【正文】 郭謙功老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)和誨人不倦的態(tài)度給我留下了深刻的印象。 （保密論文在解密后遵守此規(guī)定） 作者 簽名 : 二〇 一 〇年 九 月 二十 日 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 42 致 謝 時(shí)間飛逝， 大學(xué) 的學(xué)習(xí)生活很快就要過(guò)去，在這 四年 的學(xué)習(xí)生活中，收獲了很多，而這些成績(jī)的取得是和一直關(guān)心幫助我的人分不開(kāi)的。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 37 5 致謝 大學(xué)生活一晃而過(guò)，回首走過(guò)的歲月，心中倍感充實(shí)，當(dāng)我寫(xiě)完這篇畢業(yè)論文的時(shí)候，有一種如釋重負(fù)的感覺(jué)，感慨良多。 Uout_c=*UAlfaOutsqrt()/*UBetaOut。 // 解耦控制 deltaIq=IQIq。 Ialfa=*(IaIb/)。 Udc=in[6]。//計(jì)算出的逆變器輸出電壓 double UAlfaOut,UBetaOut。 double p=200。 double sumerrord=0。 } else { out[1]=0。 Uout=in[0]。 double Uout=0。因此，對(duì)于開(kāi)關(guān)過(guò)程的電流、電壓尖刺等暫態(tài)過(guò)程， Psim 一般不 能直接詳細(xì)描述。揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 圖 312完全解耦的電流模型 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 4 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的仿真研究 PSIM 仿真軟件的介紹 Psim 的全稱(chēng)是 POWERSIM，專(zhuān)門(mén)為電力電子電源與電力電子傳動(dòng)設(shè)計(jì)。則 三 相靜止坐標(biāo)系到兩相同步旋 轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換矩陣為 : c os c os( 2 / 3 ) c os( 2 / 3 )2 si n si n( 2 / 3 ) si n( 2 / 3 )3 1 / 2 1 / 2 1 / 2M? ? ? ? ?? ? ? ? ???????? ? ? ? ? ??? （ 39） 式（ 39）乘以式（ 38），當(dāng)電網(wǎng)電壓三相對(duì)稱(chēng)時(shí)，得： 110000gdadb q gqtcqa a a db b b q dt t t tc c cuiudM i u ud L Liii i i id d dM dM i M i i i id d d di i i?? ????? ????????? ????????? ?? ???? ?? ????? ?????? ? ? ? ? ????? ???? ? ? ? ? ??? ? ? ? ??? ????? ? ? ? ? ????? ? ? ? ? ? ?? ???? ? ? ? ? ?? ?? ???? （ 310） 式中 :? = /d dt? 。 圖 37 三相全橋逆變器 空間矢量直接電流控制 d/q 坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 采用空間矢量直接電流控制策略，在 d/q旋轉(zhuǎn) 坐標(biāo)系下建立三相并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的模型。 DCDC 變換 器如圖 36，變換器由輸入電容 pvC 、 四個(gè)帶續(xù)流二極管的 MOSFET 管 、 變比為 1:N的高頻變壓器、全波整流器中的四個(gè)二極管 V1V 直流端電感 L和電容 C1 組成。 逆變器輸出的視在功率為： ooLgOS U I U I? ? ? ??? （ 34） 那么逆變器輸出的有功功率和無(wú)功功率為： | | c o s( )ooggP U I U I? ? ? ?? ? ? ? （ 35） | | s in ( )ooggQ U I U I? ? ? ?? ? ? ? （ 36） 為了能達(dá)到高效功率輸入輸出的目的就要考慮功率因數(shù)，如果功率因數(shù)太低， 會(huì)向電網(wǎng)中注入諧波和無(wú)功分量。 以上對(duì)多級(jí)式逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析結(jié)果表明 ,為了增強(qiáng)承受 PV陣列輸出電壓波動(dòng)的能 力 、 擴(kuò) 大 容量 ,多級(jí)式逆變器一般包含兩級(jí)或者更多級(jí) ,通常需要在前級(jí)裝設(shè)一個(gè)高頻變壓器 ,提高升壓的比例 , 實(shí)現(xiàn)必要的隔離 。 高頻 DCACDC變流器可將 PV 陣列輸出的直流電壓變換成可調(diào)的直流電壓；逆變器可將該 直 流電轉(zhuǎn)換成預(yù)期的交流電壓。 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 ３ 系統(tǒng)主電路 的設(shè)計(jì)和 控制方法 光伏并網(wǎng)逆變器常用拓?fù)浞桨? 光伏并網(wǎng)逆變器的具體電路拓?fù)浔姸?,一般可按照有無(wú)變壓器分類(lèi) ,也可根據(jù)功率變換的級(jí)數(shù)來(lái) 進(jìn)行分類(lèi)。 圖 25 不同溫度下 I V 特性曲線（ S= 21000 /Wm） 圖 26 不同溫度下 P V 特性曲線（ S= 21000 /Wm） 從上圖同樣可知，光伏模塊的輸出電流隨著環(huán)境溫度的增大而略有減少，而短路電壓有所增大。用表 oV 測(cè)量模塊端口輸出電壓；然后分別引電壓和電流進(jìn)乘法器用表 pV 顯示模塊功率。 再 考 慮 整 個(gè) 光伏 模 塊 的 模 型 時(shí) ,通 常 要 用 一 些 假 設(shè) 后 對(duì) 實(shí) 際 情 況 加以 簡(jiǎn) 化 。此外，還可將若干個(gè)光伏電池板根據(jù)負(fù)載容量大小要求，再串聯(lián)、并聯(lián)組成較大功率的實(shí)際供電裝置，稱(chēng)之為光伏陣列。由于光伏陣列的端電壓隨負(fù)載和日照強(qiáng)度而變化，因此逆變器必須能在較寬的直流輸入電壓適應(yīng)范圍內(nèi)正常工作，且保證交流輸出電壓的穩(wěn)定。電氣隔離一般采用變壓器。影響波形失真度的主要因素之一是逆變器的開(kāi)關(guān)頻率。我國(guó)在“九五”期間，將太陽(yáng)能并網(wǎng)系統(tǒng)列為國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目 ，但國(guó)內(nèi)光伏 并網(wǎng)系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)尚處于起步階段。過(guò)去光伏發(fā)電大多 采用獨(dú)立供電方式，用于偏遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)，而且用于戶(hù)用和中小系統(tǒng)偏多。其中，最理想的新能源是太陽(yáng)能。 關(guān)鍵詞： 光伏電池；單位功率因數(shù) ；逆變器； Park 變化 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 Abstract As a new type of solar energy which is clean,rich reserves,and no pollution are attracting more and more the application of photovoltaic generation technology is the focus of widespread paper mainly studies the photovoltaic(pv) grid power system design,the control method and simulation. Aiming at the characteristics of photovoltaic energy system, which is divided into three parts. Studied the working principle and photovoltaic battery output characteristic, based on the simulation model was established. Use of its PSIM simulation software simulation. The simulation and parison of measured data validation can the correctness of the simulation model for subsequent simulation, lay the foundation. Expounds the grid inverter working principle and control strategy. Based on the study of the method of inverter control the system simulation and experiment. The control method based on synchronization Park transform d q method on PWM. From the simulation and experimental results can be seen in the output power factor to realize control targets of 1. Key words:Photovoltaic cells。 本文針對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)，將其分為三部分進(jìn)行研究。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理?；谀孀兛刂品椒ǖ难芯?，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真與實(shí)驗(yàn)。因此，隨著社會(huì)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)能源提出了越來(lái)越高的要求，尋找新能源已經(jīng)是當(dāng)前人類(lèi)面臨的迫切課題。太陽(yáng)能熱發(fā)電隨著技術(shù)的發(fā)展，成本逐漸降低，變得越來(lái)越可行。直到 90 年代，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家才掀起了光伏并網(wǎng)系統(tǒng)研發(fā) 的高潮，美國(guó)、歐洲、日本等國(guó)家已實(shí)施了光伏屋頂計(jì)劃并取得了一定的成果 。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)如圖 。孤島效應(yīng)是指當(dāng)電網(wǎng)因電氣故障、誤操作或 自然因素 等原因中斷供電時(shí)，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為能及時(shí)檢測(cè)出停電狀態(tài)并切離電網(wǎng)，使光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與周?chē)呢?fù)載形成一個(gè)電力公司無(wú)法掌握的自給供電孤島。 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 用戶(hù)對(duì)逆變器的要求 從 光伏發(fā)電系統(tǒng)的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，成本低、效率于可靠性高、使用壽命長(zhǎng)是其對(duì)逆變器的要求。因此要將幾片、幾十片或幾百片單體太陽(yáng)能電池根據(jù)負(fù)載需要，經(jīng)過(guò)串、并聯(lián)連接起來(lái)構(gòu)成組合體，再將組合體通過(guò)一定的工藝流程封裝在透明的薄板盒子內(nèi)，引出正負(fù)極引線，方可獨(dú)立發(fā)電使用。k 為波爾慈曼常數(shù)（ 10?? ） 。 光伏模塊 PSIM 模型的仿真分析 模型所需的電池結(jié)構(gòu)參數(shù)如表 21 所示。輸出電壓從零逐漸開(kāi)始增大，輸出電流基本不變；而輸出功率隨著電壓線性增大，當(dāng)輸出電壓增大到一定值，輸出電流和輸出功率迅速減小，即光伏模塊存在最大功率點(diǎn)。 圖 27 不同串聯(lián)電阻 sR 下 I V 特性曲線 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 圖 28 不同并聯(lián)電阻 shR 下 I V 特性曲線 圖 2圖 29 為不同串聯(lián)電阻下的 I V 特性曲線，曲線表明光伏模塊 的等效串并聯(lián)電阻對(duì)輸出特性都有影響。后級(jí)為 D C A C 逆變器 ,用于實(shí)現(xiàn)輸出電流正弦化 并 網(wǎng) 、 孤島效應(yīng)檢 測(cè)和預(yù)防等功能 。 與圖 34(a)相比 ,圖 34 ( b ) 省去了直流濾波電路 ,整流后直接通過(guò)后級(jí)逆 變 電路可得到 高質(zhì)量的交流輸出 ,并且其逆變電路的 功 率器件工作在工頻 ,從而降低了開(kāi)關(guān)損耗 .最后交流 輸 出需要利用低通濾波器來(lái)減小 THD,以提高交流輸 出 的波形質(zhì)量 ,但其體積有所增大。當(dāng)逆變器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，負(fù)載 LZ 被認(rèn)為是電網(wǎng)上的一個(gè)負(fù)載，與電網(wǎng)上其它負(fù)載一樣， 只不過(guò)它的能量由電網(wǎng)和逆變器共同提供，此時(shí)逆變器的輸出電流被認(rèn)為是并網(wǎng)電流。兩部分的控制目標(biāo)不同，互相獨(dú)立。計(jì)算得到的 15uF 薄膜電容為大電容，可通過(guò)測(cè)量實(shí)際逆變器的高頻開(kāi)關(guān)噪聲，優(yōu)化電容的設(shè)計(jì)。為此，可以通過(guò)坐標(biāo)變換將三相對(duì)稱(chēng) a 、 b 、 c 靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換 成以 電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的 d /q 坐標(biāo)系 。 d/q 坐標(biāo)系下的控制方程 以三相 PWM 整流器為例 ： 圖 311 三相 PWM 整流器 主電路 如圖 311 所示拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可得三相靜止坐標(biāo)系 a， b， c 下的方程為： asa a a dc N Obsb b b dc N Ocsc c c dc N Odca a b b c c Ldiu L Ri s u Udtdiu L Ri s u Udtdiu L Ri s u Udtduc s i s i s i idt?? ? ? ???? ? ? ? ???? ? ? ? ???? ? ? ? ?? （ 312） 其中 as ， bs ， cs 分別表示三相橋臂的開(kāi)關(guān)函數(shù)， s=1 代表上管通，下管關(guān)；s=0代表下管通，上管關(guān)。 Psim 仿真過(guò)程中，開(kāi)關(guān)與控制單元大量使用了 理想元件，其中開(kāi)關(guān)控制器只要直接與開(kāi)關(guān)相連即可，不需要考慮電平移動(dòng)。 c block 編程 Variable/Function defintitions： include include int g_nInputNode