【正文】 電壓 UAB幅值和相位進(jìn)行控制，而 采用電流型控制的光伏模塊 的最大功率控制 20 要控制電壓相位和幅值，只要控制 Φ和 m 就可以了 。電壓型控制模式的原理是將逆變器輸出電壓當(dāng)做控制系統(tǒng)的受控量，以此來(lái)保證 逆變器輸出的交流電壓信號(hào)與電網(wǎng)電壓同頻同相，這時(shí)整個(gè)光伏逆變系統(tǒng)就可以看作一個(gè)受控電壓源，并且這個(gè)電壓源內(nèi)阻很??；電流型控制模式的原理則是將逆變器輸出端的電感電流當(dāng)做控制系統(tǒng)的受控量，以此來(lái)保證逆變器輸出的交流電流信號(hào)與電網(wǎng)電壓同頻同相，這時(shí)整個(gè)光伏逆變系統(tǒng)就可以看 采用電流型控制的光伏模塊 的最大功率控制 19 作受控電流源，并且這個(gè)電流源內(nèi)阻較大。雖然各種光伏并網(wǎng)的控制策略不盡相同，但其都有著一致的目標(biāo)，即通過(guò)對(duì)逆變器中的可控器件進(jìn)行控制使其輸出高質(zhì)量的正弦交流電流，同時(shí)輸出 的正弦電流還滿足與公用電網(wǎng)電壓保持同頻同相，所以一般控制系統(tǒng)都是將并網(wǎng)逆變器輸出的正弦電流 I 作為被控制量。 每次開關(guān)管開通或關(guān)斷時(shí)，單極性調(diào)制電 壓變化的幅度僅為雙極性調(diào)制的一半，這就使得開關(guān)管所受的開關(guān)應(yīng)力比較小。 單極性電路的正弦波 Ur和三角波 Uc同相，與其相比雙極性 SPWM 逆變器的不同之處在于電路的三角波 Uc在正弦波的半個(gè)周期內(nèi)有正有負(fù)，所得到的 PWM 波也有正有負(fù)。 在 Ur處于負(fù)半周時(shí)， VT1關(guān)斷， VT 2導(dǎo)通。 PWM 的工作方式遵照以下原則 :(1) VT1 和 VT2通斷互補(bǔ)， VT 3 和 VT 4通斷互補(bǔ)； (2)在 Ur和 Uc極性變換時(shí)刻實(shí)現(xiàn)功率開關(guān)管 VT1–VT4的通斷轉(zhuǎn)換。 采用電流型控制的光伏模塊 的最大功率控制 17 單相單極性 SPWM 逆變器 我們以圖 所示的單相橋式 PWM 逆變器電路說(shuō)明單極性 SPWM 逆變器的工作原理，圖中 VT 1–VT4四只功率開關(guān)管構(gòu)成橋式逆變電路，而 PWM 輸出的驅(qū)動(dòng)脈沖的寬度由參考正弦波 Ur和三角波 Uc決定。每一個(gè)經(jīng)過(guò)等分的脈沖寬度都是π /N，這樣一個(gè)周期的正弦波便可看成 2N 個(gè)彼此相連的脈沖序列，這些脈沖的寬度相等但是幅值不相等。 在直流 交流逆變器 領(lǐng)域，這種技術(shù)應(yīng)用廣泛 。假設(shè) P(i)為 現(xiàn)時(shí)功率、 P(i1)為 記憶功率，則具體的判別方法總結(jié)如下 ： 1）當(dāng) )()( tPttP ??? 時(shí)，若 ( ) ( )U t t U t? ? ? ，工作點(diǎn)在 maxP 點(diǎn) 左邊 ，應(yīng)提高 電壓； 若 ( ) ( )U t t U t?? ? ，工作點(diǎn)在 maxP 點(diǎn) 右邊 ，應(yīng) 降低 電壓； 2）當(dāng) ( ) ( )P t t P t? ? ? 時(shí) ， 若 ( ) ( )U t t U t? ? ? ，工作點(diǎn)在 maxP 點(diǎn) 右邊 ，應(yīng) 降低 電壓；若 ( ) ( )U t t U t? ? ? ，工作點(diǎn)在 maxP 點(diǎn) 左邊 ，應(yīng) 提高 電壓。 圖 為光伏電池伏安特性（ IU）圖，圖中 a、 b、 c、 d、 e 五個(gè)點(diǎn)為電池負(fù)載特性與伏安特性交點(diǎn)（即實(shí)際工作點(diǎn)）。從光伏陣列接收太陽(yáng)能開始，其輸出電壓會(huì)周期性的發(fā)生弱變。 當(dāng)光伏電池內(nèi)阻等于 直流 直流 轉(zhuǎn)換器等效電阻時(shí)，轉(zhuǎn)換器上分得的電壓 為Vi/2，也就是說(shuō)通過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)載兩端電壓到 Vi/2，光伏電池 發(fā)出的功率 就能夠 達(dá) 到最大。 通過(guò) 電路原理 計(jì)算出直流負(fù)載 Ro 消耗 的功率為 ： ooiioRo RRR VRIP )(2 ??? （ ） 因?yàn)樨?fù)載變化導(dǎo)致其分配功率發(fā)生變化， Vi、 Ri 都是常數(shù)。因此，最大功率跟蹤裝置也成為現(xiàn)代光伏發(fā)電系統(tǒng)中關(guān)鍵的部分，且未來(lái)經(jīng)濟(jì)潛力巨大，具有很大的市場(chǎng)空間。 圖 單相全橋逆變電路 最大功率點(diǎn)跟蹤模塊的原理及分析 最大功率點(diǎn)跟蹤 原理 早期的并網(wǎng)逆變發(fā)電中存在著能 量 轉(zhuǎn)換效率低、輸出不穩(wěn)定等問(wèn)題。在由開關(guān)管 T1 和 T4截止到 T2 和 T3 導(dǎo)通的過(guò)渡過(guò)程中，二極管 D D3 延續(xù) 電流，從而使得流過(guò)電感 L 的電流連續(xù)，這時(shí)逆變器輸出的電壓 U0﹦ Ud。 則有： ? ?i L on o i L onU i t U U i t?? （ ） 化簡(jiǎn)得 ， 11o i io ffTU U UtD?? ? （ ） 如果將電路中的損耗忽略不計(jì)，則負(fù)載消耗的電能只是由電源提供，即： i i o oUI U I? （ ） 后級(jí)單相全橋逆變器的工作原理 單相全橋逆變電路的原理圖如圖 示，它一共有 4 個(gè)橋臂，其中 1 個(gè)可控器件和 1 個(gè)反并聯(lián)二極管組成一個(gè)橋臂，每一個(gè)半橋電路又由上下兩個(gè)橋臂組成， 2 個(gè)半橋電路組合成一個(gè)全橋逆變電路。 采用電流型控制的光伏模塊 的最大功率控制 11 圖 Boost電路的工作原理 電路在穩(wěn)定工作情況下運(yùn)行時(shí)，假 設(shè)電路中的電感 L 值和電容 C 值都很大。當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí)，因?yàn)殡姼芯邆溆须娏鞅３值墓δ?，流?jīng)電感的電流并不會(huì)立刻減小為 0，而是會(huì)從充電完成時(shí)電流大小的值緩慢的減小到 0。 P′(Vk)和 P″(Vk)代表 第 k 次迭代 下功率對(duì)電壓 的一 、 二階 導(dǎo) 數(shù)。 標(biāo)準(zhǔn)狀況 下， 在已知 光伏電池電壓 V 時(shí)， 可通過(guò)式（ ）得到 對(duì)應(yīng)的電流： 21(1 ( 1))ocV DVCVscI I C e DI??? ? ? ? ? ? () 式中： 21 (1 / )mocVCVm scC I I e??? () 2 ( / 1)/ln(1 / )m oc m scVV II? ? ? () / ( / 1 )r e f r e f s cDI S S DT S S I?? ? ? ? ? ? () 采用電流型控制的光伏模塊 的最大功率控制 9 sDV DTRDI???? ?? () c refT T T?? () 其中， scI—— 在 標(biāo)準(zhǔn)狀況 下 ， 光伏電池短路 時(shí)的 電流（ A）； ocV—— 在 標(biāo)準(zhǔn)狀況 下 ， 光伏電池 開路時(shí)的電壓 （ V）； mI—— 最大功率點(diǎn)的電流（ A）； mV—— 最大功率點(diǎn)的電壓（ V）； ?—— 電流變化溫度系數(shù)（ A/C? ）； ?—— 電壓變化溫度系數(shù)（ V/C? ）； refS 、refT—— 在 標(biāo)準(zhǔn)狀況下， 光照 強(qiáng)度和電池溫度的值， 通常 取為 21kW/m ，25C?； sR—— 光伏電池的串聯(lián)電阻（ Ohms） ； 在 任意 光照 強(qiáng)度 2(kW/m )S 和環(huán)境溫度 Ta（ ℃ ） 下 ， 光伏 電池溫度 Tc（ ℃ ）為 ： c a cT T t S? ? ? （ ） 式中， S——光伏電池 板 面上的 受到的光照 強(qiáng)度 (kW/m2)； tc——光伏電池 組件 的溫度系數(shù) ()，通常取為 ； Ta——環(huán)境溫度（ ℃ ） ； Tc——光伏電池結(jié)溫（ ℃ ） ； 從以上公式看出， 通過(guò) 光伏電池上的總 光照 輻射 量 和 光伏 電池 的工作 溫度可直接計(jì)算出 此等條件下 太陽(yáng)能電池的最大輸出功率點(diǎn)。在此將 根據(jù)文獻(xiàn) [25]中的分析來(lái) 構(gòu)建 光伏電池 仿真 模型。這種結(jié)構(gòu)可以大大提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。 圖 非隔離型并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu) 與帶有變壓器的光伏逆變器相比，非隔離型并網(wǎng)逆變器使用了較多的電子器件，這就使得系統(tǒng)的整體體積小，建造成本低，工作效率高。從可靠性方面來(lái)分析，復(fù)雜程度的增高會(huì)使系統(tǒng)可靠性會(huì)隨之降低，所以這種結(jié)構(gòu)可靠性并不高。但系統(tǒng)和電網(wǎng)中間的隔離非常重要，工頻變壓器則順利解決了這一問(wèn)題，使得系統(tǒng)工作性能顯著提高。 并網(wǎng)逆變器的隔離方式 根據(jù)變壓器的有無(wú)可將并網(wǎng)逆變器分為隔離型并網(wǎng)逆變器和非隔離型并網(wǎng)逆變器兩大類 ，根據(jù)其工作頻率的高低 又可以將隔離型并網(wǎng)逆變器逆變器分為高頻隔離型和工頻隔離型 [22]。 圖 電流型并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)圖 圖 電流型并網(wǎng)逆變器對(duì)直流電壓沒有太多要求，低于并網(wǎng)側(cè)電壓峰值也可以工作，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)省去了中間采購(gòu) DC/DC 升壓環(huán)節(jié)設(shè)備的開銷，且采用電感使用壽命較長(zhǎng)，工作性能穩(wěn)定，可靠性比較高。因此本文選用了全橋逆變電路作為系統(tǒng)的逆變部分。 采用電流型控制的光伏模塊 的最大功率控制 5 第 2 章 光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)分析 逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同，逆變器主要有半橋逆變電路，全橋逆變電路和帶中心抽頭變壓器的逆變電路三種類型 [20]。 2. 基于 SPWM 控制算法的 光伏逆變系統(tǒng)仿真模型建立 建立以 DC/AC 變換和 PWM 調(diào)制策略為特點(diǎn)的 正弦脈寬調(diào)制 （ SPWM）控制光伏逆變系統(tǒng)仿真模型； 3. 光伏逆變系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析 通過(guò)具體應(yīng)用系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)和模擬調(diào)試實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證系統(tǒng)建模和控制方法的可行性與正確性。目前國(guó)內(nèi)光伏逆變器的領(lǐng)導(dǎo)品牌主要是陽(yáng)光電源、艾思瑪、KACO 等，其中合肥陽(yáng)光電源公司生產(chǎn)的光伏逆變器在中國(guó)市場(chǎng)占 據(jù)的份額≧70%，且通過(guò)代理渠道進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的國(guó)外企業(yè)多數(shù)由于售后服務(wù)提供難度大整體上在中國(guó)市場(chǎng)的占有率不高。國(guó)內(nèi)對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器的研究主要集中于最大功率點(diǎn)跟蹤和逆變部分兩級(jí)互相獨(dú)立的能量轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu) [19]。 與之相比，目前的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模小，雖說(shuō)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠商眾多，但專門生產(chǎn)這類逆變器的卻不多。 Satcon 公司開發(fā)的光伏逆變器也具有最大功率點(diǎn)跟蹤功能主要應(yīng)用于中、大功率范圍。下面就以 SMA 公司產(chǎn)品的發(fā)展為例子來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下國(guó)外光伏逆變器的發(fā)展?fàn)顩r。但隨著多逆變器廣泛應(yīng)用于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，使防孤島效應(yīng)的難度有所提升，這將是未來(lái)開發(fā)多逆變器亟待解決的難題。 首先，只有光伏陣列工作在最大功率點(diǎn)處或其附近，才能提高輸出特性是呈非線性，輸出功率隨著日照強(qiáng)度和環(huán)境溫度等外部環(huán)境變化而變化的光伏發(fā)電系統(tǒng)中的光伏電池的轉(zhuǎn)換效率 [12]。 光伏并網(wǎng)逆變器技術(shù)簡(jiǎn)介 盡可能的減小能量的損耗 且 降低系統(tǒng)的成本，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)采用了并網(wǎng)逆變器將太陽(yáng)電池組件中產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)相匹配的同頻同相的交流電 ,并 直接將交流電輸入電網(wǎng)中 ,省去蓄電池儲(chǔ)能和釋放的過(guò)程 ,可充分利用光伏所發(fā)的電能。全世界并網(wǎng)式光伏系統(tǒng)年在世界范圍內(nèi)的年增長(zhǎng)率可 2530%，可見并網(wǎng)式光伏發(fā) 電系統(tǒng)是現(xiàn)今開發(fā)太陽(yáng)能發(fā)電的發(fā)展方向。 太陽(yáng)輻射的能 量中被地球最終接收的可達(dá)到 1024焦耳，如果這些能量的十萬(wàn)分之一能轉(zhuǎn)變?yōu)楸蝗藗兎奖憷玫碾娔?，就基本上能滿足了目前全世界的用電需求 [6]。 我國(guó)現(xiàn)今正處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快的時(shí)期，且正進(jìn)一步擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)規(guī)模，對(duì)能源需求持續(xù)呈現(xiàn)大幅度上升趨勢(shì)，但國(guó)內(nèi)可利用資源相對(duì)短缺，這對(duì)能源供給形成了巨大的挑戰(zhàn)，為緩解供求矛盾，石油天然氣的需長(zhǎng)期大量依賴進(jìn)口。但全球能源的消費(fèi)依舊 是以不可再生的化石燃料為主，這導(dǎo)致化石能源枯竭來(lái)臨的那一天日益臨近，能源使用引發(fā)的生態(tài)污染也日益加重，這將是未來(lái)繼續(xù)困擾人們的一大問(wèn)題 [3]。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，能源消耗急劇增長(zhǎng)，能源危機(jī)也越來(lái)越引起人們的關(guān)注，能源危機(jī)是我國(guó) 乃至全世界一個(gè)長(zhǎng)久存在的嚴(yán)峻問(wèn)題，它嚴(yán)重影響著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境的變化。最后在Matlab/Simulink 軟件環(huán)境下搭建了光伏逆變系統(tǒng)的整體模型，完成系統(tǒng)性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。并且 伴隨 ―智能電網(wǎng) ‖理論 的 興起 ，分布式電力系統(tǒng) 正日益 受到 關(guān)注 ， 光伏逆變系統(tǒng)作為分布式電力系統(tǒng)的一種重要形式，使得對(duì)該領(lǐng)域的研究具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。太陽(yáng)能作為一種清潔無(wú)污染且可大規(guī)模開發(fā)利用的可再生能源，具有廣闊應(yīng)用前景。為了提高系統(tǒng)模型的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性，論文設(shè)計(jì)了一種輸出電壓隨溫度光照改變的光伏電池模型，提出了一種基于 Boost 升壓變換器的最大功率點(diǎn)跟蹤（ MPPT）控制策略，并且將 正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（ SPWM） 應(yīng)用于逆變器控制。 采用電流型控制的光伏模塊 的最大功率控制