【正文】 態(tài)響應(yīng)，而且還制約著PWM整流器的輸出功率、功率因數(shù)以及直流側(cè)電壓。本論文按照額定輸出功率25kW設(shè)計(jì)，代入數(shù)據(jù)=700V，=300～570V，=55A，=36A，=10KHz，=～，=20%，得到==，從兩個(gè)計(jì)算結(jié)果中取較大值，最終選擇1mH/65A的電感。電路向交流電源輸送無功功率相當(dāng)于無功補(bǔ)償裝置；(4) 圖24(d)，滯后角度，超前任意角度，說明PWM整流器能工作在四象限的任意象限。因此，PWM整流器可以取得以下優(yōu)良性能:(1) 網(wǎng)側(cè)電流近似正弦波；(2) 單位功率因數(shù)控制；(3) 電能雙向傳輸；(4) 較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；(5) 可進(jìn)行并網(wǎng)逆變。在T8關(guān)斷期間，電感電流經(jīng)續(xù)流二極管T7流給輸出側(cè)，電源與電感儲(chǔ)能一同給電容充電，電感電流線性減小，電感電流的減小量為： （公式22）穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，T8導(dǎo)通期間的電流增量等于關(guān)斷期間電流減小量，即=，所以得到輸入電壓與輸出電壓之間的關(guān)系為： （公式23）忽略電路損耗，輸入功率等于輸出功率，可以得到平均電流與占空比之間的關(guān)系為： （公式24）2. 電感電流斷續(xù)工作模式以及臨界連續(xù)工作模式在T8關(guān)斷期間，電感電流減小，若電感電流減小到零時(shí)，T8關(guān)斷時(shí)間還未結(jié)束，表示電感電流出現(xiàn)斷續(xù)的現(xiàn)象，將這種工作模式稱之為電感電流斷續(xù)工作模式；若電感電流減小到零時(shí)，T8關(guān)斷時(shí)間剛好結(jié)束，表示電感電流臨界連續(xù)，將這種工作模式稱之為臨界連續(xù)工作模式。系統(tǒng)主電路拓?fù)湟妶D22，電路中的直流變換器采用Boost電路，用以提高直流電壓等級(jí)，減小中間直流電流。雙級(jí)式發(fā)電系統(tǒng)在池板與逆變器之間加入直流變換器，用于直流電壓和直流電流等級(jí)的轉(zhuǎn)換。離網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)屬于孤立的發(fā)電系統(tǒng)，它不與電網(wǎng)相連，直接給負(fù)載供電。當(dāng)孤島發(fā)生時(shí)，由于并網(wǎng)逆變器持續(xù)供電，相連的電網(wǎng)將處于帶電狀態(tài)，則可能危及電網(wǎng)線路維護(hù)人員的生命安全。變換器分為直流變換器（DC/DC）和交流變換器（DC/AC）兩種，直流變換器將直流電壓和直流電流變換為不同等級(jí)的直流電壓和直流電流；而交流變換器是將直流電能變換為交流電能，通常是指光伏逆變器?！∨c國際上蓬勃發(fā)展的光伏發(fā)電相比，中國落后于發(fā)達(dá)國家1015年，甚至明顯落后于印度。2005年，世界太陽能電池總產(chǎn)量1656MW，其中日本仍居首位，762MW，占世界總產(chǎn)量的46％，歐洲為464MW，占總產(chǎn)量的28％，美國156MW，占總產(chǎn)量的9％，其他274MW，占總產(chǎn)量的17％。太陽能作為“儲(chǔ)量無限”、存在普遍、開發(fā)利用清潔以及逐漸顯露出的經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)勢(shì)，它的開發(fā)利用將最終解決常規(guī)能源特別是化石能源帶來的能源短缺、環(huán)境污染和溫室效應(yīng)等問題，是人類理想的替代能源。由于學(xué)識(shí)水平、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及時(shí)間等的限制，在很多方面做得還不夠完善，需要做進(jìn)一步的研究。中小功率光伏并網(wǎng)逆變器通常采用兩級(jí)結(jié)構(gòu)，需要根據(jù)輸入電壓采取相應(yīng)的控制方式。并網(wǎng)逆變器研發(fā)中，充分利用了DSP同步采樣的功能，可以準(zhǔn)確的測(cè)量電流在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的平均值，這種控制方式在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。目錄中文摘要 vABSTRACT vi序 vii第一章 引言 9 光伏發(fā)電 9 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 10 關(guān)鍵技術(shù) 11 光伏變換器 11 最大功率跟蹤控制 11 孤島效應(yīng) 11 12第二章 系統(tǒng)主電路拓?fù)? 12 光伏發(fā)電系統(tǒng) 12 系統(tǒng)工作原理 13 升壓式變換器（Boost） 14 PWM整流器 15 主電路參數(shù)設(shè)計(jì) 17 17 中間直流電容設(shè)計(jì) 18 交流側(cè)濾波電感設(shè)計(jì) 19 第三章 系統(tǒng)控制策略 23 控制策略 23 PWM整流器的雙閉環(huán)控制 23 控制算法 24 空間矢量脈沖寬度調(diào)制（SVPWM） 24 （MPPT） 30 孤島檢測(cè)技術(shù) 33 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 35 主程序 36 控制算法 36 37第五章 試驗(yàn)調(diào)試 37 變流器升壓試驗(yàn) 38 變流器負(fù)載試驗(yàn) 39 變流器溫升試驗(yàn) 40第六章 結(jié)論 42 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 42 42參考文獻(xiàn) 43作者簡(jiǎn)歷 45獨(dú)創(chuàng)性聲明 46學(xué)位論文數(shù)據(jù)集 47第一章 引言 光伏發(fā)電能源是人類經(jīng)濟(jì)及文化活動(dòng)的動(dòng)力來源。太陽能開發(fā)利用必將在本世紀(jì)得到長足的發(fā)展，并終將在世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移中擔(dān)當(dāng)重任，成為本世紀(jì)后期的主導(dǎo)能源。國際光伏發(fā)電正在由邊遠(yuǎn)農(nóng)村和特殊應(yīng)用向并網(wǎng)發(fā)電和與建筑結(jié)合供電的方向發(fā)展，光伏發(fā)電已由補(bǔ)充能源向替代能源過渡。但是，中國光伏產(chǎn)業(yè)正以每年30%的速度增長，2005年中國太陽能電池生產(chǎn)總量達(dá)到139MW，較2004年猛增了179%，2006年達(dá)到400MW。對(duì)于設(shè)計(jì)的光伏變換器，尤其是并網(wǎng)型變換器，要求輸出滿足電網(wǎng)及用戶的需求。同時(shí)會(huì)干擾電網(wǎng)的正常合閘過程，在合閘瞬間產(chǎn)生的浪涌電流可能會(huì)損壞負(fù)載或并網(wǎng)逆變器裝置。一般主要應(yīng)用于偏遠(yuǎn)無電地區(qū)，其供電可靠性受到氣象環(huán)境以及負(fù)載情況的影響，供電穩(wěn)定性相對(duì)較差，許多時(shí)候需要加裝儲(chǔ)能裝置和能量管理環(huán)節(jié)。常見的直流變換器包括BUCK、BOOST、BUCKBOOST、CUK等電路。交流變換器采用電壓型PWM整流器，在文中主要應(yīng)用PWM整流器四象限運(yùn)行中的逆變工況，實(shí)現(xiàn)單位功率因素并網(wǎng)。本文中設(shè)計(jì)的電感能夠使電感電流工作在連續(xù)工作模式，故在此，電感電流斷續(xù)工作模式和臨界連續(xù)工作模式不再作詳細(xì)分析。能量雙向流動(dòng)表現(xiàn)為：當(dāng)PWM整流器從電網(wǎng)吸取電能時(shí)，其運(yùn)行于整流工作狀態(tài)；當(dāng)PWM整流器向電網(wǎng)傳輸電能時(shí)，其運(yùn)行于逆變工作狀態(tài)。圖24（a）整流工況 圖24（b）逆變工況圖24（c）ASVG運(yùn)行狀態(tài) 圖24（d）電流超前任意角度顯然，要實(shí)現(xiàn)PWM整流器的四象限運(yùn)行，關(guān)鍵在于網(wǎng)側(cè)電流的控制。 中間直流電容設(shè)計(jì)在電壓型PWM整流器的主電路參數(shù)設(shè)計(jì)中，中間直流電容的設(shè)計(jì)十分重要，其主要作用如下：（1）緩沖PWM整流器交流側(cè)與直流側(cè)負(fù)載之間的能量交換，穩(wěn)定直流母線電壓；（2）抑制直流母線諧波電壓。進(jìn)一步分析研究，交流側(cè)濾波電感的主要作用如下：(1) 隔離電網(wǎng)側(cè)電壓與三相橋橋臂側(cè)交流電壓。其因此，滿足電流瞬態(tài)跟蹤指標(biāo)和諧波電流抑制時(shí)，三相VSR電感取值范圍為： （公式221）本論文按照額定輸出功率25kW設(shè)計(jì)，代入數(shù)據(jù)=700V，=54A，= ，=167，綜合考慮計(jì)算值。輸出與相電壓經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解耦處理，參與SVPWM算法控制。 表31 三相PWM整流器的空間電壓矢量 Table31 Space Vectors of ThreePhase VSR000000001010011100101110111000從表31中可以看出，一種開關(guān)組合就對(duì)應(yīng)一個(gè)空間矢量，其中、為零矢量，其他開關(guān)組合時(shí)的、為空間矢量在三相對(duì)稱坐標(biāo)（a,b,c）上的投影。3. 空間電壓矢量的合成對(duì)于零矢量的選擇，主要考慮選擇或應(yīng)使開關(guān)狀態(tài)變化盡可能少，以降低開關(guān)損耗。(3) 在這種合成方法中，一個(gè)開關(guān)周期中零矢量的作用時(shí)間將分為三段，且選擇使用了V0,V7作為零矢量，其中矢量V*的起、終點(diǎn)上均勻地分布矢量V0，而在矢量V*的中點(diǎn)處分布矢量V7，且T0=T7。關(guān)于此技術(shù)，國內(nèi)外文獻(xiàn)提出了多種跟蹤算法，可分為自尋優(yōu)和非自尋優(yōu)算法兩大類型。4. MPPT算法（1）非自尋優(yōu)算法：該算法根據(jù)預(yù)先測(cè)得的光伏陣列特性曲線，利用曲線擬合法得出能較準(zhǔn)確描述陣列特性的數(shù)學(xué)模型或?qū)⑶€以表格的形式存儲(chǔ)在微處理器內(nèi)。 孤島檢測(cè)技術(shù)1. 孤島檢測(cè)方法防止孤島效應(yīng)(antiislanding)的基本點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)是對(duì)電網(wǎng)斷電的檢測(cè)。主動(dòng)式檢測(cè)方法的基本原理是：在并網(wǎng)逆變器的輸出中加入較小的電流、頻率或相位擾動(dòng)信號(hào)，然后檢測(cè)線路上檢測(cè)點(diǎn)的電壓、頻率或相位。當(dāng)光伏逆變器的電流又達(dá)到零時(shí)，它將保持為零直到網(wǎng)壓上升過零點(diǎn)出現(xiàn)為止。每個(gè)合成的電壓矢量都由控制算法計(jì)算產(chǎn)生，因此，在每個(gè)PWM控制周期內(nèi)要完成直流側(cè)電壓，交流側(cè)電壓以及交流電流的采集，并且要根據(jù)采樣的值完成整個(gè)控制算法，獲得指令電壓矢量。其實(shí)前者實(shí)現(xiàn)的保護(hù)主要通過數(shù)字邏輯保護(hù)模塊（CPLD）來完成。由于試驗(yàn)條件的限制，變流器只進(jìn)行了升壓試驗(yàn)、輕載試驗(yàn)、額定負(fù)載試驗(yàn)以及溫升試驗(yàn)。1V，試驗(yàn)通過。2A，Boost輸入側(cè)電流46A（輸入電壓537V），實(shí)測(cè)46177。 （2）程序控制將DSP與CPLD相結(jié)合，DSP完成邏輯控制即算法實(shí)現(xiàn)，CPLD作為與底層控制電路板之間信號(hào)傳遞的器件使用，增大了系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活性，并提高了系統(tǒng)處理故障的速度。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。（3）如圖55所示，并網(wǎng)電流存在較大的諧波含量，由于時(shí)間限制，未進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)試。根據(jù)本文研究的控制對(duì)象的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出兩級(jí)協(xié)調(diào)最大功率點(diǎn)控制的太陽能并網(wǎng)變流器樣機(jī)，并且基本通過了實(shí)驗(yàn)。 負(fù)載試驗(yàn)最終將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)定為額定值，即中間直流電壓700V，實(shí)際測(cè)量值為700177。 升壓試驗(yàn)最終將數(shù)據(jù)設(shè)定為額定值，即中間直流電壓700V，實(shí)際測(cè)量值為700177。見圖片51：圖片中的變流器柜是這次設(shè)計(jì)的成品。利用DSP內(nèi)部的事件管理器，按照計(jì)算的占空比，實(shí)時(shí)的更新寄存器的值，輸出有效地控制脈沖，實(shí)現(xiàn)單位功率因素并網(wǎng)。 參考文獻(xiàn) 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)對(duì)于本文所采用的控制算法，如何在控制軟件中實(shí)現(xiàn)是本章研究的主要內(nèi)容。當(dāng)光伏逆變器的輸出電流達(dá)到零，它將保持時(shí)間，直到后半周開始。被動(dòng)式檢測(cè)方法通過監(jiān)測(cè)市電狀態(tài)，如電壓、頻率和相位是否偏離正常范圍，以此作為孤島檢測(cè)依據(jù)。故基于公式316（忽略上流過的電流），可推導(dǎo)出光伏陣列輸出電壓為： （公式317）由公式316以及公式317可以推出： （公式318） （公式319）針對(duì)上式求導(dǎo)（輸出功率對(duì)輸出電壓求導(dǎo)）： （公式320）令，有，即在最大功率點(diǎn)處，光伏陣列外電路的導(dǎo)納增量等于負(fù)的等值導(dǎo)納，這便是導(dǎo)納增量法的算法原理。其等效電路如圖37：圖37 太陽能電池等效電路圖3. 太陽能電池的電氣特性由以上數(shù)學(xué)模型及等效電路圖可以得到太陽能電池在不同太陽輻射強(qiáng)度S以及不同溫度T條件下的I－V特性曲線以及P—V特性曲線，見下圖： 圖38（a）相同S不同T下的I—V曲線 圖38（b）不同S相同T下的I—V曲線圖38（c）相同S不同T下的P—V曲線 圖38（d）不同S相同T下的P—V曲線在實(shí)際應(yīng)用中，太