电子由P区流向N区，接通电路后就形成电流。

（2） MOSFET管结构及原理

截止状态：当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。

放大状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数β＝ΔIc/ΔIb，这时三极管处放大状态。

饱和导通状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。

5. 系统的软件设计及原理
（1） 原理

Boost升压电路原理：

在充电过程中，开关闭合（三极管导通），等效电路如图1，开关处用导线代替。此时输入电压流过电感。输入直流电，电感电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。电感电流增加，电感充能。

图1 图2
放电如图2，当开关断开（三极管截止）时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流无法瞬间变0。原来电路断开，于是电感通过新电路放电，即电感给电容充电，电容两端电压升高。升压过程是电感能量传递过程。当电容量足够大，输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。

SPWM全桥逆变原理：

冲量相等而形状不同的窄脉冲加在惯性环节输入时，其输出效果基本相同。这里冲量是指窄脉冲的面积，效果基本相同是指输出响应的波形基本相同，把输出波形进行傅立叶变换分析，则其低频段特性非常接近，仅在高频段有差异。如果把一个正弦半波分成N等份，然后把每一等份的正弦曲线与横轴包围的面积用与它等面积的等高不等宽的矩形脉冲代替，矩形脉冲的中点与正弦波每一等份的中点重合。这样一系列的矩形脉冲就是所期望的SPWM波。
SPWM全桥逆变电路图
（2） 设计

在Simulink仿真里首先构建出基本系统

基本系统分为三部分：左边光伏板Boost升压电路，将光伏板（由DC70V代替）提供的输入电压进行升压至大约220V输出。中间部分为SPWM全桥逆变，进行DC/AC转化。右边部分为滤波装置和工频变压器，用于调整交流电压波形。调试稳定后再加入逆变驱动部分（如图3）以及Boost反馈调节部分（如图4）。

图3 图4

完成效果：

仿真0.1S后，在示波器中可以看见如下波形。第一行是输出波形，调制后可产生稳定220V左右正弦波。第二行是逆变方波。第三行是Boost升压经反馈调整后得到波形稳定在220V。

6. 设计调试遇到的问题及解决方法

在调试过程中发现Boost升压后波形始终不稳定，始终处于上升状态并且电压偏低。请教指导老师后，修改了电路，减小了Boost电路中电感电容大小，并且将仿真时间稍作延长。经过修改后的示波器显示出稳定220V波形。

7. 总结体会及展望

通过这次仿真设计，学习并巩固了许多电力电子技术知识，比如Boost升压电路，闭环反馈系统，全桥逆变系统等等。在过程里，我们认识到了系统设计的困难，一个细小的参数往往可以对最后波形影响甚大。即使本次设计是软件仿真，但在设计和调试中，从零开始一点一点完成了整个系统的仿真，并且每一个参数都经过修改和推敲。在仿真中我们熟练掌握了Simulink的使用也发现Simulink功能强大，元件选取，线路修改，参数调试都非常方便。在以后的学习中一定可以运用到Simulink。本次仿真设计中，我们也了解了仿真设计流程，为马上就要到来的毕业设计和论文答辩打下基础。

8. 参考文献

[1] 徐德鸿，马皓，汪槱生. 电力电子技术. 科学出版社, 2006. 
[2] 应建平，林渭勋，黄敏超. 电力电子技术基础. 机械工业出版社, 2003. 
[3]陈坚. 电力电子学－电力电子变换和控制技术. 高等教育出版社, 2002. 
[4]赵良炳. 现代电力电子技术基础. 清华大学出版社, 1995. 
[5]何希才,江云霞. 现代电力电子技术. 国防大学出版社, 1996. 
[6]黄俊等. 电力电子自关断器件及电路. 机械工业出版社, 1991. 
[7]王志良. 电力电子新器件及其应用技术. 机械工业出版社, 1995.

附录1原理图

附录2部分元件参数
（1） Boost升压部分

（2） 滤波部分

（3） 逆变驱动部分

（4） Boost反馈调节部分