【正文】 的組成結(jié)構(gòu)和主要關(guān)鍵環(huán)節(jié)的原理分析，在Matlab/Simulink仿真軟件環(huán)境下建立光伏逆變系統(tǒng)的整體數(shù)學(xué)模型，對(duì)其關(guān)鍵的控制策略進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，并進(jìn)行系統(tǒng)性的仿真實(shí)驗(yàn)分析，具體研究?jī)?nèi)容如下：1. 基于BOOST變換器的光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤算法與實(shí)現(xiàn)方法研究 以Boost升壓變換器為主要結(jié)構(gòu)，建立能實(shí)現(xiàn)光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）控制的DC/DC變換系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。就國(guó)內(nèi)市場(chǎng)而言，規(guī)模雖小，但未來(lái)光伏電站市場(chǎng)的巨大發(fā)展空間和發(fā)展?jié)摿κ遣豢晒懒康?。一些大學(xué)和科研單位對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器技術(shù)作了一定的研究，而且國(guó)家科技部也非常的重視逆變器的研究工作為項(xiàng)目研究撥出了相當(dāng)大數(shù)額的經(jīng)費(fèi)。同時(shí)在擴(kuò)大功率適應(yīng)范圍，增加系統(tǒng)的安全可靠性、提高系統(tǒng)擴(kuò)展性、進(jìn)一步完善的電路保護(hù)方面也有所改進(jìn)。這些優(yōu)勢(shì)為節(jié)約電池成本和提高系統(tǒng)效率做了很大貢獻(xiàn)。其中在歐市場(chǎng)占有率≧50%，全球市場(chǎng)占有率≧33%的SMA是位于歐洲具有全球最早建立且規(guī)模最大的光伏逆變器生產(chǎn)企業(yè)。根據(jù)國(guó)外推出的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定大體總結(jié)為THF5%、各次諧波含量≦3%、動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能應(yīng)良好、均應(yīng)具備必要時(shí)能快速準(zhǔn)確切斷并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)的連接的防孤島效應(yīng)功能[15]。故光伏并網(wǎng)逆變器的技術(shù)研究是從光伏陣列、電網(wǎng)和用電戶要求這三個(gè)方面來(lái)開展的。并網(wǎng)逆變器性能的改進(jìn)在提高系統(tǒng)的效率、增強(qiáng)能量轉(zhuǎn)化的可靠性、延長(zhǎng)設(shè)備的壽命、降低成本等方面體現(xiàn)至關(guān)重要的作用[9]?，F(xiàn)今的光伏發(fā)電系統(tǒng)的九成裝機(jī)容量采用的是并網(wǎng)模式，并網(wǎng)式光伏發(fā)電系統(tǒng)與獨(dú)立式相比降低了成本且可減少維護(hù)工作。因此為了全面建成小康社會(huì)，應(yīng)本著可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)發(fā)展觀，進(jìn)一步開發(fā)、利用可再生能源尤其是太陽(yáng)能,當(dāng)務(wù)之急就是改變能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)。人類面臨著有限的資源和嚴(yán)格的環(huán)保約束，要想解決能源問(wèn)題，唯一途徑是借助科學(xué)的力量，將風(fēng)能，地?zé)崮?，潮汐能等可再生潔凈能源成為能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)力量[4]。與此同時(shí)，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化，不再是單一的只依靠化石燃料，潮汐能、地?zé)?、風(fēng)能等可再生新能源也相繼被更多更廣泛地開發(fā)利用[2]。關(guān)鍵詞：光伏電池；最大功率點(diǎn)跟蹤；光伏逆變系統(tǒng)；正弦脈沖調(diào)制技術(shù)ABSTRACTWith intensify of the energy crisis and environmental problems, the development of clean energy has got a promotion. The solar energy has a broad application because of its friendlyenvironmental advantage and renewable property. With the proposition of the Smart Grid, Distributed Power System has earned more attention. As an important form of Distributed Power System, photovoltaic inverter system is the key of the research in this field.This paper discusses the key techniques of photovoltaic inverter system on the basis of analysis of development and research hotspot of PV inverter system and traverses the main techniques such as maximum power point tracking (MPPT) which has a direct influence on work efficiency and work condition and technology of PV inverter. In order to research PV inverter system, this paper builds an integral model, including PV battery model and DC/DC converter and DC/AC single phase inverter as well as corresponding control models. In order to improve the validity and the stability of the system, the paper uses a PV battery model whose output voltage changes with intensify of the illumination and the real time temperature. And this paper proposes a control method of MPPT on the basis of Boost converter and applies the Sinusoidal PWM in single phase inverter control. At last, we will build an integral PV inverter system by using Matlab/Simulink software, to get a verification and validation.Through many simulation experiments, the proposed photovoltaic inverter system design is correct and feasible. And the output indicators meet the design requirements. The system paves the road to the further implement and grid connection and has a high practical value.KEY WORDS: PV battery；maximum power point tracking (MPPT)；PV inverter system；sinusoidal pulse width control (SPWM)目 錄第1章 緒論 1 1 2 3 4第2章 光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)分析 5 5 5 6 并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的方案及其工作原理 7 8 10 11 12 12 爬山法 13 15第3章 光伏并網(wǎng)逆變器的控制及實(shí)現(xiàn) 16 16 SPWM調(diào)制技術(shù)原理 16 17 17 18 18 18 21 24第4章 基于SPWM的并網(wǎng)系統(tǒng)MATLAB/Simulink仿真 25 25 25 27 28結(jié)論 30參 考 文 獻(xiàn) 31致 謝 33IV 采用電流型控制的光伏模塊的最大功率控制 單相光伏并網(wǎng)逆變器的研究第1章 緒論被譽(yù)為全球經(jīng)濟(jì)血液的能源是影響國(guó)家安全的重要因素之一，是人類社會(huì)運(yùn)行和發(fā)展的基礎(chǔ)物質(zhì)條件[1]。為研究光伏逆變系統(tǒng)，本文建立了一套完整的光伏逆變系統(tǒng)模型，主要包括光伏電池模塊，前級(jí)DC/DC變換器，后級(jí)DC/AC逆變器，以及相應(yīng)的控制模塊。摘 要能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題的不斷加劇，推動(dòng)了清潔能源的發(fā)展進(jìn)程。論文在分析光伏逆變系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與研究熱點(diǎn)的基礎(chǔ)上，探討了光伏逆變系統(tǒng)的主要關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)直接影響光伏逆變系統(tǒng)的工作效率以及工作狀態(tài)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制、光伏逆變器控制等技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)研究。經(jīng)過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所提出的光伏逆變系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案正確可行，且輸出達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)功能提供了條件，具有較高的實(shí)用參考價(jià)值。二是在不斷走向多元化的世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的影響下，石油的消費(fèi)早在50年前就超越了能源消費(fèi)量最大的煤炭，且最近幾年和天然氣的消耗同呈現(xiàn)持續(xù)上升狀態(tài)。且這種以不可再生的化石能源為主的世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)帶來(lái)的全球性的破壞力極大的能源環(huán)境問(wèn)題，如酸雨、臭氧層破壞、海平面上升等，給我們的生活帶來(lái)了很大的困擾。同時(shí)以煤為主的不可再生的能源結(jié)構(gòu)在環(huán)境方面也給我國(guó)造成了很大困擾。從結(jié)構(gòu)特征上看，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)可以分為三種基本類型：獨(dú)立型、并網(wǎng)型和混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)[7]。現(xiàn)今的并網(wǎng)逆變器還需更可靠性化、更效率化、更智能化。逆變器也可以稱為逆變電源,它是通過(guò)控制半導(dǎo)體功率開關(guān)的接通和斷開來(lái)將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷囊环N變流轉(zhuǎn)置，逆變器及逆變技術(shù)的簡(jiǎn)單分類[11]： 逆變器及逆變技術(shù)的簡(jiǎn)單分類分類方式類 型1234輸出交流電相數(shù)單相逆變器三相逆變器多相逆變器輸入直流電源性質(zhì)電壓源型逆變器電流源型逆變器主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)推挽逆變器半橋式逆變器全橋逆變器輸出交流電的頻率低頻逆變器工頻逆變器中頻逆變器高頻逆變器 處于光伏陣列和電網(wǎng)中間的環(huán)節(jié)主要是用于服務(wù)用電戶的光伏并網(wǎng)逆變器。其次，逆變器與電網(wǎng)直接相連，要符合國(guó)家電網(wǎng)的相關(guān)規(guī)定[14]。光伏逆變器的市場(chǎng)最早在歐洲開辟，現(xiàn)如今光伏技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位歐洲已具備了完善的光伏產(chǎn)業(yè)鏈和占據(jù)了龐大的市場(chǎng)。多支路逆變器系列是最新產(chǎn)品，其優(yōu)勢(shì)為結(jié)構(gòu)方面采用的是DCDC變換和DCAC變換兩級(jí)獨(dú)立能量變換結(jié)構(gòu),而且它的每一個(gè)相互間獨(dú)立的支路又具有單獨(dú)跟蹤太陽(yáng)能電池的最大功率點(diǎn)的功能[16]。 現(xiàn)今國(guó)外的光伏并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)的重點(diǎn)主要是放在DCDC變換的最大功率點(diǎn)和DCAC變換的逆變部分上。且我國(guó)光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的研究起步比較晚，目前光伏并網(wǎng)逆變器在市場(chǎng)上基本沒有國(guó)產(chǎn)的光伏逆變器。因此要發(fā)展我國(guó)的光伏并網(wǎng)發(fā)電產(chǎn)業(yè)，應(yīng)從根本上解決核心部件的獨(dú)立研發(fā)難題。但大功率并網(wǎng)逆變器上，國(guó)內(nèi)企業(yè)在轉(zhuǎn)換效率、結(jié)構(gòu)工藝、智能化程度、穩(wěn)定性等方面與國(guó)外先進(jìn)水平還有很大的差距，仍需進(jìn)一步發(fā)展。第二章，分析光伏逆變系統(tǒng)的總體構(gòu)成和工作原理，給出總體設(shè)計(jì)方案，分析了光伏電池，Boost升壓電路，最大功率點(diǎn)跟蹤算法，并網(wǎng)逆變器等主要模塊的原理，為后文的研究工作打下良好基礎(chǔ)。單相帶中心抽頭變壓器逆變電路中的開關(guān)器件所承受的電壓與全橋逆變電路相比提高了一倍，但是這種結(jié)構(gòu)要求含有一個(gè)帶中心抽頭的變壓器，使得電路的體積將會(huì)變大，另一方面也使系統(tǒng)的建設(shè)成本增加，另外，變壓器對(duì)外漏磁帶來(lái)的電磁干擾同樣是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。其輸入端串聯(lián)了一個(gè)電感，作用為通過(guò)儲(chǔ)能使輸入端具有阻抗較高的特點(diǎn)，從而輸入側(cè)近似看作電流源。開關(guān)管由可控器件與二極管串聯(lián)組成，這種結(jié)構(gòu)可以阻止反向電流通過(guò)，同時(shí)對(duì)于可控器件的耐壓性也有很大提高。電能是在變壓器中實(shí)現(xiàn)的電壓間匹配和與公共電網(wǎng)的電氣隔離。（2），太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的直流電能先通過(guò)DCAC環(huán)節(jié)變?yōu)榻涣麟?，再進(jìn)入變壓器經(jīng)過(guò)升壓或降壓處理，處理后的交流電能再經(jīng)整流器做整流處理變成符合并網(wǎng)規(guī)范的直流電壓，最終進(jìn)入工頻逆變橋逆變后并入公用電網(wǎng)。此外，這種結(jié)構(gòu)使所用到的器件數(shù)量增多，使得建設(shè)成本將會(huì)比較高。 并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的方案及其工作原理，本文的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)決定采用無(wú)變壓器的兩級(jí)結(jié)構(gòu)，前級(jí)DCDC變流電路和后級(jí)的DCAC逆變電路通過(guò)直流母線相連。直流母線的作用除了連接直流直流變流電路和直流交流逆變電路之外，還完成了電能的傳遞。當(dāng)接有純阻性負(fù)載時(shí)。式（）中， Vk 和Vk+1代表 V的第k次和第k+1次迭代值。在圖 ，充電時(shí)，開關(guān)管Q1導(dǎo)通，電路相當(dāng)于短路狀態(tài)，這時(shí)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)輸出的直流電能流過(guò)電感。Boost 電路的升壓過(guò)程也會(huì)結(jié)束，如圖 ，升壓階段從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)相當(dāng)于電感所含電能的傳送。設(shè)開關(guān)管T處于導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間為ton，在這段過(guò)程中電感L上積蓄的能量為UiiLton。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，開關(guān)管T1和TT2和T3互補(bǔ)交替導(dǎo)通。同理，在控制器發(fā)出柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)使得開關(guān)管TT3截止和TT4導(dǎo)通時(shí)，二極管DD4續(xù)流，輸出電壓U0﹦Ud，一直持續(xù)到續(xù)流電流減小至0后，開關(guān)管TT4才導(dǎo)通，輸出電壓U0﹦Ud。最大功率點(diǎn)跟蹤控制的基本思想就是依靠不斷調(diào)節(jié)光伏陣列末端的輸出電壓，盡量使其數(shù)值逼近此時(shí)環(huán)境下輸出功率最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓，從而提高系統(tǒng)發(fā)電能力。上圖中Ri是光伏電池的等效內(nèi)阻，Vi是陣列內(nèi)的電壓。從式（）中可得，當(dāng)外接負(fù)載的阻值等于光伏電池的內(nèi)阻時(shí)，電池發(fā)出的功率最大客觀上講，無(wú)論是光伏電池還是DC/DC變換器的特性都屬于非線性特性，但可以改變直流直流變換器的等效電阻使之與電源等效內(nèi)阻相等，然后就不僅可以在負(fù)載變化微分段中實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤，而且可通過(guò)重復(fù)上述工作可實(shí)現(xiàn)各負(fù)載變化微分段的MPPT[28]。（PU）圖，從圖中可以看出光伏電池PU曲線是一個(gè)單峰函數(shù)，其極值處即為功率最大的點(diǎn)。例如，如果當(dāng)前輸出電壓在Ｖpmax（最大功率點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)電壓值）左側(cè)時(shí)必須增大電壓值；反之，應(yīng)該減小輸入電壓，這樣方可實(shí)現(xiàn)功率輸出按照特性曲線漸變至最大功率點(diǎn)[25]。從上述分析可以得出，判斷光伏陣列實(shí)時(shí)工作點(diǎn)所在位置的重點(diǎn)是MPPT裝置。SPWM技術(shù)與PWM相似，但其不同之處在于SPWM改變了脈沖調(diào)制方式，即調(diào)制信號(hào)為期望得到的正弦波，載波為三角波，在正弦波與三角形載波相交時(shí)，用交點(diǎn)來(lái)完成對(duì)開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷的控制[30]。通常在正弦波每個(gè)周期內(nèi)將其均分為2N份，來(lái)獲得這種接近于正弦波的脈寬調(diào)