1、課題來源

本課題為“市電與太陽能發(fā)電協(xié)調(diào)控制實現(xiàn)不間斷電源的開發(fā)”，來源于生產(chǎn)實際。

2、研究的目的和意義

2.1采用不間斷系統(tǒng)的意義

不間斷供電系統(tǒng)是在市電不正常或發(fā)生中斷事故時，能向重要負載繼續(xù)提供符合要求的交流電，從而保證重要負載能連續(xù)不斷的正常工作的供電系統(tǒng)。眾所周知，一切工業(yè)設(shè)備、通信裝置、科研設(shè)施，都必須直接或間接使用交流50HZ的電源。隨著科技的發(fā)展，各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工藝流程都處在現(xiàn)代化的高效率、高質(zhì)量狀況下，在這種情況下，對供電電源的質(zhì)量和可靠性就有更嚴格的要求。供電中斷的情況是不允許的，有時即使是短暫停電，就有可能造成人員和設(shè)備的重大事故，甚至是不堪設(shè)想的后果。

采用不間斷供電系統(tǒng)后與常規(guī)的以多路市電供電系統(tǒng)的不同之處，在于遇到各種停電事故時，具有較高的停電連接能力，可以做到安全不中斷或只有微秒級的中斷。這樣對重要負載的供電就不會產(chǎn)生任何影響。在進一步的不間斷電源組合后，可以達到不間斷的為重要負載提供符合要求的電源。保證了生產(chǎn)流程安全的進行生產(chǎn)，減少因停電而產(chǎn)生的直接經(jīng)濟損失。在一定程度上保證了電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟的運行。

不間斷供電系統(tǒng)之所以具有不間斷供電的性能，是因為UPS中除了包含有市電之外，還有一個或多個儲能環(huán)節(jié)和能量的變換裝置，能在市電不正常或中斷時，依靠這些儲能和能量交換裝置，實現(xiàn)不間斷供電要求。而太陽能就是一種很好的儲能方法。

2.2利用太陽能發(fā)電的意義

根據(jù)目前太陽產(chǎn)生的核能速率估算，氫的儲能量足夠維持600億年，而地球內(nèi)部組織因熱核反應(yīng)聚合成氦，它的壽命約為50億年，一次從這種意義上講可以說太陽能的能量是取之不盡、用之不竭的。在石油、天然氣和核礦藏終將枯竭的今天，充分利用太陽能顯然具有維持功能和環(huán)保雙重偉大意義。“到處陽光到處電”的美好愿望終將伴隨著人們對綠色能源的追求而實現(xiàn)。

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是通過太陽能電池將太陽光輻射能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電系統(tǒng)。太陽能發(fā)電并網(wǎng)是必然的趨勢，利用太陽能在白天發(fā)電并儲存起來，在晚上使用白天儲存的電。這樣既達到環(huán)保的目的有達到了節(jié)約能源的目的。

3、國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

3.1世界太陽能發(fā)電的現(xiàn)狀及趨勢

太陽能光伏產(chǎn)業(yè)是世界發(fā)展速度最快的行業(yè)之一。為實現(xiàn)能源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，世界各國均將太陽能光伏發(fā)電作為新能源與可再生能源發(fā)展的重點。在各國政府的大力支持下，世界太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。2007年世界太陽能電池年產(chǎn)量帶到3733MW,交2006年的2473.8MW，增長1259.2MW,增幅高達50.9%。截止到2007年底世界太陽能電池累計安裝量達到12300MW。2007年世界太陽能電池產(chǎn)量的排名為：日本 920MW，居第一位；中國821MW，居第二位；德國810MW，居第三位；中國臺灣地區(qū)368MW，居第四位；美國266，居第五位。世界太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用市場在近年來，呈現(xiàn)一些突出的特點，如：發(fā)電在能源構(gòu)成中的替代功能大為增加，并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用比例快速增長已成為光伏技術(shù)的主流應(yīng)用、光伏發(fā)電的主導(dǎo)市場。

同時，晶體硅光伏電池技術(shù)將持續(xù)進步，研發(fā)薄膜光伏電池技術(shù)加快了。晶體硅光伏電池的進步主要體現(xiàn)在電池效率不斷提高電池硅片的厚度持續(xù)下降，電池生產(chǎn)廠的單廠生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大；而在薄膜光伏電池研發(fā)取得新的發(fā)展，并積極推進生產(chǎn)線和示范項目的建設(shè)。由于近年來薄膜電池的研發(fā)工作一直受到重視，積極進行，取得了許多新的進展。2007年薄膜電池在太陽能電池世界總量中的比重上升為9.367%。到2010年，全世界65家薄膜光伏電池生產(chǎn)廠規(guī)劃形成4000MW薄膜光伏電池的產(chǎn)能。

實際上，影響太陽能光伏發(fā)電進入大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的主要障礙，是光伏電池和組件的生產(chǎn)成本過高，致使光伏發(fā)電的廢電成本比火力發(fā)電的廢電成本高8～10倍。幾十年來，在技術(shù)進步和生產(chǎn)規(guī)模擴大等因素的推動與領(lǐng)導(dǎo)下，光伏組件的成本大幅度下降，從20世紀60年代第一個地面用光伏組件售價1500美元/wp，到2009年，世界光伏組件售價2.5美元/wp。如果技術(shù)上有重大突破，組件價格的降低速率會加大。光伏產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的發(fā)展促進了光伏組件成本的下降，從而導(dǎo)致了光伏發(fā)電成本的下降；2006年世界光伏發(fā)電成本為0.25美元/（kw*h）,2010年將為0.14美元/（kw*h）。

對應(yīng)對日益逼近的石化能源資源逐步走向枯竭，保護人類賴以生存的地球的生態(tài)環(huán)境；各國都制定并實施一系列鼓勵政策，積極扶持可再生能源，特別是光伏發(fā)電及風(fēng)力發(fā)電和生物質(zhì)發(fā)電的發(fā)展，并制定了各自的光伏發(fā)展路線圖。世界太陽能光伏發(fā)電裝機預(yù)測目標是：2010年裝機總量達到14GW，其中日本，4.8GW；歐洲，3.0GW；美國，3.0GW；中國，0.25GW；其他，2.95GW；2020年裝機總量達到200GW，其中，日本，30GW；歐洲，14GW；美國，36GW；中國，1.6GW；其他，91.40GW。根據(jù)歐盟委員會聯(lián)合研究中心（JRC）的預(yù)測，到2030年可再生能源將在世界能源結(jié)構(gòu)中占到30%以上，太陽能光伏發(fā)電將在世界供應(yīng)總量中占到20%以上；到21世紀末可再生能源將在世界能源結(jié)構(gòu)中占到80%以上，太陽能發(fā)電將在世界電力供應(yīng)總量中占到60%以上。

3.2不間斷電源的技術(shù)發(fā)展動態(tài)

UPS的中文意思為“不間斷電源”．是英語“Uninterruptible Power Supply”的縮寫。主要起到兩個作用：一是應(yīng)急使用．防止突然斷電而影響正常工作：二是消除市電上的電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、電線噪聲和頻率偏移等“電源污染”，改善電源質(zhì)量，為計算機系統(tǒng)及其他設(shè)備提供高質(zhì)量的電源。隨著技術(shù)的發(fā)展，除了UPS 的種類增加外．高性能、高效率、小型輕量化和智能監(jiān)控也越來越成為各類不間斷電源追求的目標，目前UPS 技術(shù)的發(fā)展方向主要有：

(1)采用高頻軟開關(guān)技術(shù)。軟開關(guān)技術(shù)減小器件應(yīng)力和發(fā)熱，提高了工作效率；器件開關(guān)頻率的提高使動態(tài)響應(yīng)、波形質(zhì)量等指標大幅度提高的同時也使得裝置的體積和重量大大減小。

(2)采用PFC 功率因數(shù)校正技術(shù)，將UPS輸入功率因數(shù)提高到相當理想的程度。降低對電網(wǎng)的諧波污染。

(3)電源系統(tǒng)的模塊化設(shè)計，可提高系統(tǒng)的靈活性，使電源系統(tǒng)的體積、重量大為降低，且系統(tǒng)可方便的采用冗余設(shè)計，提高系統(tǒng)的可靠性。

(4)采用高檔微處理器和數(shù)字信號處理器的數(shù)字化控制。數(shù)字控制系統(tǒng)集成度高，且具有很強的數(shù)據(jù)、邏輯運算能力，可以實現(xiàn)一些復(fù)雜的先進算法和智能算法。還具有良好的自我診斷功能．能迅速地排除故障，提高其可靠性。

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展而帶動起來的信息產(chǎn)業(yè)，對UPS不斷提出更高要求。UPS 發(fā)展到今天，幾乎涉及了當代所有電子技術(shù)和信息技術(shù)。它不再是電源的一個可有可無的后備裝置． 而是成為Internet上不可缺少的部件。隨著用戶要求的日益提高，高新技術(shù)的進一步推動，UPS 也將有更加廣闊的應(yīng)用前景。

4、研究的主要內(nèi)容及設(shè)計成果的應(yīng)用價值

4.1研究的主要內(nèi)容

本課題是構(gòu)建一個市電與太陽能發(fā)電協(xié)調(diào)控制的不間斷供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)首先通過光電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，再通過充電控制器控制對蓄電池進行充電，到晚上時利用逆變器把蓄電池里的直流電逆變成交流電，再并入電網(wǎng)；利用不間斷電源的控制系統(tǒng)的控制市電與太陽能對負載供電；可以實現(xiàn)白天和夜晚的不間斷供電，保證了供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性。白天時太陽能轉(zhuǎn)換成光能儲存，晚上使用，當能量達到下限時轉(zhuǎn)市電；若白天市電故障自動切換到太陽能，當能量達到下限時報警。

需要研究光電轉(zhuǎn)換效率，變頻技術(shù)，變頻控制技術(shù)，逆變器逆變技術(shù)，逆變控制技術(shù)，不間斷電源的控制技術(shù)，進行光伏陣列的最大功率點跟蹤所采用的算法的選取，以及多功能光伏并網(wǎng)發(fā)展技術(shù)等問題。

4.2設(shè)計成果的應(yīng)用價值

太陽能是一種取之不盡，用之不竭的環(huán)保型能源，不間斷電源可以消除市電上的電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、電線噪聲和頻率偏移等“電源污染”，本課題的設(shè)計成果可以保證負載的正常供電，也可以減輕能源缺乏和環(huán)境問題帶來的影響。

5、工作的主要階段、進度

（1）2009年秋季學(xué)期第十一周

接受畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書，學(xué)習(xí)畢業(yè)設(shè)計（論文）要求及有關(guān)規(guī)定。

（2）2009年秋季學(xué)期第十二周

收集《變頻器直流型專用不間斷電源的開發(fā)與應(yīng)用》、《電力電子技術(shù)》、《變頻器基礎(chǔ)及應(yīng)用》、《通用變頻器應(yīng)用技術(shù)》、《變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用》《一種聚光型太陽能光伏系統(tǒng)的研究》、《多功能光伏并網(wǎng)發(fā)展技術(shù)研究》、《太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用》、《太陽能利用技術(shù)》、《具有最大功率點跟蹤功能的戶用光伏充電系統(tǒng)的研究》、《新能源發(fā)電技術(shù)》、《太陽能光伏發(fā)電技術(shù)》、《Vision of The Future of The Photovoltaic Industry in JAPAN 》、《幾種特殊輸電方式的分析比較和展望》、《太陽能光伏發(fā)電實用技術(shù)》、《電力電子應(yīng)用技術(shù)》、《GRAWAL POWER ELECTRONIC SYSTEMS—THEORY AND DESIGN》等資料。整理主要是有關(guān)太陽能發(fā)電、不間斷電源的資料。

（3）2009年秋季學(xué)期第十三周-第二十周

閱讀《變頻器直流型專用不間斷電源的開發(fā)與應(yīng)用》、《電力電子技術(shù)》、《變頻器基礎(chǔ)及應(yīng)用》、《通用變頻器應(yīng)用技術(shù)》、《變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用》《一種聚光型太陽能光伏系統(tǒng)的研究》、《多功能光伏并網(wǎng)發(fā)展技術(shù)研究》、《太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用》、《太陽能利用技術(shù)》、《具有最大功率點跟蹤功能的戶用光伏充電系統(tǒng)的研究》、《新能源發(fā)電技術(shù)》、《太陽能光伏發(fā)電技術(shù)》、《Vision of The Future of The Photovoltaic Industry in JAPAN》、《幾種特殊輸電方式的分析比較和展望》、《太陽能光伏發(fā)電實用技術(shù)》、《電力電子應(yīng)用技術(shù)》、《A GRAWAL POWER ELECTRONIC SYSTEMS—THEORY AND DESIGN》，完成開題報告、外文翻譯任務(wù)。大概了解太陽能發(fā)電、逆變器原理、不間斷供電電源原理。

（4）2009年秋季學(xué)期第二十一周

 上交開題報告、外文翻譯，交指導(dǎo)教師批閱。

（5）2010年春季學(xué)期第一周～五周

     閱讀、理解、整理《變頻器直流型專用不間斷電源的開發(fā)與應(yīng)用》、《電力電子技術(shù)》、《變頻器基礎(chǔ)及應(yīng)用》、《通用變頻器應(yīng)用技術(shù)》、《變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用》《一種聚光型太陽能光伏系統(tǒng)的研究》、《多功能光伏并網(wǎng)發(fā)展技術(shù)研究》、《太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用》、《太陽能利用技術(shù)》、《具有最大功率點跟蹤功能的戶用光伏充電系統(tǒng)的研究》、《新能源發(fā)電技術(shù)》、《太陽能光伏發(fā)電技術(shù)》、《Vision of The Future of The Photovoltaic Industry in JAPAN》、《幾種特殊輸電方式的分析比較和展望》、《太陽能光伏發(fā)電實用技術(shù)》、《電力電子應(yīng)用技術(shù)》、《A GRAWAL POWER ELECTRONIC SYSTEMS—THEORY AND DESIGN》等資料，并存入電子文檔。理解太陽能發(fā)電、逆變器原理、不間斷供電電源原理。理清設(shè)計思路，進行設(shè)計。

（6）2010年春季學(xué)期第六周～第十一周

     完成設(shè)計初稿。

（7）2010年春季學(xué)期第十二周

     修改完善設(shè)計，完成設(shè)計正稿。全部成果上交；指導(dǎo)教師批閱、評閱。

（8）2010年春季學(xué)期第十三周

     畢業(yè)答辯。

6、最終目標及完成時間

完成太陽能與電能之間的轉(zhuǎn)化，并利用充電控制器控制對蓄電池進行充電，到晚上時利用逆變器把蓄電池里的直流電逆變成交流電，再并入電網(wǎng)，實現(xiàn)白天和夜晚的不間斷供電。達到白天時太陽能轉(zhuǎn)換成光能儲存，晚上使用，當能量達到下限時轉(zhuǎn)市電；若白天市電故障自動切換到太陽能，當能量達到下限時報警的目標；保證了供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性。另外，可達到減輕能源缺乏和環(huán)境問題。

完成時間：2010年春季學(xué)期第十二周

7、現(xiàn)有的條件和必須采取的措施

現(xiàn)有光電池、變頻器、逆變器、不間斷電源以及微機等設(shè)備，可以完成市電與太陽能發(fā)電協(xié)調(diào)控制實現(xiàn)不間斷電源的研究與設(shè)計。在設(shè)計中必須采取理論研究與實驗相結(jié)合的措施。

8、協(xié)助單位及要解決的主要問題

本課題的完成應(yīng)解決太陽能與電能之間轉(zhuǎn)化與儲存，太陽能與市電的切換實現(xiàn)不間斷供電的技術(shù)問題，同時，需要得到老師和校實驗室的大力支持和幫助。