【正文】 但在實際情況中很難選擇合適的諧波觸發(fā)值。被動式檢測方式主要有過壓和欠壓檢測法、過頻和欠頻檢測法、諧波電壓檢測法、電壓相位檢測法和頻率變化率檢測法等 ；主動式檢測方式主要有脈沖電流注入法、輸出功率變化法 (有功功率變化和無功 功率變化 )、阻抗變動、滑模頻率轉(zhuǎn)移法和頻率偏移法等。當電網(wǎng)因為故障或者被人為切斷時，并網(wǎng)系統(tǒng)應該能及時斷開與電網(wǎng)的連接。 本文采用電導增量法來實現(xiàn) MPPT 控制，通過調(diào)節(jié)光伏 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流的大小來使光伏陣列工作在最大功率點。 下面對經(jīng)典的擾動觀察法算法簡述如下： 光伏系統(tǒng)控制器 在每個控制周期用較小的步長改變光伏陣列的輸出，改變的步長是一定的，方向可以是增加也可以是減小，控制 21 對象可以是光伏陣列輸出電壓或電流，這一過程稱為“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”過程，如果檢測到輸出功率減小，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得的最大功率點電壓值maxU 存儲在控制器中，實際運行時，控制器根據(jù)檢測光伏陣列的溫度，通過查表選取合適的 maxU 值。我 們可以以間接的方式來實現(xiàn)，常用的最大功率點跟蹤方法有 ：定電壓跟蹤法 (CVT)、擾動觀察法、電導增量法以及模糊控制算法等，這些方法各有優(yōu)缺點，有的方法需要大量的計算，有的方法需要實時采樣數(shù)據(jù)并進行分析，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)對階躍輸入的響應達到臨界振蕩狀態(tài)，將這時的比例系統(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)驗公式，即可由這兩個基準參數(shù)得到不同類型調(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、積分部分是相互獨立的，因此不僅 易于理解，也便于檢查參數(shù)變化對控制效果的影響。對于連續(xù) PI 控制，用時間域來表示，其控制表達式為： 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 —— 積分時間； 16 也可以寫成 ： 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) 只要在實際控制中滿足這種關(guān)系，輸出電流就可以實現(xiàn)與電網(wǎng)電壓的同頻同相。輸出信號的變化時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： 1)控制設(shè)計較為復雜； 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)器件開關(guān)頻率固定，且等于三角波的頻率； 6)電流響應比滯環(huán)比較方式的慢。 ，將補償電流參考值與逆變器實際電流輸出值之差輸入到具有滯 環(huán)特性的比較器，通過比較器的輸出來控制開關(guān)的開 合，從而使逆變器輸出電流值實時跟蹤補償電流參考值。其等效電路如圖 21 所示。 電網(wǎng)可視為容量無窮大的定值交流電壓源。目前光伏系統(tǒng)中使用的太陽能電池多為硅太陽能電池，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，當兩個半導體開關(guān) VT VT2 一起運行時，兩倍于半導體開關(guān)的極限電壓將施加于兩個開關(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、很難帶動具有感性特征的負載。它的工作原理是當兩個功率開關(guān)元件不導 通時，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。可調(diào)度式光伏發(fā)電系統(tǒng)比并網(wǎng)型和獨立型有更大的靈活性，但成本更高，系統(tǒng)控制也較復雜。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，此時需要由蓄電池供給電力，西電池必須預先充電。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。 我國正處在經(jīng)濟轉(zhuǎn)軌和蓬勃發(fā)展時期，但能源問題嚴峻，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烈影響，也受太陽能電池組件內(nèi)的太陽能電池單元的溫度影響，因此用在日照強度為 21kwm 、單元 溫度為 25 攝氏度的標準條件下的最大輸出功率表示標準太陽能電池陣列的輸出功率。 太陽能功能電池組件就是將數(shù)十個太陽能電池單元進行耐候性封裝。其原因可能是人們對信息的追求特別強烈，而常規(guī)能源還能滿足人類對能源的需求。簡單的光伏電池可為手表及計算機提供能源，較復雜的光伏系統(tǒng)可為 房屋提供照明，并為電網(wǎng)供電。 太陽能既是一次能源，又是可再生能源。由于該電路具有續(xù)流回路，即使對感性負載，輸出電壓波形也不會畸變。受 20 世紀 70 年代的石油危機和 90 年代的環(huán)境污染問題影響，人們對能源和環(huán)境問題的認識不斷提高，光伏發(fā)電越來越受到各國政府的重視，科研投入不斷加大，鼓勵和支持光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策也不斷出臺 [2]。 因為太陽能電池單元本身產(chǎn)生的電壓約低于 ，所以 使用時必須串聯(lián)接作為電池組件使用。自上世紀 80 年代以來，其他發(fā)達國家，如德國、英國、法國、意大利、西班牙、瑞士、芬蘭等，也紛紛制定了光伏發(fā)展計 劃，并投入了大量資金進行技術(shù)開發(fā)和加速工業(yè)化進程。 我國在 20 世紀 50 年代開始研究太陽能電池，于 1971 年首次成功應用于我國發(fā)射的東方紅二號衛(wèi)星。對逆變器建立模型并進行分析，采用先進的控制策略對于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的性能是必不可少的。我國現(xiàn)在多數(shù)是非逆潮流系統(tǒng)，并網(wǎng)光伏發(fā)電多見于城市供電系統(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)的補充，可以實現(xiàn)用電時段的消峰填谷。通常將 DC－ AC 變換電路、控制電路、驅(qū)動及保護電路組成的 DC－ AC 逆變電源稱為逆變器（ Inverter）。負載上的電壓幅值和相位取決于負載阻抗大小和性質(zhì)。 U dV T 1V T 3V T 2V T 4U o 圖 110 單相全橋逆變器電路拓撲圖 8 綜上所述，根據(jù)本文的研究需要，本文將選用目前應用最為廣泛、技術(shù)相對也是最成熟的單相全橋式的逆變器拓撲結(jié)構(gòu)（如圖 110 所示），因為它具有結(jié)構(gòu)簡 單、控制方便的優(yōu)點。當太陽光 (或其他光 )照射到 光伏電池上時，電池吸收光能，產(chǎn)生光生電子一空穴對，在電池內(nèi)建電場作用下，光生電子和空穴被分離，電池兩端出現(xiàn)異號電荷的累積，即產(chǎn)生“光生電壓”，這就是“光生伏打效應” [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，還可對轉(zhuǎn)換的交流電的頻率、電壓、電流、相位、有功與無功、同步、電能品質(zhì) (電壓波動、高次諧波 )等進行控制。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 二來補充電路中的損耗，而電網(wǎng)電壓 SU 與電流 I 同相，因為線路中電抗器 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，而存在一個相位差 ? ，改變這個相位差，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，補償電流的跟隨誤差不固定。此方法實現(xiàn) PWM 控制有硬件實現(xiàn)方式和軟件實現(xiàn)方式，由于硬件電路相對復雜，本文選取了軟件編程方式。 DSP 可以產(chǎn)生非對稱的 PWM 波形，也可以產(chǎn)生對稱的 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 稱為比例系數(shù)， Ik 為積分系數(shù)， /I P Ik k T? ， IT 為積分時間。 積分時間界的物理意義 ：對輸入進行累計，達到比例作用大小所需時間。理論計算要求已知各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，計算比較繁瑣； 工程整定法是在實驗和經(jīng)驗中總結(jié)出來的方法，簡單、方便，工程實際中廣泛采用。如果系統(tǒng)沒有靜差或靜差已小到許可范圍內(nèi)，并且響應曲線已屬滿意，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)預選一個足夠短的采樣周期 T，具體說就是選擇采樣周期為被控對象純滯后時 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度、環(huán)境溫度和負載情況影響。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，這樣實際上是把 MPPT 控制簡化為穩(wěn)壓控制。O) 擾動觀察法 (Pamp。較好的 折衷方案是控制器能夠根據(jù)光伏陣列當前的工作點選擇合適的步長，例如，當己經(jīng)跟蹤到最大功率點附近時采用小步長。 電導增量法通過比較光伏陣列的電導增量和瞬間電導來改變控制信號。在我國， 2021 年 3 月份，由國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)要求中對反孤島效應也有了詳細的 規(guī)定，具體是 ：光伏系統(tǒng)除設(shè)置過 /欠壓保護、過 /欠頻保護 作 為防孤島效應后備保護外，還應該設(shè)置至少各一種主動和被動方式防孤島效應保護。依參考的電力參數(shù)不同，可分成以下幾種方法 ： 23 此方法通過檢測逆變器與電網(wǎng)連接點的電壓幅值與頻率是否正常來判斷孤島效應是否發(fā)生 [18]。 主動式檢測方法 主動式檢測方法是在并網(wǎng)逆變器的控制信號中加入很小的電壓、頻率或相位的擾動信號，然后檢測并網(wǎng)逆變器的輸出，當逆變器向電網(wǎng)正常輸送電能時，擾動信號的作用很小 ；當孤島效應發(fā)生情況時，擾動信號將造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，即使是在發(fā) 電輸出功率與負載功率平衡的狀態(tài)下，也會通過擾動破壞功率平衡狀態(tài)，造成系統(tǒng)的電壓、頻率有明顯變動 。 在頻率擾動法當中，主動頻率偏移法 (AFD)是目 前受到關(guān)注 的方法之一。使 24 太陽能發(fā)電系統(tǒng)能檢測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為電網(wǎng)電壓，當逆變器向電網(wǎng)正常輸送電能時，逆變器的輸出電壓不會有太大的諧波含量 ；當電網(wǎng)斷電時，由于沒有了電網(wǎng)這個電壓源，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成為逆變器輸出電流的參考波型，即會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的發(fā)生。被動檢測是指主要依靠系統(tǒng)被動地監(jiān)控電網(wǎng)的運行狀態(tài)，如電壓幅值、頻率等參數(shù)來判斷電網(wǎng)是否停電 ；主動式檢 測是指系統(tǒng)主動、定時地對電網(wǎng)施加一些干擾信號，然后通過檢測系統(tǒng)輸出電壓的幅值、頻率以及相位等指標來判斷是否發(fā)生了孤島效應。 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的孤島效應的防止 孤島效應的含義及其危害 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)正常工作時，并網(wǎng)逆變器 不僅向本地負載供電，而且還會將剩余電力輸送至電網(wǎng)。通過光伏 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)為達到最大功率點的條件，即當輸出電導的變化量等于輸出電導的負值 時，光伏陣列工作在最大功率點。而且穩(wěn)態(tài)情況下，這種方法會導致光伏陣列的實際工作點在最大功率點附近小幅振蕩，因此會造成一定的功率損失 ；而光照發(fā)生快速變化時，此跟蹤方法 可能會失效，判斷得到錯誤的跟蹤方向。 圖 28 太陽電池伏 安特性曲線 為克服使用場合環(huán)境溫度變化對系統(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)： 通過手動調(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。 IPUm a xPm a xUI UP U 圖 27 太陽電池的輸出特性曲線 最大功率點跟蹤 (MPPT)控制方法 MPPT 的實現(xiàn)實質(zhì)上是一個動態(tài)自尋優(yōu)過程，通過對陣列當前輸出的電壓與電流檢測，得到當前陣列輸出功率，再與已被存儲的前一時刻陣列功率相比較，舍小存大，再檢測，再比較，如此不停的周而復始，可使陣列動態(tài)的工作在最大功率點上。通常當控制度 Q= 時，數(shù)字控制器和模擬控制器的控制效果相當；當控制度Q= 時，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