【正文】 有各種不同的搭配，用不同的整定參數有可能得到同樣的控制效果，只要被控過程主要指標已達到設計要求即可。但過大的比例系數會使系統(tǒng)有較大的超調，并產生振蕩，使穩(wěn)定性變差。 第 k1 時刻 PI 算式為： 11 0( 1 ) ( 1 ) ( )kPI ju k K e k K e j??? ? ? ? ? (220) 式（ 219）減式（ 220）則有： 11( ) ( 1 ) [ ( ) ( 1 ) ] ( )PIu k u k K e k e k K e k? ? ? ? ? ? (221) 則遞推 PI 算式為： 11( ) ( 1 ) [ ( ) ( 1 ) ] ( )PIu k u k K e k e k K e k? ? ? ? ? ? (222) 1 1 0 1( ) ( 1 ) ( ) ( 1 )u k u k q e k q e k? ? ? ? ? (223) 其中： 0 [1 ]P I P ITq K K K T? ? ? ? 1 PqK?? 在按式 (223)編寫 PI 工算式程序時，可以根據預先確定的 PK 、 IK 的值，計算出 0q 、 17 1q 的值，并將其存入內存中固定的存儲單元， 并設置初始值 ( ) ( 1 ) ( 2) 0e k e k e k? ? ? ? ?。 由式 (213)得 ： 1 24 1( 2 ) 2 ()() ()P W M P W MP W M P W M sT T z T T UzGz T k z T k U z??? ? ?? ? ?? ? ? ? (214) 等效差分方程為 22 22( ) ( 1 ) ( ) ( 1 )P W M P W MssP W M P W MT T T Tu k u k u k u kT k T k??? ? ? ? ? ??? (215) 數字 PI 調節(jié)器的設計 PI 算法 數字 PI 控制是用計算機實現 PI 控制，即把模擬 PI 控制規(guī)律數字化。 定 時 器 P W M 圖 24 比較單元和 PWM電路產生對稱的 PWM波形 控制系統(tǒng)的數學模型 根據以上分析，為了實現以上的控制方法，下面建立控制系統(tǒng)的數學模型。當第二次匹配產生或周期結束時，相關引腳會產生另一 個變化 (從高到低或從低到高 )。這 樣組成的一個控制系統(tǒng)是基于把 i? 控制為最小量來進行設計的。 目前，跟蹤型 PWM 控制方法主要有兩種，即滯環(huán)比較方式 和三 角波比較方式。光伏發(fā)電正常工作時就是通過電力半導體開關的通斷將直流側電壓轉換成交流側與電網同頻率的輸出電壓，當僅考慮基波頻率時，它可以被等效地視為幅值和相位均可以控制的一個與電網同頻率的交流電壓源，它通過電抗器并電網。典型的電壓型逆變器結構如圖 16 所示，直流側 采用電容進行直流儲能，在交流側經沖電感接入電網母線。太陽能電池組件再經過串、并聯并裝在支架上，就構成光伏陣列。 9 2 光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的結構和基本原理 光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的組成 下面介紹戶用光伏并網發(fā)電系統(tǒng)。它包括兩個半導體開關 （ IGBT） VTVT2，一 個升壓變壓器組成。它包括兩個功率開關元件 VT VT2和兩個儲能元件電容 C C2。其缺點是輸出交流電壓的幅值 mU 僅僅為 2dU ,且直流側需要兩個電容串聯，工作時還要控制兩個電容器電壓的均衡。在蓄電池充滿電且又有光照的情況下，則應由光伏電池直接給負載供電或是并入電網。獨立型光伏發(fā)電多用于邊遠山區(qū)，因為這些地方需要的電能容量小，建變電站成本昂貴，宜用獨立型光伏發(fā)電。近幾年來，我國的光伏發(fā)電技術己經具有了一定的市場潛力和市場吸引力，但光伏并網發(fā)電的關鍵技術和設備主要依靠進口，光伏并網發(fā)電的技術更是剛剛起步，因此，并網型光伏系統(tǒng)的造價高，依賴性強，制約了并網型光伏發(fā)電系統(tǒng)在國內的發(fā)展和推廣。隨著對太陽能和可再生能源的廣泛的大規(guī)模的利用，全球的能源結構必將發(fā)生根本性的變化。 PV系統(tǒng)的容量是標準太能能電池陣列輸出功率來表示的。這就是光電效應太陽能電池的工作原理。但比計算機和光纖通訊的發(fā)展要慢得多。由于沒有活動的部分，故可以長時間操作而不會導致任何損耗。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環(huán)境無任何污染。 幾種逆變器的主電路均需要有控制電路來實現一般有方波和正 弦 波兩種控制方式，方波輸出的逆變電源電路簡單，成本低，但效率低，諧波成份大。 太陽能是一種輻射能，它必須借助于能量轉換器才能轉換成為電能。太陽能電池鎮(zhèn)流是有太陽能電池組件集合體的太陽能電池組件串、防止逆流元件、旁路元件和接線箱等構成的。近年來世界太陽能光伏一直保持著快速發(fā)展，十世紀九十年代后期世界光伏市場更是出現了供不應求的局面，進一步促進了發(fā)展速度。此后，光伏發(fā)電就不斷摸索中發(fā)展。同時采用先進的控制算法是提高逆變器效率的方法之一。與獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)比較，并網型沒用蓄電池，在沒有太陽能光照條件下不能獨立對用戶供電，但極大的節(jié)太陽能 電池 逆變器 交流負載 充電 控制器 直流 負載 蓄電池 4 約設備成本，簡化了控制結構。 根據輸入直流電源的性質、逆變器的直流輸入波形和交流輸出波形，可以把逆變器分成電壓型逆變器（也可以稱為電壓源逆變器）和電流型逆變器（也可以稱為電流源逆變器）。 由于電流型不太常用，因此對其不作詳細的討論。U dV T 1V T 2。 本課題的目的、任務及意義 通過上述分析，在能源需求急劇增加而化石能源日益緊張的背景下，太陽能作為一種取之不盡的、無污染的可再生能源己成為當今最熱門的能源開發(fā)應用的課題之一，也必將是 21 世紀最重要的能源之一。若在內建電場的兩側引出電極并接上負載，則負載就有 “光生電流 ”流過，從而獲得功率輸出。 并網逆變器實質上是一 個有源逆變系統(tǒng)。 10 控制策略的分析與實現 逆變器電流跟蹤控制方式 光伏并網逆變器的控制目標是控制并網逆變器輸出為穩(wěn)定的高質量的正弦波電流，同時要求并網逆變器的輸出電流與電網電壓同頻同相，因此必須采用合適的控制策略以達到上述的控制目標。根據以上分析可得此系統(tǒng)向量圖如圖 22 所示。 12 AP W M 信 號驅 動 主 電 路i*i i?三 角 波 圖 23 PWM脈沖生成原理圖 圖 23 所示為三角波比較方式的原理圖。 PWM 波形的生成方法 本文使用 DSP 來產生 PWM 信號。非對稱 PWM信號 的特點在于它的調制信號不是關于 PWM 周期中心對稱的，只可從脈沖的單邊變化每個 脈沖的寬度 ；對稱 PWM 波形的特點在于調制脈沖是關于 PWM 脈沖中心對稱的。 若不考慮電網電壓 sU 對輸出電流的影響，逆變器電流跟蹤系統(tǒng)的數學模型如圖 25所示 ： 圖 25 電流跟蹤系統(tǒng)的數學模型 這時，電網電壓 sU 對輸出電流 i 的影響可表示為 11 2 3()( ) ( )1 ( ) ( ) ( ) sGsI s U sG s G s G s? ? (29) 考慮到電網電壓 sU 對輸出電流的影響，將電網電壓 sU 視為擾動信號，在此引入電網 電壓前饋環(huán)節(jié)進行補償，設前饋 環(huán)節(jié)的傳遞函數為 G(s)。 IT 越小，積分越強，反之 IT 越大，積分作用越弱。下面介紹工程中常用的試湊法和擴充臨界比例 法。 2)如果系統(tǒng)的靜差不能滿足設計要求，則須在比例調節(jié)的基礎上加入積分環(huán)節(jié)。 18 2)做純比例控制，并逐漸加大 PK 的值，是系統(tǒng)出現臨界振蕩，記下使系統(tǒng)發(fā)生振蕩的臨界值 rK 和系統(tǒng)的臨界振蕩周期 rT 。在一定的光照強度和環(huán)境溫度下，太陽能電池可以工作在不同的輸出電壓，但是只有 在某一輸出電壓值時，太陽能電池的輸出功率才達到最大值，這時太陽能電池的工作點就達到了輸出功率電壓曲線的最高點，稱之為最大功率點 (MPP)。但是這種跟蹤方式忽略了 溫度對陣列開路電壓的影響，以常規(guī)單晶硅太陽電池而言，當環(huán)境溫度每升高 1℃ 時， 其開路電壓下降約 %%。O)是目前實現 MPPT 常用的方法之一 [14]。 擾動觀察法的優(yōu)點是 ：跟蹤方法簡單，容易實現；對傳感器精度要求不高。這種控制方 22 法需要對光伏陣列的電壓和電流進行采樣。并且防孤島效應保護應該在電網斷電后 秒內動作 將光伏系統(tǒng)與電網斷開 [17]。當逆變器向電網正常輸送電能時，連接點處電壓的幅值、頻率基本保持不變 ；當電網斷電時，如果逆變器在與電網斷電前輸出的功率和負載不匹配，則逆變器的輸出電壓、輸出頻率將會發(fā)生變化，從而判斷孤島效應發(fā)生，這時要將光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網隔離。這時通過控制系統(tǒng)檢測出來而將光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網隔離，防止孤島現象 的發(fā)生。 AFD 通過軟件周期性地改變輸出并網電流頻率，使并網逆變器輸出一 個稍有變形的電流波形，如圖 29 所示， uT 是電網電壓 SU 的周期， iT 是系統(tǒng)輸出電流 i 的周期，在第一個半周期的開始時，系統(tǒng)的輸出電流是一個頻率比電網頻率稍微高的正弦，當輸出電流達到零時，它在開始第二個半周期之前一直保持為零，在第 二個半周期開始時，系統(tǒng)的輸。 此方法是在電力系統(tǒng)輸配線路上加裝一個電感或電容器，當市電中斷或故障時，即將電感或電容器并入，通過無效功率破壞系 統(tǒng)平衡狀態(tài)，達到對電壓、頻率的擾動。 此方法通過檢測并網逆變器的輸出電壓的諧波含量來判斷孤島效應是否發(fā)生，適用于電流控制型逆變器 [19]。 孤島效應通常的檢測方法可以分為被動式和主動式兩種。但是對硬件的要求特別是傳感器的精度要求比較高， 因而硬件造價會比較高。 電導增量法 是 MPPT 控制常用的算法之一。這種控制方法雖然算法簡單，且易于硬件實現，但是相應速度很慢，只適用于那些光照強度變化非常緩慢的場合。 20 CVT 控制可以很方便地通過硬件或者軟件實現，具有控制簡單、可靠性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點 ；缺點是控制精度差，特別是對于早晚和四季溫差變化劇烈的地區(qū)。 MPPT 的實質是一個自 尋優(yōu)過程，即通過控制陣列端電壓場 v，使陣列能在各種不同的日照和溫度環(huán)境下智能 化地輸出最大功率。所謂控制度，是以模擬調節(jié)器為基準，將數字控制器的控制 效 果與模擬調節(jié)器的控制效果相比較，是數字控制器和模擬調節(jié)器所對應的過渡過程的誤差平方的積分比，即： 2020[][]DAe dtQe dt????? (224) 實際應用中并不需要計算出兩個誤差平方的積分，控制度僅是表示控制效果的物理概念。在此過程中，可根據響應曲線的好壞反復改變比例系數與積 分時間，以得到較好的控制效果。 增大比例系數 PK ，一般將加大系統(tǒng)的響應，在有靜差的情況下有利于減小靜差。 下面遞 推 PI 算式。 用雙線性變換法將 q(s)離散化 ： 112144 .1( ) ( ) zs T zG z G s ???? ?? (213) 其中 T 為采樣周期。本文產生的是對稱 PWM 波形。定時器計數器的值不斷地與比較寄存器的值進行比較，當兩值匹配時，相關輸出產生從低到高 (或從高到低 )的變化。放大器 A 往往采用比例放大器 或比例積分放大器。 直接電流控制，就是采用跟蹤型 PWM 控制技術，根據指令信號和實際供給電流之間的相互關系，得出控制主電路各個 IGBT 通斷的 PWM 信號，光伏發(fā)電系統(tǒng)就相當于一個受控電流源。逆變器的輸出電壓幅值自動被鉗位為電網電壓，只需控制逆變器的輸出電流以跟蹤電網電壓，即可達到并聯運行的目的。典型的電流型逆變器結構如圖 17 所示，直流回路的電感是實現直流側電 流源的主要器件，為了改善并網電流的波形，在交流側要加濾波電容器，光伏陣列要串聯電感才能接在相應的直流母線上。因此要將幾片、 幾十片或幾百片單體太陽能電池根據負載需要，經過串、并聯連接起來，構成太陽 能電池組件，是可以單獨作為電源使用的最小單元。本文主要要求完成 光伏并網發(fā)電系 統(tǒng)的研制，具體任務如下： ，選擇一種行之有效的最大功率點 跟蹤方法，建立光伏陣列的電路仿真模型 [9]，使光伏發(fā)電系統(tǒng)的仿真與控 制策略的驗證成為可能 ； ，并用合適的控制 策略使之能夠實現對本地負載的獨立發(fā)電運行或并網發(fā)電運行 ； 。U o 圖 18 單相半橋逆變器電路拓撲圖 7 單相推挽式逆變器拓撲結構 單相推挽式逆變器拓撲結構如圖 19 所示。 單相半橋式電路的拓撲結構 單相半橋式電路的拓撲結構如圖 18 所示。 V D 1V D 2V 1V 1LRC 1