【正文】 但在實(shí)際情況中很難選擇合適的諧波觸發(fā)值。被動(dòng)式檢測(cè)方式主要有過(guò)壓和欠壓檢測(cè)法、過(guò)頻和欠頻檢測(cè)法、諧波電壓檢測(cè)法、電壓相位檢測(cè)法和頻率變化率檢測(cè)法等 ；主動(dòng)式檢測(cè)方式主要有脈沖電流注入法、輸出功率變化法 (有功功率變化和無(wú)功 功率變化 )、阻抗變動(dòng)、滑模頻率轉(zhuǎn)移法和頻率偏移法等。當(dāng)電網(wǎng)因?yàn)楣收匣蛘弑蝗藶榍袛鄷r(shí)，并網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)該能及時(shí)斷開(kāi)與電網(wǎng)的連接。 本文采用電導(dǎo)增量法來(lái)實(shí)現(xiàn) MPPT 控制，通過(guò)調(diào)節(jié)光伏 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流的大小來(lái)使光伏陣列工作在最大功率點(diǎn)。 下面對(duì)經(jīng)典的擾動(dòng)觀察法算法簡(jiǎn)述如下： 光伏系統(tǒng)控制器 在每個(gè)控制周期用較小的步長(zhǎng)改變光伏陣列的輸出，改變的步長(zhǎng)是一定的，方向可以是增加也可以是減小，控制 21 對(duì)象可以是光伏陣列輸出電壓或電流，這一過(guò)程稱(chēng)為“干擾” ；然后，比較干擾周期前后光伏陣列的輸出功率，如果輸出功率增加，那么按照上一周期的方向繼續(xù)“干擾”過(guò)程，如果檢測(cè)到輸出功率減小，則改變“干擾”方向。 根據(jù)溫度查表調(diào)節(jié)： 事先將特定光伏陣列在不同溫度下測(cè)得的最大功率點(diǎn)電壓值maxU 存儲(chǔ)在控制器中，實(shí)際運(yùn)行時(shí)，控制器根據(jù)檢測(cè)光伏陣列的溫度，通過(guò)查表選取合適的 maxU 值。我 們可以以間接的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，常用的最大功率點(diǎn)跟蹤方法有 ：定電壓跟蹤法 (CVT)、擾動(dòng)觀察法、電導(dǎo)增量法以及模糊控制算法等，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，有的方法需要大量的計(jì)算，有的方法需要實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，可以根據(jù)不同的系統(tǒng)要求選用不同的控制方法 (CVT) 最大功率跟蹤方法很多，最簡(jiǎn)單直接的方法是定電壓跟蹤法 (CVT)。 4)如下表，求出 T， pK ， IT 的值。 (2)擴(kuò)充臨界比例法 首先，將調(diào)節(jié)器選純比例調(diào)節(jié)器，形成閉環(huán)，改變比例系數(shù)，是系統(tǒng)對(duì)階躍輸入的響應(yīng)達(dá)到臨界振蕩狀態(tài)，將這時(shí)的比例系統(tǒng)記為 Kr，臨界振蕩的周期記為 rT ，根據(jù)齊格勒 尼科爾斯提供的經(jīng)驗(yàn)公式，即可由這兩個(gè)基準(zhǔn)參數(shù)得到不同類(lèi)型調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)。增大 IT 將減慢消除靜差的過(guò)程，但有利于減小超調(diào)，減小振蕩。 在式（ 223）表示的 PI 算式中，控制作用的比例、積分部分是相互獨(dú)立的，因此不僅 易于理解，也便于檢查參數(shù)變化對(duì)控制效果的影響。對(duì)于連續(xù) PI 控制，用時(shí)間域來(lái)表示，其控制表達(dá)式為： 1 01( ) [ ( ) ( ) ]tP Iu t K e t e dT ???? ? (216) 式中 1()ut—— PI 調(diào)節(jié)器輸出量； ()et —— 給定值與反饋值的誤差； PK —— 比例系數(shù)； IT —— 積分時(shí)間； 16 也可以寫(xiě)成 ： 1 0( ) ( ) ( )tPIu t K e t K e d???? ? (217) 式中 PK —— 比例系數(shù)； IK —— 積分系數(shù)， I P IK K T? 。并網(wǎng)逆變器輸出電流 i ，電網(wǎng)電壓 SU ，逆變器輸出電壓 IU ，三者之間的相位關(guān)系，滿足矢量關(guān)系 式： sIU U j LI IR? ? ? ? (23) 只要在實(shí)際控制中滿足這種關(guān)系，輸出電流就可以實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)電壓的同頻同相。輸出信號(hào)的變化時(shí)間由比較寄存器的值決定。與滯環(huán)比較方式相比， 該方式具有如下特點(diǎn)： 1)控制設(shè)計(jì)較為復(fù)雜； 2)跟隨誤差較大； 3)輸出電壓諧波較少，但是含有與三角載波相同頻率的諧波； 4)放大器的增益有限； 5)器件開(kāi)關(guān)頻率固定，且等于三角波的頻率； 6)電流響應(yīng)比滯環(huán)比較方式的慢。 ，將補(bǔ)償電流參考值與逆變器實(shí)際電流輸出值之差輸入到具有滯 環(huán)特性的比較器，通過(guò)比較器的輸出來(lái)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi) 合，從而使逆變器輸出電流值實(shí)時(shí)跟蹤補(bǔ)償電流參考值。其等效電路如圖 21 所示。 電網(wǎng)可視為容量無(wú)窮大的定值交流電壓源。目前光伏系統(tǒng)中使用的太陽(yáng)能電池多為硅太陽(yáng)能電池，包括單晶硅、多晶硅以及多晶硅薄膜電池。它主要包括光伏陣列、并網(wǎng)逆變器等。其工作原理是，當(dāng)兩個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān) VT VT2 一起運(yùn)行時(shí)，兩倍于半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的極限電壓將施加于兩個(gè)開(kāi)關(guān)管，所以單相推 挽式逆變器多用于直流母線電壓不太高的地方，而且這種結(jié)構(gòu)的逆變器效率低下、很難帶動(dòng)具有感性特征的負(fù)載。它的工作原理是當(dāng)兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)元件不導(dǎo) 通時(shí)，承受直流電源電壓 dU ；由于電容 C1 和 C2 兩端電壓均為 2dU （假設(shè) C1=C2） ,因此功率元件VT1 和 VT2 承受的電流為 2dI 。因此，半橋電路常常用于幾千瓦以下的小功率逆變電源?？烧{(diào)度式光伏發(fā)電系統(tǒng)比并網(wǎng)型和獨(dú)立型有更大的靈活性，但成本更高，系統(tǒng)控制也較復(fù)雜。這種系統(tǒng)中要把使用的電量限制在 PV系統(tǒng)的發(fā)電量以下，考慮到夜間和雨天 PV系統(tǒng)不能發(fā)點(diǎn)，此時(shí)需要由蓄電池供給電力，西電池必須預(yù)先充電。掌握并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)的核心 —— 并網(wǎng)逆變技術(shù)對(duì)發(fā)展并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)具有至關(guān)重要的作用。 我國(guó)正處在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌和蓬勃發(fā)展時(shí)期，但能源問(wèn)題嚴(yán)峻，由于城市中大量使用化石能源，環(huán)境持續(xù)惡化。 PV系統(tǒng)的輸出功率受輻射照度的強(qiáng)烈影響，也受太陽(yáng)能電池組件內(nèi)的太陽(yáng)能電池單元的溫度影響，因此用在日照強(qiáng)度為 21kwm 、單元 溫度為 25 攝氏度的標(biāo)準(zhǔn)條件下的最大輸出功率表示標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)能電池陣列的輸出功率。 太陽(yáng)能功能電池組件就是將數(shù)十個(gè)太陽(yáng)能電池單元進(jìn)行耐候性封裝。其原因可能是人們對(duì)信息的追求特別強(qiáng)烈，而常規(guī)能源還能滿足人類(lèi)對(duì)能源的需求。簡(jiǎn)單的光伏電池可為手表及計(jì)算機(jī)提供能源，較復(fù)雜的光伏系統(tǒng)可為 房屋提供照明，并為電網(wǎng)供電。 太陽(yáng)能既是一次能源，又是可再生能源。由于該電路具有續(xù)流回路，即使對(duì)感性負(fù)載，輸出電壓波形也不會(huì)畸變。受 20 世紀(jì) 70 年代的石油危機(jī)和 90 年代的環(huán)境污染問(wèn)題影響，人們對(duì)能源和環(huán)境問(wèn)題的認(rèn)識(shí)不斷提高，光伏發(fā)電越來(lái)越受到各國(guó)政府的重視，科研投入不斷加大，鼓勵(lì)和支持光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策也不斷出臺(tái) [2]。 因?yàn)樘?yáng)能電池單元本身產(chǎn)生的電壓約低于 ，所以 使用時(shí)必須串聯(lián)接作為電池組件使用。自上世紀(jì) 80 年代以來(lái)，其他發(fā)達(dá)國(guó)家，如德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、意大利、西班牙、瑞士、芬蘭等，也紛紛制定了光伏發(fā)展計(jì) 劃，并投入了大量資金進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)和加速工業(yè)化進(jìn)程。 我國(guó)在 20 世紀(jì) 50 年代開(kāi)始研究太陽(yáng)能電池，于 1971 年首次成功應(yīng)用于我國(guó)發(fā)射的東方紅二號(hào)衛(wèi)星。對(duì)逆變器建立模型并進(jìn)行分析，采用先進(jìn)的控制策略對(duì)于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的性能是必不可少的。我國(guó)現(xiàn)在多數(shù)是非逆潮流系統(tǒng)，并網(wǎng)光伏發(fā)電多見(jiàn)于城市供電系統(tǒng)，區(qū)域內(nèi)的電力需求通常比 PV系統(tǒng)的輸出電力大，是城市電網(wǎng)的補(bǔ)充，可以實(shí)現(xiàn)用電時(shí)段的消峰填谷。通常將 DC－ AC 變換電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路組成的 DC－ AC 逆變電源稱(chēng)為逆變器（ Inverter）。負(fù)載上的電壓幅值和相位取決于負(fù)載阻抗大小和性質(zhì)。 U dV T 1V T 3V T 2V T 4U o 圖 110 單相全橋逆變器電路拓?fù)鋱D 8 綜上所述，根據(jù)本文的研究需要，本文將選用目前應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)相對(duì)也是最成熟的單相全橋式的逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如圖 110 所示），因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、控制方便的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)太陽(yáng)光 (或其他光 )照射到 光伏電池上時(shí)，電池吸收光能，產(chǎn)生光生電子一空穴對(duì)，在電池內(nèi)建電場(chǎng)作用下，光生電子和空穴被分離，電池兩端出現(xiàn)異號(hào)電荷的累積，即產(chǎn)生“光生電壓”，這就是“光生伏打效應(yīng)” [10]。并網(wǎng)逆變器除了可將光伏陣列發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電外，還可對(duì)轉(zhuǎn)換的交流電的頻率、電壓、電流、相位、有功與無(wú)功、同步、電能品質(zhì) (電壓波動(dòng)、高次諧波 )等進(jìn)行控制。本文中采用的就是電壓型逆變器結(jié)構(gòu)。 要使光伏發(fā)電系統(tǒng)能輸出電流則 IU 必須大于 SU ，且逆變器本身提供了有功功率 二來(lái)補(bǔ)充電路中的損耗，而電網(wǎng)電壓 SU 與電流 I 同相，因?yàn)榫€路中電抗器 X 的存在，使得逆變器輸出電網(wǎng)電壓 IU 與電網(wǎng)電壓 SU 不再是同相，而存在一個(gè)相位差 ? ，改變這個(gè)相位差，并且改變 IU 的幅值，則產(chǎn)生的電流的相位和大小也就隨之改變，光伏發(fā)電裝置流入電網(wǎng)的有功功率也就因此得到調(diào)節(jié)。該方法不足是，補(bǔ)償電流的跟隨誤差不固定。此方法實(shí)現(xiàn) PWM 控制有硬件實(shí)現(xiàn)方式和軟件實(shí)現(xiàn)方式，由于硬件電路相對(duì)復(fù)雜，本文選取了軟件編程方式。 DSP 可以產(chǎn)生非對(duì)稱(chēng)的 PWM 波形，也可以產(chǎn)生對(duì)稱(chēng)的 PWM 波形。 PI 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 ： 3 () pIk s kGs s?? (28) 其中， Pk 稱(chēng)為比例系數(shù)， Ik 為積分系數(shù)， /I P Ik k T? ， IT 為積分時(shí)間。 積分時(shí)間界的物理意義 ：對(duì)輸入進(jìn)行累計(jì)，達(dá)到比例作用大小所需時(shí)間。理論計(jì)算要求已知各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，計(jì)算比較繁瑣； 工程整定法是在實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)出來(lái)的方法，簡(jiǎn)單、方便，工程實(shí)際中廣泛采用。如果系統(tǒng)沒(méi)有靜差或靜差已小到許可范圍內(nèi)，并且響應(yīng)曲線已屬滿意，那么只需用比例調(diào)節(jié)器即可，比例系數(shù)可由此確定。 l)預(yù)選一個(gè)足夠短的采樣周期 T，具體說(shuō)就是選擇采樣周期為被控對(duì)象純滯后時(shí) 間的 1/10 以下。 光伏陣列輸出特性 光伏陣列輸出特性具有非線性特征，并且其輸出受光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度和負(fù)載情況影響。只需從生產(chǎn)廠商處獲得 maxU 數(shù)據(jù)并使陣列的輸出電壓鉗 位于值 maxU 即可，這樣實(shí)際上是把 MPPT 控制簡(jiǎn)化為穩(wěn)壓控制。O) 擾動(dòng)觀察法 (Pamp。較好的 折衷方案是控制器能夠根據(jù)光伏陣列當(dāng)前的工作點(diǎn)選擇合適的步長(zhǎng)，例如，當(dāng)己經(jīng)跟蹤到最大功率點(diǎn)附近時(shí)采用小步長(zhǎng)。 電導(dǎo)增量法通過(guò)比較光伏陣列的電導(dǎo)增量和瞬間電導(dǎo)來(lái)改變控制信號(hào)。在我國(guó)， 2021 年 3 月份，由國(guó)家科技部能源研究所制定的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)要求中對(duì)反孤島效應(yīng)也有了詳細(xì)的 規(guī)定，具體是 ：光伏系統(tǒng)除設(shè)置過(guò) /欠壓保護(hù)、過(guò) /欠頻保護(hù) 作 為防孤島效應(yīng)后備保護(hù)外，還應(yīng)該設(shè)置至少各一種主動(dòng)和被動(dòng)方式防孤島效應(yīng)保護(hù)。依參考的電力參數(shù)不同，可分成以下幾種方法 ： 23 此方法通過(guò)檢測(cè)逆變器與電網(wǎng)連接點(diǎn)的電壓幅值與頻率是否正常來(lái)判斷孤島效應(yīng)是否發(fā)生 [18]。 主動(dòng)式檢測(cè)方法 主動(dòng)式檢測(cè)方法是在并網(wǎng)逆變器的控制信號(hào)中加入很小的電壓、頻率或相位的擾動(dòng)信號(hào)，然后檢測(cè)并網(wǎng)逆變器的輸出，當(dāng)逆變器向電網(wǎng)正常輸送電能時(shí)，擾動(dòng)信號(hào)的作用很小 ；當(dāng)孤島效應(yīng)發(fā)生情況時(shí)，擾動(dòng)信號(hào)將造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，即使是在發(fā) 電輸出功率與負(fù)載功率平衡的狀態(tài)下，也會(huì)通過(guò)擾動(dòng)破壞功率平衡狀態(tài)，造成系統(tǒng)的電壓、頻率有明顯變動(dòng) 。 在頻率擾動(dòng)法當(dāng)中，主動(dòng)頻率偏移法 (AFD)是目 前受到關(guān)注 的方法之一。使 24 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)能檢測(cè)到并與市電解除并聯(lián)。因電流控制型逆變器主要參考信號(hào)為電網(wǎng)電壓，當(dāng)逆變器向電網(wǎng)正常輸送電能時(shí)，逆變器的輸出電壓不會(huì)有太大的諧波含量 ；當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)，由于沒(méi)有了電網(wǎng)這個(gè)電壓源，并網(wǎng)逆變器的輸出電流可能產(chǎn)生失真的電壓波形，而此失真的電壓波形被反饋回來(lái)成為逆變器輸出電流的參考波型，即會(huì)造成逆變器輸出電壓將含有較大的諧波成分，因此可以判斷孤島效應(yīng)的發(fā)生。被動(dòng)檢測(cè)是指主要依靠系統(tǒng)被動(dòng)地監(jiān)控電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，如電壓幅值、頻率等參數(shù)來(lái)判斷電網(wǎng)是否停電 ；主動(dòng)式檢 測(cè)是指系統(tǒng)主動(dòng)、定時(shí)地對(duì)電網(wǎng)施加一些干擾信號(hào)，然后通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)輸出電壓的幅值、頻率以及相位等指標(biāo)來(lái)判斷是否發(fā)生了孤島效應(yīng)。 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的孤島效應(yīng)的防止 孤島效應(yīng)的含義及其危害 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)正常工作時(shí)，并網(wǎng)逆變器 不僅向本地負(fù)載供電，而且還會(huì)將剩余電力輸送至電網(wǎng)。通過(guò)光伏 陣列 PU曲線可知最大值 maxP處的斜率為零，所以有 maxP U I?? (225) m a x 0dP dIIUdU dU? ? ? ? (226) dI IdU U?? (227) 式 (227)為達(dá)到最大功率點(diǎn)的條件，即當(dāng)輸出電導(dǎo)的變化量等于輸出電導(dǎo)的負(fù)值 時(shí)，光伏陣列工作在最大功率點(diǎn)。而且穩(wěn)態(tài)情況下，這種方法會(huì)導(dǎo)致光伏陣列的實(shí)際工作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)附近小幅振蕩，因此會(huì)造成一定的功率損失 ；而光照發(fā)生快速變化時(shí)，此跟蹤方法 可能會(huì)失效，判斷得到錯(cuò)誤的跟蹤方向。 圖 28 太陽(yáng)電池伏 安特性曲線 為克服使用場(chǎng)合環(huán)境溫度變化對(duì)系統(tǒng)造成的影響，在 CVT 方法的基礎(chǔ)上可以采取以 下集中折衷解決方法： 手工調(diào)節(jié)： 通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)電位器按季節(jié)給定不同的 maxU ，這種方法使用較少，需要人工 維護(hù)。 IPUm a xPm a xUI UP U 圖 27 太陽(yáng)電池的輸出特性曲線 最大功率點(diǎn)跟蹤 (MPPT)控制方法 MPPT 的實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)動(dòng)態(tài)自尋優(yōu)過(guò)程，通過(guò)對(duì)陣列當(dāng)前輸出的電壓與電流檢測(cè)，得到當(dāng)前陣列輸出功率，再與已被存儲(chǔ)的前一時(shí)刻陣列功率相比較，舍小存大，再檢測(cè)，再比較，如此不停的周而復(fù)始，可使陣列動(dòng)態(tài)的工作在最大功率點(diǎn)上。通常當(dāng)控制度 Q= 時(shí)，數(shù)字控制器和模擬控制器的控制效果相當(dāng)；當(dāng)控制度Q= 時(shí)，數(shù)字控制器比模擬調(diào)節(jié)器的控制質(zhì)量差。 PI 調(diào)節(jié)器的參數(shù)可以