离网式光伏逆变器及控制技术的研制与应用索比光伏网Word下载.docx

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本产品采用高性能DSP微处理器作为核心控制器，进口功率元件进行功率变换，提高了数据处理及通信能力，实时控制动态跟踪最大功率点。

专用集成电路的单相全桥拓扑结构，通过HPWM调制方式，在大幅降低输出谐波的同时降低开关器件上的损耗。

实现了光伏直流电到交流电的高效率转换，电压的高精度稳定波形输出，使逆变器体积、重量大大降低，逆变效率得到进一步提高。

可满足西部边远地区的社会发展需要。

主要技术经济指标（150字以内）

技术指标：

（1）输出电压精度:

AC380V±

3%；

（2）输出频率精度（Hz）：

50±

0.05；

（3）波形失真率（线性负载）：

≦5%；

（4）动态响应（负载0-100%）：

5%；

（5）功率因数：

0.85；

（6）逆变效率（80%阻性负载）：

902%；

（7）MTBF：

10万小时。

经济指标：

项目实施后，将取得销售收入656万元，上缴税金67万元，净利润达98万元。

创新点及可能获得的成果和知识产权

创新点：

1、DSP芯片实时检测输出输入的电压、电流值，控制驱动脉冲的波形，实时调节输出，输出稳定电压、稳定频率的正弦波信号。

2、无变压器的单相全桥拓扑结构，HPWM调制方式，LC低通滤波器消除高次谐波，输出电压纹波小，减小了整个滤波器的体积，降低了成本。

成果及知识产权

项目完成后，可实现一项实用新型专利，一项发明专利，一项产品技术标准，一项自治区新产品鉴定，两项区域离网式光伏发电示范工程，产品技术水平达到国内领先，

经费概算

总投资

260万

申请拨款

30万

单位自筹

230万

银行贷款

起止年限

2012-6-1至2014-6-1

申报日期

2012-9-13

编写说明

1．“项目可行性研究报告”编写要求：

（1）总体目标集中、明确、可考核，要充分考虑经济、技术等方面的可行性；

（2）任务和内容重点突出，课题设置合理，各课题之间关联度高；

（3）所选的技术路线切实可行，关键点突出、有所创新；

（4）配套条件落实；

（5）管理措施具体；

（6）经费预算依据充分，支出合理符合有关规定，配套经费落实；

2．报告涉及到外文缩写要注明全称。

3．本报告规定为A4，内容一律用小三号宋体字打印，标题用三号黑体字打印，一式2份。

一、项目摘要

离网式光伏发电系统主要是由光伏电池阵列、控制器、逆变器、储能装置等环节组成，如图1所示，其中逆变器是光伏系统中重要的器件之一，其可靠性和转换效率对推行光伏系统、降低系统造价至关重要。

图1离网式逆变器在光伏发电系统中的位置

本离网式光伏逆变器及控制技术研究的项目采用高性能DSP微处理器作为核心控制器，进口功率元件进行功率变换，提高了数据处理及通信能力，实时控制动态跟踪最大功率点。

实现了直流电到交流电的高效率转换，电压的高精度、稳定波形输出，满足了社会发展的需要。

本产品采用工业级高速微处理器，性能稳定，控制精度高。

采用专用集成控制芯片进行功率控制，系统可靠性高。

低功耗设计，系统转换效率高，对太阳能利用率高。

保护功能完善，同时具备过压保护、欠压保护、过载保护、短路保护功能，能最大限度的提升其电能的转换效率。

具有可靠性高、效率高、体积小、重量轻携带方便等特点，并具备完善的保护功能。

可广泛的应用于户用电器、通信、车船等供电场合，也可为科考、勘探等野外工作提供电力源。

二、项目的意义和必要性（含技术突破对行业技术进步的重要意义和作用等），预期成果对国内外现状和技术发展趋势，市场需求分析

目前光伏逆变器行业国际领军者是德国艾斯玛（SMA）公司，技术处在行业的顶点。

国内比较有实力的并网逆变器企业有：

合肥阳光电源、三晶新能源、中达电通、山亿新能源、北京科诺伟业、艾索新能源、西安爱科等；

国内也有一些专门针对离网式逆变器的生产厂家，但目前新疆地区还没有专门的生产离网式逆变器的企业。

新疆地区占我国国土面积的1/6，地理位置深居内陆，常年日照较强，有丰富的太阳能资源，在国家大力提倡节约能源的前景下，利用自然可再生资源是能源发展的重要方向，该离网式逆变器的研制和应用，可充分利用新疆地区自然资源优势，减小国家电网用电负荷及用电压力。

同时项目的实施将填补新疆地区在该项目的空白，为我区该领域技术水平的提高起到积极的推动作用，是我区该领域技术的一个突破。

产品经新疆国际信息检索咨询中心查新,查新结果：

国内部分省区有关离网式光伏逆变器的研究及生产厂家已见文献报道，但与本技术路线相关的未见文献报道，新疆地区有关离网式光伏逆变器的研究及生产厂家未见文献报道。

产品已申请一项实用新型专利，并取得专利受理通知书。

三、项目的基础条件：

与项目相关的前期工作情况，现有技术基础和工作基础，包括前期所取得的成果或技术（工艺）情况，区内外在该技术领域的专利情况，相关领域的试验及示范基地建设情况，研究开发队伍和产学研结合等情况

1、项目申请单位现有基础条件：

新疆希望电子有限公司是一家集研发、设计、生产于一体的股份合作制企业，是“国家级高新技术企业”、国家认定的“合同能源管理技术服务单位”、自治区级技术中心“新疆节能电子产品技术研究服务中心”、“自治区“两化融合重点支撑单位”、“兵团创新型企业”、国家“十二五”科技攻关计划项目承担单位。

获得中国专利发明奖、新疆自治区优秀新产品创新奖、新疆自治区优秀专利发明二等奖、新疆兵团科技进步二等奖，自治区科技进步二等奖、乌鲁木齐市科学技术进步二等奖、三等奖。

公司拥有各类新型节能产品的生产基地和规模化自动化生产体系，具有承接大型节能节电项目工程的施工能力和合同能源管理的服务资质。

具有完整的质量管理体系，通过了ISO9001：

2008国际质量管理体系认证。

公司目前共计取得6大系列节能产品，12项科技成果，9项新产品技术标准，23项国家发明专利，3项自治区节能产品认定，6项国家（CCC）认证许可，节能产品技术水平始终在国内处于领先地位。

公司经过多年的发展和积累，目前公司已拥有一支技术实力雄厚，经验丰富的技术研发队伍，专业技术研发人员26人，其中：

高级工程师4人，工程师6人，专业设计师8人，研发团队具有很强的研发能力及水平。

2、软硬件设施：

公司现有面积10000多平方米，拥有办公大楼一栋，生产车间及厂房2个。

办公大楼配备现代化的硬件设施，办公环境优美，各硬件及软件设施设备齐全，现代化的办公场所为企业树立了良好的形象。

生产车间及厂房工作区域划分明确，生产车间、检验室、老化试验室、办公室、计量室、材料室、仓库等部门位置划分明确。

厂房配备有国内外先进的仪器设备，流水作业线、检验检测设备，机械、动力及传导设备等。

为了保证生产的顺利进行公司还根据生产需要，随时进行设备的更新和即时采购。

公司还设有专门的技术部门定期对生产及测试等设备进行维护和检修，以保证设备在生产和服务过程中的正常使用。

公司始终以“创希望品牌、让客户满意、人无我有、人有我精”作为公司的经营理念，将“不断创新、优良品质、标准化管理”作为公司的经营方针，将“扬节约环保之风、缓社会能源之急、解企业能耗之忧”作为企业的使命，将“为客户创造财富、为企业寻求利润、与客户共同发展”作为企业的宗旨，致力于节能节电产品的研制、开发和应用。

经过多年的不断努力和创新，公司取得了多项科技成果和奖励，先后被自治区经信委评委“两化融合重点支撑单位”、被新疆生产建设兵团认定为“创新型企业试点单位”、被自治区经信委批准成立“新疆节能电子产品技术研发服务中心”，根据公司现有硬件平台及技术研发中心的科技平台，公司配合建立了完整的信息管理服务系统，在软件和信息化服务上跟进，便于完成日常工作的调度、安排、计划，建立完整性强、安全性好的数据库，开发出功能完备，容易使用的应用程序，对用户服务提供全程数字化记录，并对节能产品信息和用户信息进行数字化管理，通过不同的模块实现不同的功能，极大减轻工作人员的工作量，并快速、准确的提高工作和管理效率。

四、项目攻关总体目标，实施年限，具体的考核指标（含主要技术经济指标）及年度计划安排

项目计划实施两年，即2012年11月至2014年11月，项目完成后形成产品样机，各项性能指标符合标准要求，形成示范应用基地，申请一项发明及一项实用新型专利，制定一项企业标准，项目具体实施步骤及年度安排计划如下：

1、项目实施进度安排：

2012年6月至2012年12月完成产品原理图、技术线路、工艺等数据和图纸绘制。

在此期间完成产品专利的申请。

2012年12月至2013年5月依据图纸设计，完成产品整体设计的构思，并进入产品样机试制。

在此期间完成企业标准的备案。

2013年5月至2013年11月对产品样机进行形式实验检测，确定产品各项性能及技术指标。

在此阶段完成产品新产品的鉴定，取得产品鉴定证书。

2013年11月至2014年6月对产品样机进行数据采集，经过小型试验，对产品技术及工艺进行改进，产品产品各项性能指标符合标准规定。

选择两个示范点建立产品示范应用基地。

2、考核指标---技术指标

AC220V±

（2）输出频率精度（Hz）：

0.8；

（6）逆变效率（80%阻性负载）：

90%；

项目完成后，累计时限销售收入656万元，上缴税金67万元，净利润达98万元。

五、项目的主要研究内容

实现了电能的高效率转换，电压的高精度、稳定波形输出，满足了社会发展的需要。

六、项目的主要技术特点和创新点，关键技术内容，项目实施的技术、工艺路线，可能取得的专利及知识产权分析

1.主要技术特点

本离网式光伏逆变器及控制技术的研制与应用项目采用高性能DSP微处理器作为核心控制器，进口功率元件进行功率变换，提高了数据处理及通信能力，实时控制动态跟踪最大功率点。

利用无变压器的单相全桥拓扑结构,通过HPWM调制方式,在大幅降低输出波形中的谐波含量的同时降低开关器件上的损耗,改进的滤波器设计方法,综合考虑输出电流纹波和滤波电容的阻抗,在保证输出电压纹波较小的同时,减小了整个滤波器的体积,降低了成本。

具有体积小、重量轻、输出电压精度高、波形好、现场总线实现智能监控等特点。

（1）自动运行和停机功能

早晨日出后，太阳辐射强度逐渐增强，太阳电池的输出也随之增大，当达到逆变器工作所需的输出功率后，逆变器即自动开始运行。

进入运行后，逆变器便时时刻刻监视太阳电池组件的输出，只要太阳电池组件的输出功率大于逆变器工作所需的输出功率，逆变器就持续运行；

直到日落停机，即使阴雨天逆变器也能运行。

当太阳电池组件输出变小，逆变器输出接近0时，逆变器便形成待机状态。

（2）最大功率跟踪控制功能

太阳电池组件的输出是随太阳辐射强度和太阳电池组件自身温度（芯片温度）而变化的。

另外由于太阳电池组件具有电压随电流增大而下降的特性，因此存在能获取最大功率的最佳工作点。

太阳辐射强度是变化着的，显然最佳工作点也是在变化的。

相对于这些变化，始终让太阳电池组件的工作点处于最大功率点，系统始终从太阳电池组件获取最大功率输出，这种控制就是最大功率跟踪控制。

太阳能发电系统用的逆变器的最大特点就是包括了最大功率点跟踪（MPPT）这一功能。

2.关键技术内容

（1）离网式光伏逆变器基本结构

光伏逆变器的结构如下所示，包含一次回路和二次回路两部分，其中一次回路由输入滤波电路、Boost升压电路、全桥逆变电路和输出滤波电路等组成，二次回路由TMS320Fz812控制器电路、信号检测电路、人机交互电路和通讯电路组成。

下面就本离网式光伏逆变器的硬件主电路和控制策略进行设计。

如图2所示。

图2光伏逆变器结构图

（2）离网式光伏逆变器硬件设计

目前，常用的离网式逆变电路主要有三种拓扑结构：

工频隔离单级逆变器、高频隔离两级逆变器和无隔离两级逆变器。

经理论计算和实践验证，使用一种更适合用在光伏发电系统中的电路拓扑结构：

无隔离两级逆变，也叫做Boost逆变器，如图3所示。

图3离网式光伏逆变器拓扑结构

通过输入滤波电路对光伏太阳能输入的48V直流电进行滤波处理，然后通过Boost升压电路进行升压，采用全桥逆变进行逆变处理，输出SPWM波，最后经过LC低通滤波器进行滤波，输出50Hz频率的正弦波。

（3）Boost电路

Boost电路如图4所示，其中Q为全控型的功率器件IGBT，Boost电路是一种输出电压等于或高于输入电压的非隔离直流变换电路，当光伏控制器的输入电压在允许范围波动时，通过控制功率开关器件Q的导通比D，使输出电压保持稳定。

图4Boost电路

（4）单相全桥逆变电路

本技术中单相全桥逆变电路的驱动波形是通过调制法得到的，信号波和载波的产生以及调制都是通过DSP2812实现的。

SPWM有三种调制方式：

同步调制、异步调制和分段同步调制，本设计输出频率是50Hz，频率不是太低，所以采用同步调制方式。

（5）LC低通滤波器

SPWM波中含有载波频率的整数倍及其附近的谐波分量。

为了获得良好的输出电压波形，必须利用LC低通滤波器消除高次谐波。

随着载波比的升高，最低次谐波离基波越远，也就更容易进行滤波，提高载波比将有效改善输出电压质量，但载波比的提高受制于功率开关器件的开关速度以及开关损耗等因素，LC低通滤波器的选取主要考虑几个方面的因素，噪声、抑制能力、输出阻抗、逆变电流应力。

设计中还要综合考虑滤波电路的体积、重量以及制作成本，通常截止频率选择在开关频率的1/10～1/20，本设计中选择系统开关频率为18kHz，逆变器输出交流电源频率为50Hz，初步确定截止频率为1kHz，滤波器中有两个待定的参数，即滤波电感和滤波电容。

LC低通滤波器的结构如图5所示。

图5LC低通滤波器结构

3.项目实施的主要性能和特点

（1）采用32位DSP微处理器进行控制。

（2）PWM控制模式，大大提高效率。

（3）采用数码或液晶显示各种运行参数，可设置相关参数。

　　（4）方波，修正波，正弦波输出。

正弦波输出，波形失真率小于5%。

（5）稳压精度高，额定负载下，输出精度一般小于正负3%。

　　（6）具有缓启动功能，避免对蓄电池和负载的大电流冲击。

　　（7）高频变压器隔离，体积小，重量轻。

（8）配备标准的R232/485通信接口，便于远程通信控制。

　　（9）可在海拔5500米以上环境使用，适应环境温度。

4.项目主要技术创新点

（1）DSP技术实时处理数据

主控芯片共有两个事件管理器EVA和EVB，每个都可产生8路的脉冲输出，其中由全比较单元输出3对互补的信号，每对互补信号的延迟时间可由相应的死区定时器产生，事件管理器利用内部的定时器和比较单元产生相应的脉冲。

通过EVA输出一对互补的SPWM脉冲信号和一路独立输出的PWM信号，分别控制Boost升压电路和逆变器电路。

（2）闭环负反馈控制

主控芯片实时检测输出输入的电压、电流值，反馈到DSP内部，经PI调节后，改变相关寄存器参数，控制驱动脉冲的波形，实现实时闭环控制，系统采用二个闭环负反馈调节，根据反馈信号的不同，实时调节输出，使输出稳定。

（3）自我保护

当输出电流信号突然增大到超过最大允许电流时，关闭PWM输出，以保护逆变装置不受损害。

（4）单相全桥拓扑结构

七、组织措施及实施方案

1.组织管理的措施

为了配合项目的顺利实施公司各部门负责本部门职责的履行，本部门质量目标的实施、过程的监视及改进；

确保本部门全员参与，促使质量管理体系过程的持续有效。

在项目启动阶段，成立项目组，制定项目总体计划，确定项目阶段的任务目标。

其次确定项目组成员，制定项目主要负责人，依据项目总体目标，根据项目组成员个人具体情况及项目执行需要对项目组成员进行具体的分工，做到责任到人。

在项目执行过程中严格按照项目阶段计划执行，确保项目进度。

2.组织实施的方案

（1）根据市场调研及用户要求，提出新产品构思及新产品的原理、结构、功能、材料和工艺方面的开发设想和总体方案。

（2）在市场调查和技术分析的基础上，提出新产品的构思，进入新产品设计阶段，即初步设阶段、技术设计阶段和工艺图样设计阶段。

（3）对新产品进行样品试制，从新产品技术、经济等方面做出全面评价，保证产品在技术、工艺、结构、性能等方面符合最初制定产品总体技术指标和性能指标。

（4）对新产品进行试制后，调试各项参数，进入生产技术准备阶段，产品正式进入中试阶段，各项性能指标完全符合中试所需数据要求。

3.项目负责人情况及项目研究人员情况（见附表1）

（1）项目负责人，戴伟

主要经历：

1980年9月至1984年9月在北京工业大学，电气自动化专业，大学本科学历，高级工程师。

1985年3月至1988年7月在新疆无线电厂任技术科副科长，1988年8月至1993年12月任技术科科长。

1995年9月至2004年12月，任乌鲁木齐希望电子有限公司法定代表人、总经理。

2005年1月至今任新疆希望电子科技有限公司任总工程师并兼任新疆财经学院工商管理系兼职讲师、新疆节能技术学会常务理事,乌鲁木齐市民营科技企业促进会常务理事,新疆机械电子工业学会常务理事，乌鲁木齐市政府专家顾问团成员，被聘任为自治区专家顾问团高级专家，享受政府津贴。

主要业绩：

本人从事企业管理、技术管理、技术研发、生产工艺管理工作十多年来，先后参加了新疆无线电厂《年产60万台电子电器产品全自动生产流水线》的设计安装及工艺调试工作。

亲自组织开发并完成了《声光控全自动控制器》、《无触点固态继电器》、《音乐喷泉电脑控制系统》、《双界面智能（CPU）一卡通芯片操作系统》、《智能（CPU）卡第二代居民身份证管理信息软件》、《照明用高效节电控制器》等新产品项目的设计开发、试验及产业化的全过程。

负责主持起草了《无触点固态继电器》、《声光控自动控制器》、《IC卡家用膜式燃气表》、《智能热计量表》、《照明用高效节电控制器》、《高效节能无极灯》、《LED绿色电光源》、《磁悬浮风力结合太阳能组合风光互补能源》等多项新产品的行业产品标准及企业标准。

撰写并在相关刊物上发表了《乌鲁木齐市“城市智能一卡通”工程方案》共2万字：

（见《金卡工程》杂志，刊号：

1560-1285），《智能CPU卡第二代居民身份信息管理系统总体方案》共4万字：

1560-1286），《浅析密钥数据加密技术》共3万字：

（见《新疆机械电子》杂志，刊号：

0098）等文献。

负责编写和参加评审了十多项新产品项目的可行性研究分析报告及项目商业计划书。

根据国家、自治区、兵团及乌鲁木齐市的发展战略部署，围绕新型工业化的发展，在科技成果创新、专利发明创造等方面取得了重大显著的成效。

具有核心自主知识产权的节能产品技术在国内处于领先水平，为提升新疆区域经济繁荣和加快推动自治区及兵团跨越式发展不断迈向新台阶做出了特别突出的创造性贡献。

先后荣获几十项国家专利及行业技术标准，荣获国家、自治区颁发的多项科技项目奖，还带领企业科研团队承担完成了多项国家、自治区、兵团、乌鲁木齐市、兵团十二师的科技攻关、电子发展基金项目、中小企业创新基金、国家重点新产品等一系列科技成果项目20余项；

获得成长中国.新疆最具成长力企业30强荣誉、“国家级高新技术企业”、国家认定的“合同能源管理技术服务单位”、自治区级技术中心“新疆节能电子产品技术研究服务中心”、自治区“两化融合重点支撑单位”、“兵团创新型试点企业”、国家“十二五”科技攻关计划项目承担单位，其中：

三相异步电动机用节电控制器产品被例为国家战略性新兴产业项目。

他致力于高低压节电设备特性研究，高电压节能检测试验研究，输变电节能技术研究。

完成了技术引进、消化吸收，科研技术攻关和技术推广应用，提升了新疆兵团十二师高科技企业的核心竞争力。

在高低压节电设备外绝缘特性研究方面，他提出干净绝缘和污秽绝缘的绝缘加强系数，特别是首次开展到110kv电压等级节能及绝缘的研究，填补了我国电工技术标准实际应用的空白，他组织编制输变电高低压节电设备行业的相关技术标准制定，开展制定相应技术标准研究，形成了节能节电技术标准化体系建设，以标准引领我国节能节电技术在输变电工程建设和节能设备的发展和应用。

对建立我国“节约型社会”，对新疆地区的节能降耗，提高能源的利用率，平均节能节电20%以上，年度可节约电能4147万KW/h.节约标准煤1659吨，二氧化碳排放量降低42%，生态环境质量提高35%。

获得中国专利技术发明创业奖、自治区优秀新产品创新奖、自治区专利发明奖、自治区优秀专利发明二等奖、自治区机电行业工业化工作先进个人奖、兵团科学技术进步三等奖、新疆乌鲁木齐市科学技术进步三等奖、兵团十二师科学技术重大贡献奖、兵团十二师科技进步一等奖。

他负责主持研究的国家863课题“大型电动机控制系统用节能技术装备研制与应用”项目，自治区科技新兴项目，对我国及新疆区域新能源的规范发展及节能降耗产业的发展具有非常重要的意义。

为推动我国“十二五”规划纲要及战略性新兴产业的发展，为新疆及兵团区域经济的跨越式发展做出了特别突出的创造性贡献。

（2）、主要研发人员情况

①钟彦儒：

男，1950年1月出生。

西安理工大学电力电子与电力传动学科教授（1993.4），博士生导师（1996.1），国务院特殊津贴专家（1993.10）。

完成国家“七五”、“八五”重大科技攻关项目、国家自然科学基金项目、陕西省和原机械部科技基金项目10余项，企业委托科研项目20余项。

发表有关电力电子著作1部，参编电力电子装置设计手册1部、教材1本，发表研究论文80余篇。

获省、部级科技进步奖4项，3项电力电子技术的发明获国家发明专利授权，其中1项获全国发明专利优秀奖。

目前但任的主要学术兼职：

全国电力电子学会常务理事，全国电力电子学标准化技术委员会委员，中国电源学会理事，陕西省电源学会副理事长，陕西省自动化学会常务理事，陕西省机械工程学会数控与自动化分会副理事长，西安市政府制造业信息化专家组成员。

主要研究方向：

1）现代