【正文】 本文對太陽能并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)進行了較為深入的研究，取得了一定的成果，但由于學識水平、實踐經(jīng)驗以及時間等的限制，在很多方面做得還不夠完善：（1）由于實驗條件的限制，沒有進行完整的實驗，如未進行輸出電壓不對稱試驗，諧波含量測試，抗干擾試驗等。負載試驗考核了變流器的工作性能。這種故障一般是比較嚴重的故障。從圖39中我們可知，由于加入了死區(qū)時間，電流的基波成分波形與波形存在一個相位差,二者的位置關系如圖310所示。雖然出現(xiàn)這種情況的概率并不高，但在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)大規(guī)模應用的情況下，孤島效應必須萬無一失地得以防止。O)、增量導納法(IncCond)、恒定電壓法(CV)或短路電流法(SC)、寄生電容法(PC)和線性電流法(LC)以及基于爬山法或擾動觀測法的改進自適應算法；非自尋優(yōu)算法則是根據(jù)外界環(huán)境因素(如光照和溫度)的變化，利用數(shù)學模型或查表方法確定最大功率點，典型的算法為曲線擬合法。(1) 將零矢量或均勻分布在矢量的起、終點上，然后依次由靠近所在扇區(qū)的兩個電壓矢量按三角形方法合成。早期由日本學者在20世紀八十年代初針對交流電動機變頻驅動而提出的，其主要思路在于拋棄了原有的正弦波脈寬調(diào)制（SPWM），而是采用逆變器空間電壓矢量的切換以獲得準圓形旋轉磁場，從而在不高的開關頻率(1K3KHz)條件下，使交流電機獲得了較SPWM控制更好的性能，主要表現(xiàn)在：SVPWM提高了電壓型逆變器的電壓利用率和電動機的動態(tài)響應性能，同時還減小了電動機的轉矩脈動等。 首先分析滿足快速電流跟蹤要求時的電感設計。設計時，主要考慮電流臨界連續(xù)和電流紋波要求這兩個方面： 按電流臨界連續(xù)設計時，電感L1取值應滿足：開關管導通期間上升的電流在開關管關斷期間剛好減小為零，即流過電感的平均電流為開關管導通期間電流增量的一半。隨著半導體器件的不斷發(fā)展以及控制技術的日趨成熟，逆變器得到了良好發(fā)展。在控制上相對簡單，但直流變換器增加了系統(tǒng)損耗，一般應用于中小功率場合。本論文所做的25kW光伏并網(wǎng)變流器就是與北京能高自動化技術有限公司合作而設計開發(fā)的產(chǎn)品。國內(nèi)市場上相關的產(chǎn)品很多，但主要還是進口設備。利用太陽能發(fā)電，即光伏發(fā)電是指利用太陽能電池這種半導體電子器件有效地吸收太陽光輻射能，并使之轉變成電能的直接發(fā)電方式。 MPPT。 antiislandingCLASSNO：TM615序本人在研究生學習階段，在實驗室參與了IGCT驅動，小功率開關電源等方面的研究，實驗室已完成了多項蓄電池充放電系統(tǒng)項目的研究，掌握了一些測量和控制方法，研究生畢業(yè)設計題目為太陽能并網(wǎng)逆變器研究。光伏發(fā)電具有以下明顯的優(yōu)點：(1) 無污染：絕對零排放，無任何物質(zhì)及聲、光、電、磁、機械噪音等的“排放”；(2) 可再生：資源無限，可直接輸出高品位電能，具有理想的可持續(xù)發(fā)展屬性；(3) 資源的普遍性：基本上不受地域限制，只是地區(qū)之間有豐富與欠豐富之別；(4) 機動靈活：發(fā)電系統(tǒng)可按需要以模塊方式集成，可大可小、擴容方便；(5) 通用性、可存儲性：電能可以方便地通過輸電線路傳輸、使用和存儲；(6) 分布式電力系統(tǒng)：將提高整個能源系統(tǒng)的安全性和可靠性，特別是從抵御自然災害和戰(zhàn)略準備的角度看，它更具有明顯的意義；(7) 資源、發(fā)電、用電同一地域：可望大幅度節(jié)省遠程輸變電設備的投資費用；(8) 太陽能發(fā)電系統(tǒng)建設周期短，由于是模塊化安裝，因此可用于小到太陽能計算器的幾個毫瓦，大到數(shù)十兆瓦的太陽能發(fā)電站。市場上主要一些產(chǎn)品包括德國SMA，瑞士Sputnik公司以及日本的OMRON等。論文在第二章將對系統(tǒng)主電路作詳細介紹，第三章將對系統(tǒng)采用的控制策略進行分析，第四章將根據(jù)前兩章的內(nèi)容，闡述系統(tǒng)軟件結構，第五章將給出試驗調(diào)試的結果，并根據(jù)實驗中測量到的一些波形，做出分析。這兩種光伏發(fā)電系統(tǒng)均可以采用單相或三相逆變器。本文采用的逆變器是由IGBT構成的電壓型PWM整流器，通過適當?shù)目刂?，使整流器工作在逆變工況，達到將直流電力轉換為交流電力的目的。所以下面的公式成立： （公式26）由公式26可以推導出升壓電感取值為： （公式27）其中：——中間直流電壓； ——太陽能池板輸出電壓； ——流過電感的平均電流； ——中間直流電流； ——開關管開關頻率； ——開關管開關周期； ——開關管導通占空比?？紤]電流過零點處附近一個PWM開關周期中電流跟蹤瞬態(tài)過程，其波形如圖25。近年來，空間矢量控制在PWM整流器控制中也獲得了廣泛的應用，各種新方案、新思路不斷涌現(xiàn)，同時SVPWM的控制方法也更易于采用微處理器數(shù)字實現(xiàn)。以指令矢量在第一扇區(qū)為例，如圖34所示：圖34 空間矢量的合成方法1Figure 34 Synthetic Method of Space Vectors從圖中合成的開關波形中看出，在一個開關周期中，上橋臂的功率開關管總共動作4次，但是由于生成的PWM波形不對稱，諧波幅值相對較大。2. 太陽能電池等效模型太陽能電池組件其IV特性與日射強度S和電池板溫度T有極大關系，即I=f (V, S, T)。電網(wǎng)孤島問題還處在研究階段，根據(jù)文獻檢索的情況，國外少數(shù)國家如美國、澳大利亞的、日本等，已開展了一些這方面的研究，而在國內(nèi)這方面的研究還比較少。其中表示電流的基波成分波形，由圖310中可以看出的上升過零點與上升過零點相位相差時間。對于后者，主要指對系統(tǒng)運行時的控制流程的檢測和保護。圖54 實驗接線圖 Wiring diagram of the experimental對散熱研究不夠，樣機在測試中沒有達到功率。 （4）本文分析了光伏并網(wǎng)變流器孤島效應的影響以及解決措施，保證系統(tǒng)更加安全可靠的運行。改變并網(wǎng)給定電流，逐漸增大給定值，使變流器完成從空載到額定負載的實驗。同時觸發(fā)DSP相連的外中斷，DSP進入外中斷后執(zhí)行關閉PWM輸出、關閉PWM中斷、斷開主接觸器、讀取故障信息、修改系統(tǒng)運行狀態(tài)，將故障代碼通過控制總線發(fā)送到主控制單元。這主要是因為這些高次諧波成分非常小。可是當太陽能供電系統(tǒng)的供電量與網(wǎng)路負載需求量平衡或差異很小時，則電網(wǎng)的配電開關跳脫后，并網(wǎng)系統(tǒng)附近市電網(wǎng)路的電壓及頻率的變動量將不足以被保護電路檢測到，還是會產(chǎn)生孤島效應。典型的追蹤方法包括爬山法(HC)或擾動觀測法(Pamp。實際上，對于三相VSR某一給定的電壓空間矢量，常有幾種合成方法，以下討論均考慮在VSR空間矢量I區(qū)域的合成。 控制算法 空間矢量脈沖寬度調(diào)制（SVPWM）空間矢量脈沖寬度調(diào)制（Space Vector Pulse Width Modulation，簡稱SVPWM）控制策略是依據(jù)變流器空間電壓（電流）矢量切換來控制變流器的一種思路新穎的控制策略。對于圖22所示的三相VSR拓撲結構，考慮a相電壓方程 （公式212）若忽略VSR交流側電阻R，且令，則上式化簡為 （公式213）其中，二值邏輯開關函數(shù)； ——a相網(wǎng)側電壓； ——a相橋臂側電壓。 主電路參數(shù)設計在Boost主電路設計中，升壓電感的選擇尤為重要。對于逆變器的輸入，有兩種方式：一種是利用電容濾波，直流回路的電壓波形平直，輸出呈低阻抗，逆變器中開關管的通斷作用就是將直流電壓以一定的方向和次序分配給各相負載，形成交流電壓，這種逆變器稱為電壓型逆變器（Voltage Source Inverter，簡稱VSI）；另一種則是利用電感加以濾波，直流回路的電流平直，輸出呈高阻抗，逆變器中開關管的通斷作用就是將直流電流以一定的方向和次序分配給各相負載，形成交流電流，這種逆變器稱為電流型逆變器（Current Source Inverter，簡稱CSI）。第二級的交流變換器則用于實現(xiàn)并網(wǎng)、有功調(diào)節(jié)、無功補償或者是諧波補償?shù)裙δ?。北京交通大學新能源研究所一直從事新能源應用領域的研究和開發(fā)，并在風力發(fā)電、光伏發(fā)電等領域取得了重要成果，吸引了很多企業(yè)積極與新能源研究所開展合作。光伏并網(wǎng)變流器是光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中的核心控制組件，要求其達到穩(wěn)定，高效，安全以及真正實現(xiàn)綠色無污染的效果。其中，利用太陽能發(fā)電的技術將得到很好的發(fā)展。 SVPWM。對于該系統(tǒng)的研究得到了導師和實驗室的支持，在實驗室老師和同學的關心幫助下，完成了從對系統(tǒng)方案的分析設計到整個系統(tǒng)的滿負載試驗。 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀隨著第一塊太陽能電池板的問世，光伏發(fā)電在各國得到了迅猛發(fā)展。國內(nèi)也很早就開展了相關技術的研究，并在最大功率點跟蹤控制，孤島檢測等方面取得了很大的成就。第二章 系統(tǒng)主電路拓撲 光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)（Photovoltaic Power Generating System，簡稱PV系統(tǒng)）是指從將太陽能轉換為電能的太陽能池板到最終提供給用戶或并網(wǎng)使用的設備終端之間的整個設備體系。本文采用雙極式發(fā)電系統(tǒng)，見圖21。PWM整流器已對傳統(tǒng)的相控及二極管整流器進行了全面改進。按電流紋波指標設計時，電感L1取值應滿足：當開關管導通占空比最小時，電流紋波應小于一定取值（一般取平均電流的10%30%）。圖25電流過零處的一個PWM開關周期電流跟蹤波形Figure 25 Current Waveform in a PWM Period穩(wěn)定條件下，當時，且 （公式214）當時，且 （公式215）若滿足快速電流跟蹤要求，則必須 （公式216）綜合公式214至公式216，并考慮，得 （公式217）當時候，將取得最大電流變化率，即 （公式218）其中，——正弦波角頻率； ——相電流峰值。本節(jié)就SVPWM的原理及實現(xiàn)作較為詳細的論述。(2) 同上一種方法類似，零矢量仍均勻分布在矢量V*的起、終點上。根據(jù)電子學理論，太陽能電池的等效數(shù)學模型為： （公式316）其中：——光伏電池輸出電流；——光生電流；——二極管反向飽和電流；——電子電荷量(C)；——光伏電池輸出電壓；——光伏電池等效串聯(lián)電阻；——常數(shù)；——玻爾茲曼常數(shù)；——電池板溫度；——光伏電池等效并聯(lián)電阻。根據(jù)國外目前的研究情況，孤島檢測方法總的分為兩大類，即被動檢測法和主動檢測法。圖310 電流與的關系圖 between and當電網(wǎng)未斷開時，頻率不會隨電流變化；當電網(wǎng)斷開時，頻率會發(fā)生變化，直到系統(tǒng)檢測到頻率已經(jīng)偏移過了門限頻率，逆變器關閉，從而達到消除孤島的目的。 第五章 試驗調(diào)試 光伏并網(wǎng)變流器試驗是在電氣樓主樓對面的大實驗室完成的。下面是額定負載情況下試驗波形：圖55 直流側電流、交流側電流和直流母線電壓波形 Waveforms of DC current, AC current and DC voltage圖中，CH1——a相并網(wǎng)電流；； CH2——中間直流電壓； CH4——Boost輸入測電流。（2）最大功率點跟蹤以及孤島檢測只作了理論研究，未在程序中實現(xiàn)。 （3）本文分析了兩級太陽