光伏发电系统设计及应用

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光伏发电系统设计及应用范文第1篇

〔关键词） 屋顶光伏  供配电方式  绿色校园

一、    引言

近年来经济、社会快速发展的同时，我们也面临着煤炭、石油等不可再生资源日益枯竭、环境不断恶化的压力。光伏能源将作为一种分散的电源输入电网，取代部分常规能源。随着绿色建筑、绿色校园的不断发展，将太阳能屋顶光伏发电与高校建筑物有机完美的结合，承担建筑内部分照明、空调等常规用电负荷，这也是绿色建筑的重要表现形式。

二、    屋顶光伏的供配电方式

高校因建筑屋顶四周无遮挡，远离污染源和腐蚀源（如烟气、酸碱气等），建筑产权清晰，电网接入条件较好，用户经营状况良好等一系列自身优势而十分适合发展、应用屋顶光伏项目。目前屋顶光伏发电配电形式多样，主要可分为独立发电系统、市电并联发电系统和市电并网发电系统三类。考虑屋顶光伏发电容量有限、发电成本较高、可调可控性弱等因素，市电并网发电的形式一时还难以广泛被应用；相反，独立发电或市电并联发电的形式因其简单、经济、灵活，适用范围广泛等特点，已在非大规模、分散性大的用电负荷等场所得到一定的应用和发展。

三、    总体技术方案

    学校在所有主要建筑向阳侧坡屋面、平屋面安装高效率太阳能光伏组件，总装机容量达2MWp，年发电量207万kW﹒h，占整个学院总用电量的30%左右。现以图书馆屋顶为案例对于学校分布式光伏发电系统加以研究与设计。

3.1光伏工艺及规模

考虑本地日晒条件，除去建筑屋顶生活水箱、电梯机房及风道口，楼顶光伏组件可安装面积约为1400平方米，总装机容量约为100kW。本案列采用英利YL240P-29b组件400块，逆变器SG-100K3 1台及其配套设备，固定热镀锌钢支架。组件倾角28°，共20串每10串并入一处直流防雷汇流箱，共两处，100kW光伏发电组件经4处直流汇流盒汇流送至两处直流防雷汇流箱，逆变后各段交流出线汇集成一路，经总出线开关连接至照明配电柜。

3.2主要设备选择及布置

3.2.1光伏组件选择

太阳能电池板阵列是多个太阳能电池板串并联的结合，其合理设计应结合负载用电规模、屋顶条件、电流电压水平及用户需求等多方因素综合考虑。

3.2.2组件串联设计

输入同一台逆变器的模组串，要通过对模组的参数分选、位置安排，使其电压值之间的差别控制在5%以内。

3.2.3 倾角选择

利用PVSYST软件计算最佳倾角的取值。从表3可以看出，倾角在26°~30°之间变化时，方阵面上捕获的总辐射量最大。考虑到建筑、结构专业楼顶钢结构柱网的间距、美观、遮挡和安装容量等因素，方案采用固定式支架的倾角为28°。在28°倾角时，光伏方阵接收到的年总辐射量最优，外观整体效果好。

四、    电气设计

4.1 电气主接线

因建筑单体屋顶可利用面积有限，光伏发电最大输出容量为100kW，加之光伏发电本身的局限性，本案列考虑光伏电能作为建筑部分照明用电负荷的补充电源。   

4.2 汇流箱及逆变器

    光伏电池组采用分段连接，逐级汇流的方式将输出的电力集中送往逆变器，再由逆变器将均衡的三相380V电源送至光伏电源进线配电箱/柜，通过一总开关同照明配电柜用电母线连接。

4.3 继电保护及监控

    1）保护

逆变器具备极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、过热保护、过载保护、接地保护、防浪涌保护等。

本案列在照明配电柜进线总开关处装设防逆流装置，装置通过检测交流电网的三相电压、电流，判断功率方向、大小，有选择地跳开光伏发电单元。

    2) 计量

本案列设置电度表屏，光伏电源进线配电箱处配置一块0.2s级多功能双向电度表，电度表配通讯接口，主要参数可上传。

4.4 防雷及接地

1）防雷

一方面，光伏组件方阵采用金属支架布置于建筑物顶部，在雷暴发生时，较易受到雷击而损坏；另一方面，光伏组件、逆变器等也极易因雷电侵入波及浪涌而造成过电压损坏，故有效的防雷和电涌保护是必要的。

2) 接地

    所有电气设备外壳、开关装置和开关柜接地母线、金属架构、电缆桥架和其它可能事故带电的金属物均接地。

光伏系统主接地网同建筑物接地网合一，不重复建设，仅根据需要作适当补充。接地电阻满足设备及人员安全。

五、    前景与展望

    充分利用高校向阳坡屋面、平屋顶，在考虑各建筑屋面的设备安装、通行量、屋面温度、屋面防水及结构荷载的条件下设计安装屋顶光伏面板，与建筑完美结合的同时，为学校建筑单体内的照明、空调及一般动力负荷提供常规电源外的有效补充电源，是构建绿色校园，绿色建筑，生态建筑的重要一环。同时也应当看到，高校屋顶光伏的发展也会因学校建筑的特殊性而遇到一些问题：首先，高校一般为政府融资和财政拨款，屋顶光伏项目的应用将会额外增加政府投入；其次，屋顶光伏发电高峰期与学校用电高峰期存在时间上明显错位，大大降低光伏发电的效率和效益。但不管如何，高校作为用电大户，充分利用学校较为广阔的屋顶和较好的光发电环境，大力发展屋顶光伏，节能安排，建设绿色校园已是时展之必然。

参考文献：

光伏发电系统设计及应用范文第2篇

关键词：太阳能光伏发电系统 太阳能电池组件 逆变器 并网

1 前 言

在可再生能源里，太阳能的稳定性、可持久性、数量、设备成本、利用条件等诸多有利因素考使其将成为最为理想的可再生能源。

应用太阳能光伏发电突出了深圳软件大厦发电工程绿色节能环保的理念。

2 设计实施

2.1 深圳地区的太阳辐照量

深圳地处广东南部沿海，年平均日照时数为2120.5小时，太阳年辐射量5404.9 MJ /（m2.年）。软件大厦位于深圳市（22°N，114°E），在软件大厦屋顶安装太阳能光伏并网发电系统.太阳能电池组件方阵采用正向朝南安装，组件安装倾角为10°。

2.2 深圳软件大厦太阳能光伏发电工程

深圳软件大厦是新建项目，位于深圳市高新技术产业园区中区。为深圳市绿色建筑试点示范工程。

软件大厦太阳能光伏并网发电系统总安装容量为204KWp，系统年输出电量约为229249 kWh/年。整个光伏系统的组成主要包括太阳电池组件、并网逆变器、汇线盒、屋面交流控制箱、配电室交流配电柜、若干动力电缆连接线、安装钢构架及监控系统。

2.2.1 系统要求

深圳软件大厦太阳能光伏发电系统的建设必须满足国际绿色建筑认证体系（LEED）及国家建设部《绿色建筑评价标准》GBT50378-2006的要求。在不干扰屋顶设备及屋顶绿化的情况下，采用钢构架进行安装，最大限度的利用屋顶空间设置太阳能电池方阵。

2.2.2 设计遵循的标准

1、IEC61646--2008 非晶薄膜光伏件（PV）设计鉴定和定型

2、SJ/T11127-1997 光伏（PV）发电系统的过电压保护―导则

3、IEC1724：1998 光伏系统性能监测，测量，数据交换和分析导则

4、GB/T19939-2005 并网光伏发电系统技术要求国家标准

5、GB/T18479-2001 地面用光伏（PV）发电系统-概述和导则

6、GB/T13869-92 用电安全导则

7、GB/T50052-95 供配电系统设计规范

8、GB50217-94 电力工程电缆设计规范

9、GB50057-94 建筑物防雷设计规范（2000年版）

10、IEC61727：2004 光伏（PV）系统电网接口特性

2.2.3 系统设计

软件大厦太阳能光伏并网发电系统安装在屋顶，在系统的方案设计中充分考虑整个光伏系统的荷重，抗风能力和系统的发电效率等综合因素。

在经过繁杂的设计、论证、调整、修改后，最后确定在屋面安装3000平方米的太阳能电池组件方阵，整个光伏系统共采用2040块100Wp的非晶薄膜太阳电池组件，5串*408并，以及33台太阳能光伏并网逆变器，总安装容量为204kWp。整个光伏系统分成33个子系统，每个子系统配置1台并网逆变器，同时由1套数据采集监控系统完成对整个软件大厦光伏并网发电系统的数据采集与远程监控。

整个软件大厦光伏并网发电系统采用多点并网的方式进行运行并网，分成四部分分别与配电室的4个市电联络点连接。光伏子系统通过与光伏专用汇线盒、并网逆变器、屋面交流控制箱连接后，最终与配电室的市电联络点连接，实现光伏系统的并网运行。

整个光伏系统的安装支架采用NLF系列支架.支架采用热镀锌钢材料，抗风能力达到150kMPH。所用钢材除了热镀锌层外，外层又喷涂了醇酸红丹防锈底漆和醇酸面漆以防盐雾腐蚀。

在防雷设计上，屋面太阳能钢结构与大厦防雷接地引下线进行可靠的电气连接，整个钢结构形成可靠的电气通路，太阳能电池组件金属框、电池组件安装支架和屋面钢结构进行可靠的电气连接。

2.2.4 系统设计技术指标

（一）、电能质量要求

（1）并网电压偏差：三相电压的允许偏差为额定电压的7%，单相电压的允许偏差为额定电压的+7%，-10%。

（2）并网频率偏差：并网后的频率允许偏差值为 0.2HZ。

（3）谐波和波形畸变：系统设计的总谐波电流小于4%。

（4）功率因数： 设计所选用SMA并网逆变器的功率因数为1。

（5）电压不平衡度：并网运行时，三相电压不平衡度小于2%，短时小于4%。

（6）直流分量：当并网运行时，逆变器向电网馈送的直流电流分量小于其交流额定值的1%。

（二）、并网保护要求

（1）过/欠电压保护：当电网接口处的电压超出偏差允许值时，并网逆变器进入离网状态，光伏系统停止向电网送电。

（2）过/欠频率保护：当电网接口处频率超出频率偏差允许值时，并网逆变器内置的过/欠频率保护将在0.2S内动作，将光伏系统与电网断开。

（3）防孤岛效应：当电网出现失压状态，防孤岛效应保护将会在0.2S内动作，使光伏系统与电网断开。

（4）恢复并网：当超限状态导致光伏系统停止向电网送电后，系统在电网的电压和频率恢复正常范围后（20S～5Min可调）向电网送电。

（5）防雷和接地：光伏系统和并网接口设备的防雷和接地，严格按照SJ/T11127中的规定执行。

（6）短路保护：并网逆变器对电网设置有短路保护装置，即当电网短路时，逆变器的过电流小于额定电流的150%，并会在0.1S以内将光伏系统与电网断开。

（7）隔离保护：光伏系统并网逆变器交流输出与电网连接的配电柜内，严格做好光伏系统与电网的隔离保护措施。

（8）逆向功率保护：系统在不可逆流的并网方式下工作，当检测到供电变压器次级处的逆流为逆变器额定输出的5%时，逆向功率保护将会在0.5～2S内使光伏系统与电网断开。

3 实施经验总结

软件大厦太阳能光伏发电系统工程完成安装调试，经试运行3个月后通过竣工验收。以下问题需要总结：

（1）在设计过程中，应对系统的运行和维护做全面的考虑。在本项目中设计没有考虑对电池组件的清洁维护通道，且电池组件的面积较大，这样就给对电池组件的清洁工作带来了很大的不便。

（2）加强对构件加工单位和施工单位对太阳能光伏发电技术的培训和制定相关的加工要求和工艺标准，以避免因为构件加工和安装工艺对系统的性能产生很大的影响。

（3） 太阳能专业人员和建筑专业人员应经常协调，建筑物的设计变更应尽量避免对太阳能电池方阵的影响，尤其是在太阳能电池方阵周围追加设备（暖通管道、空调室外机等） 时，应注意设备阴影及排气温度对方阵的影响。

（4）由于并网光伏系统的运行将会影响电网的正常运行，因此并网方式需提前与相关供电部门沟通，并网的实施需在得到供电部门的许可后方可实施。

4 结束语

太阳能光伏发电技术在深圳的应用还刚起步，相信在国家和地方政府的大力支持下，这一事业一定会得到蓬勃发展。我们还将结合深圳这个大都市的环境和特点，发展建筑一体化太阳能光伏发电系统。

参考文献

〔1〕王长贵，崔容强，周篁等.新能源发电技术（第一版）〔M〕.中国电力出版社，2003.

光伏发电系统设计及应用范文第3篇

关键词：独立光伏系统 方阵容量 最佳倾角 蓄电池容量

独立光伏发电系统为独立于公共电力网之外运行的光伏发电系统，其特征为用蓄电池存储电能，夜晚蓄电池释放电能供用电器使用。近年来，随着光伏电池组件成本的降低，光伏发电系统的应用已成为一种趋势。本文讨论了独立光伏发电系统设计时电池方阵倾角选择、方阵前后距离、日峰值日照时数、光伏电池容量、蓄电池组容量计算，并评估了电池的经济效益。

一、光伏电池方阵倾斜角

光伏电池方阵的倾斜角指光伏电池方阵平面与水平面的夹角。合理设计光伏电池方阵的倾斜角有利于降低系统成本。因此，确定光伏电池方阵的最优倾斜角是系统设计的一个重要环节 。一般来说，我国南方地区（纬度低于30°），方阵的倾斜角可取当地纬度增加10°～15°。北方地区，方阵的倾斜角可在当地纬度的基础上增加5°～10°，较高纬度地区，增加的角度可小一些；海拔较高地区，倾斜角一般等于当地纬度。

二、光伏电池方阵前后距离

合理计算太阳能光伏电池方阵前后距离，可以有效节省用地，提高光能利用率。光伏电池方阵前后距离为：

D=0.707H/tan[arcsin（0.648cosф-0.399sinф）]

式中：ф为纬度，H为光伏电池方阵或遮挡物与可能被遮挡组件底边的高度差。

三、每日峰值日照时数

在系统设计时，我们要详细了解当地的每日峰值日照时数，据此数据来设计光伏电池方阵的大小。假设光伏电池方阵安装点太阳能年辐射量为5404.9 MJ/m2，且方阵上的辐射量比水平面的辐射量高5%～15%不等，故方阵上的年平均辐射量大概为5945.4MJ/m2。

则年峰值日照小时数为：5945.4/（3.6×365）=4.5h

四、光伏电池容量

光伏电池容量设计应按近期负载负荷的容量配置，在设计时我们应收集光伏电池组件特性和安装点的经度、纬度、标高及近十年来的气象参数，还有安装点要求的电流、电压和每日用电时数。

在光伏电池容量设计时，组件串联数为，并取整数。

式中：为蓄电池组的浮充电压，取值应符合表1。

表1 蓄电池组浮充最小电压

蓄电池组 6V 12V 24V

7V 14V 28V

为线路压降和防反充二极管的压降总和；

?Vt为光伏电池由温升引起的压降；

为标准光强下单个组件的输出电压。

组件并联数为，并取整数。

式中：为负载日平均耗电容量；

为标准强光时单个组件的输出电流；

为年平均日照时数；

为蓄电池组充电效率的温度修正系数，取值应符合表2。

表2 蓄电池组充电效率的温度修正系数

环境温度（℃） 充电效率（%）

0 90 1.11

-5 70 1.43

-10 62 1.62

光伏电池方阵组件数为，

其总功率为。

五、蓄电池容量

独立光伏发电系统需保证在连续多天无日光照射时，仍然可向负载持续供电一段时间，因此应选用耐过充、过放性能良好的蓄电池，并合理计算其容量：

式中：为蓄电池组附加容量，按光伏电池方阵年发电总量低于负载耗电量月份的累加值计算；

为最长连续无日照天数（d）；

为负载的日用电量（Ah/d）；

为环境温度的修正系数，取值应符合表3。

表3 蓄电池充电修正系数表

环境温度（℃） 40 25 10 0 -10 -20

1 1 1.02 1.05 1.09 1.2

六、经济效应评估

光伏电池的光电转换效率约为15%，电池组件衰减方阵组合损失等综合效率为90%，逆变器转化效率为95%。以英利TCYL-180WP为例，一块电池组件面积为：

S1=1.58×0.806=1.27m2

四个组件组成的光伏方阵面积为：S=S1×4=5.09m2，则电池的年总功率为：

Q=5.09×5945.4×15%×95%×90%=3881.1MJ

=1078.1kWh。

参考文献：

光伏发电系统设计及应用范文第4篇

Abstract: describ that how Building Integrated Photovoltaic(BIPV) works in building energy efficiency field, including applied technology, design principles, and benefits and necessity in future building field.

关键词：BIPV 幕墙 能源 太阳能

Keywords: BIPV, curtain wall, energy source, solar energy

中图分类号： TK511 文献标识码： A 文章编号：

前言

面对全球能源环境问题，不少全新的设计理念应运而生，光伏建筑一体化（BIPV）就是应时代的召唤，油然而生的新生军。

光伏建筑一体化BIPV（building integrated photovoltaic）就是将光伏发电系统和建筑幕墙、屋顶等建筑护结构系统有机的结合成一个整体结构。不但具有围护结构的功能，同时又能产生电能，供建筑使用；是一种可以集发电、隔音、隔热、安全和装饰功能为一体的新型功能性建筑结构形式。

一、工程概况：

沈阳恒隆中街广场工程位于沈阳市沈河区中街路，总建筑面积约18万平方米，光伏系统总安装面积约1750平方米，整个光伏系统共安装有9900块光伏组件，系统总安装容量为147.4千瓦,是目前东北地区最大的光伏建筑一体化（BIPV）项目,也是国内第一个完全由地产商投资建设的光伏建筑一体化项目。

二、BIPV系统设计原则

BIPV系统主要由建筑护系统和光伏电气系统两部分组成。设计中需要参照以下原则：

1、护结构：屋面、幕墙

a、必须考虑美观、耐用；

b、必须具备基本的建筑围护功能；

c、必须满足建筑及幕墙设计规范（载荷、受力）。

2、太阳能光伏发电系统：电力生产及分配

a、尽可能多地为建筑提供清洁的绿色能源；

b、作为电力系统，必须安全、稳定、可靠。

3、设计中着重考虑的因素

a、气候条件：当地的气象因素是太阳能系统今后发挥效能的最重要影响因素；我国幅原辽阔，各地的气象条件，尤其是辐照强度差别很大，在系统设计中，应充分考虑这种差异。

b、建筑围护系统：由于工程所在地的气象条件不同，包括不同的基本风压、雪压；安装的位置不同，如屋面、立面、雨蓬等，都会使围护系统的结构不同；光伏组件的规格必须充分考虑建筑外观效果；

三、产品优势特点

光伏建筑一体化具有以下一些优势：

（1）建筑物能为光伏系统提供足够的面积，不需要另占土地，直接利用幕墙的支撑结构，节省材料费，不会重复建设；太阳电池是固态半导体器件，发电时无转动部件、无噪声，对环境不造成污染；

（2）可就地发电、就地使用，减少电力输送过程的费用和能耗，省去输电费用；自发自用，有削峰的作用，带储能可以用作备用电源。分散发电，避免传输和分电损失（5-10%），降低输电和分电投资和维修成本；并使建筑物的外观更有魅力。

（3）因日照强时恰好是用电高峰期，BIPV系统除可以保证自身建筑内用电外，在一定条件下还可能向电网供电，舒缓了高峰电力需求，解决电网峰谷供需矛盾，具有极大的社会效益；

（4）杜绝了由一般化石燃料发电所带来的严重空气污染，这对于环保要求更高的今天和未来极为重要。

四、效益分析、采用BIVP的必要性

本光伏系统总安装功率为：147.4KW，预计年平均发电量约为26万 kWh。使用太阳能光伏发电将减少火力发电所导致的环境污染，从而减少国家治理污染的支出，具有难以估量的间接收益。

1、经济效益分析

25年内节电量为650万kWh，25年至少可节约电费￥1300万元。

25年共节约一次性能源量：2340吨标准煤；

节约国家火电建设成本：88.5万元；

节约25年火电运营成本：247万元；

减少25年环境综合治理费用292.5万元。

2、环境效益分析

每年可减排CO2、SO2、NOX、等的量如下：

3、社会效益分析

1）本项目单纯按发电量来算，其经济值是较低的；与常规能源相比，费用仍然比较高，这也是制约太阳能光伏应用的主要因素。然而，我们也应看到，治理常规能源所造成的污染是一项很大的“隐蔽”费用，一些国家对化石燃料的价格也进行了补贴。

2）太阳能光伏发电虽一次性投资较大，但其运行费用很低。

3）太阳能光伏与建筑相结合是一个方兴未艾的领域，有着巨大的市场潜力。

五、结束语

BIPV技术是直接将光伏发电技术应用于建筑之上，可节省大量的占地面积，今后必将成为太阳能领域的生力军，为我国的太阳能发展做出重要贡献。同时，通过科学技术的进步，通过大力推广和应用BIPV技术，使BIPV技术大规模产业化，不断降低成本，该技术一定会成为新能源应用领域的重要方向。沈阳恒隆中街广场光伏项目的建设，积极响应国家大力推广可再生能源的号召，不仅在东北地区起到了积极的示范效应，也为地产界成功运用新技术新能源起到了良好的榜样作用。

参考文献：

光伏发电系统设计及应用范文第5篇

关键词：光伏发电；并网；逆变；家用电站

引 言

太阳能光伏发电占据21世纪世界能源消费的重要席位，不但替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。随着新生能源开发利用，光伏并网的市场前景将更加广阔，光伏发电也将朝着普及化的方向发展，分布式并网发电即将成为光伏发电的主流，因此一种真正适用家庭用电的太阳能发电设备也将成为更多用户的选择。

目前我国并网光伏一般应用在较大型的系统上，在小功率并网逆变器的研究上投入较少，技术并不完善，缺少较好的行业标准，很多并网逆变器都需要专业技能才能操作和管理，因此很难使光伏发电得到普及化的推广使用。在光伏发电领域，并网逆变算法、孤岛检测及保护、最大功率跟踪等技术研究较早，也比较成熟。但是对带蓄电池并网系统能量优化管理，系统智能化运行控制，以及光伏发电与新型不间断供电的结合这些方面研究较少，而做为一款家用光伏发电系统，这些技术非常重要。

家用光伏并网逆变器应定位为一款适合家庭用电的发电设备，因此系统可集成家庭用电网络的智能管理及控制，高性能不间断供电方案，也可以利用多个的发电设备组建分布式发电网络。同时系统应具备智能化自动运行能力，无需专业操作技能，管理方便，性能稳定。

1、系统硬件结构

整个光伏发电系统设计结构图如图1，采用FPGA作为核心控制器。系统外设模块包括DC/DC、DC/AC功率变换电路、滤波与并网控制电路、检测与通信电路、人机交互界面、蓄电池充放电控制模块。

图 1系统框图

功率主电路结构如图2所示，由太阳能电池板输出的直流电首先经过DC/DC升压变换。经高频变换器隔离送入工频变换器，工频逆变器由FPGA直接控制，产生与电网一样的交流电压并通过滤波和并网电路并入电网。

图 2主电路结构图

检测电路，将电网电压经过滤波器整形，通过电压比较器产生与电网电压同频率同相的方波信号，控制FPGA产生SPWM驱动信号。孤岛检测电路的设计采用被动与主动检测相结合的办法，使用多种检测手段，减少检测盲区，提高反应速度，以达到反孤岛效应的目的。电流的采集通过ACS712霍尔传感器将电流转换成电压信号，并使用运算放大器对输出电压变化进行放大，图4是传感器输出信号的滤波和变换电路，传感器检测电网信号通过滤波、变换处理，送入A/D转换芯片。

图 3信号采样原理图

通信电路，应用电力线载波半双工通信方式，系统运行时可通过电力线对其远程控制，只需要一台控制设备便可对所有连接在同一输电线网络的设备进行统一调度，组成大容量的分布式发电系统；

不间断供电方案，通过分离并网接口与负载接口，应用继电器能够独立控制并网和负载供电，在装置断电时常闭继电器将负载与电网连接，不影响家庭网络用电。系统在检测孤岛效应时控制并网继电器动作断开与电网的连接，同时系统自动过度到50hz逆变工作方式，持续向负载供电，实现对家庭用电网络的不间断供电。在孤岛保护状态，系统检测到电网恢复供电时，应用二次并网策略，使系统在不影响负载供电质量条件（微小相位、频率及幅值调节）下快速恢复与电网并网连接，实现二次过度保护。

2、重要算法软件结构

电网电压幅值和相位的准确获得对于并网系统来说显得尤为重要， 因此以电网线电压uab = Uin （t） = Umsin t 为例， 通过软件锁相环可获得其有效值和相位，在此基础上， 通过逆变电流幅值相位的双闭环来实现逆变电流的跟踪控制， 如图4 所示 图中上部分实现电网幅值的跟踪控制；下部实现并网电流的跟踪控制，图5为该闭环控制信号图。该算法通过VHDL语言实现，采样周期短，运算速度快，运行稳定。

图4：双闭环控制算法

图5：闭环控制信号图

系统以FPGA为处理单元，在FPGA内嵌入Nios II 32位单片机内核作为控制器，实现键盘输入、LCD显示及无线通信控制。FPGA内部结构如图7所示，模块其包括信号处理、电网幅值相位检测及SVPWM运算部分。

图6：FPGA内部结构图

控制器软件设计流程如下图所示，编程实现自寻优MPPT控制，及家庭用电管方方案，结构图如下。

图：7：软件流程图

3、搭建基本系统

按图1 所示搭建实验平台， FPGA控制电路芯片采用EP2C8Q208， 使用杭州绿杨公司的100M示波器及功率信号分析仪来完成实验中交流电压、电流的测量以及 THD 的测量控制的实验设置单相220v并网实验，输出功率设置75w。通过功率信号分析仪得到电流有效值均稳定在0.34 A 左右， THD

也稳定在 1 % ～ 2 % 以内，相位跟踪误差小于1°，转换效率可达91.5%。其输出波形如图9所示：通道1为并网电压波形，通道2为经过2欧姆取样电阻的并网电流波形：

图8：并网波形图

4、结果分析

采用以上技术设计的家用多功能光伏并网发电系统是一款集光伏并网发电、远程通信控制、家庭用电管理、不间断电技术及智能控制为一体的家用并网发电装置。系统运行稳定，转换效率较高，输出电能谐波少，畸变率低，该系统以并网逆变器为基础，嵌入微处理器软核，能实现对光伏并网发电的多方案、全自动及智能化控制。系统拥有并网、离网及不间断供电多种工作方式，改变了以往光伏并网发电的单一工作模式。同时系统能够自动管理运行和人性化管理界面，无需专业操作人员，这极大提高了该系统的应用人群，促进光伏发电事业的发展。

参考文献

[1] 李华德，白晶，李志民等.交流调速控制系统[M].北京：电子工业出版社，2003