【正文】 本文對(duì)太陽(yáng)能并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)進(jìn)行了較為深入的研究，取得了一定的成果，但由于學(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：（1）由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，沒(méi)有進(jìn)行完整的實(shí)驗(yàn)，如未進(jìn)行輸出電壓不對(duì)稱試驗(yàn)，諧波含量測(cè)試，抗干擾試驗(yàn)等。負(fù)載試驗(yàn)考核了變流器的工作性能。這種故障一般是比較嚴(yán)重的故障。從圖39中我們可知，由于加入了死區(qū)時(shí)間，電流的基波成分波形與波形存在一個(gè)相位差,二者的位置關(guān)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(yīng)用的情況下，孤島效應(yīng)必須萬(wàn)無(wú)一失地得以防止。O)、增量導(dǎo)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(dòng)觀測(cè)法的改進(jìn)自適應(yīng)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(xué)模型或查表方法確定最大功率點(diǎn)，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(diǎn)上，然后依次由靠近所在扇區(qū)的兩個(gè)電壓矢量按三角形方法合成。早期由日本學(xué)者在20世紀(jì)八十年代初針對(duì)交流電動(dòng)機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)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(zhǔn)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而在不高的開(kāi)關(guān)頻率(1K3KHz)條件下，使交流電機(jī)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(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，同時(shí)還減小了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等。 首先分析滿足快速電流跟蹤要求時(shí)的電感設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮電流臨界連續(xù)和電流紋波要求這兩個(gè)方面： 按電流臨界連續(xù)設(shè)計(jì)時(shí)，電感L1取值應(yīng)滿足：開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通期間上升的電流在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷期間剛好減小為零，即流過(guò)電感的平均電流為開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通期間電流增量的一半。隨著半導(dǎo)體器件的不斷發(fā)展以及控制技術(shù)的日趨成熟，逆變器得到了良好發(fā)展。在控制上相對(duì)簡(jiǎn)單，但直流變換器增加了系統(tǒng)損耗，一般應(yīng)用于中小功率場(chǎng)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(dòng)化技術(shù)有限公司合作而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上相關(guān)的產(chǎn)品很多，但主要還是進(jìn)口設(shè)備。利用太陽(yáng)能發(fā)電，即光伏發(fā)電是指利用太陽(yáng)能電池這種半導(dǎo)體電子器件有效地吸收太陽(yáng)光輻射能，并使之轉(zhuǎn)變成電能的直接發(fā)電方式。 MPPT。 antiislandingCLASSNO：TM615序本人在研究生學(xué)習(xí)階段，在實(shí)驗(yàn)室參與了IGCT驅(qū)動(dòng)，小功率開(kāi)關(guān)電源等方面的研究，實(shí)驗(yàn)室已完成了多項(xiàng)蓄電池充放電系統(tǒng)項(xiàng)目的研究，掌握了一些測(cè)量和控制方法，研究生畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為太陽(yáng)能并網(wǎng)逆變器研究。光伏發(fā)電具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：(1) 無(wú)污染：絕對(duì)零排放，無(wú)任何物質(zhì)及聲、光、電、磁、機(jī)械噪音等的“排放”；(2) 可再生：資源無(wú)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(jī)動(dòng)靈活：發(fā)電系統(tǒng)可按需要以模塊方式集成，可大可小、擴(kuò)容方便；(5) 通用性、可存儲(chǔ)性：電能可以方便地通過(guò)輸電線路傳輸、使用和存儲(chǔ)；(6) 分布式電力系統(tǒng)：將提高整個(gè)能源系統(tǒng)的安全性和可靠性，特別是從抵御自然災(zāi)害和戰(zhàn)略準(zhǔn)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(yuǎn)程輸變電設(shè)備的投資費(fèi)用；(8) 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)周期短，由于是模塊化安裝，因此可用于小到太陽(yáng)能計(jì)算器的幾個(gè)毫瓦，大到數(shù)十兆瓦的太陽(yáng)能發(fā)電站。市場(chǎng)上主要一些產(chǎn)品包括德國(guó)SMA，瑞士Sputnik公司以及日本的OMRON等。論文在第二章將對(duì)系統(tǒng)主電路作詳細(xì)介紹，第三章將對(duì)系統(tǒng)采用的控制策略進(jìn)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(jié)構(gòu)，第五章將給出試驗(yàn)調(diào)試的結(jié)果，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)中測(cè)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(gòu)成的電壓型PWM整流器，通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂?，使整流器工作在逆變工況，達(dá)到將直流電力轉(zhuǎn)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(dǎo)出升壓電感取值為： （公式27）其中：——中間直流電壓； ——太陽(yáng)能池板輸出電壓； ——流過(guò)電感的平均電流； ——中間直流電流； ——開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)頻率； ——開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)周期； ——開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通占空比?？紤]電流過(guò)零點(diǎn)處附近一個(gè)PWM開(kāi)關(guān)周期中電流跟蹤瞬態(tài)過(guò)程，其波形如圖25。近年來(lái)，空間矢量控制在PWM整流器控制中也獲得了廣泛的應(yīng)用，各種新方案、新思路不斷涌現(xiàn)，同時(shí)SVPWM的控制方法也更易于采用微處理器數(shù)字實(shí)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(kāi)關(guān)波形中看出，在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，上橋臂的功率開(kāi)關(guān)管總共動(dòng)作4次，但是由于生成的PWM波形不對(duì)稱，諧波幅值相對(duì)較大。2. 太陽(yáng)能電池等效模型太陽(yáng)能電池組件其IV特性與日射強(qiáng)度S和電池板溫度T有極大關(guān)系，即I=f (V, S, T)。電網(wǎng)孤島問(wèn)題還處在研究階段，根據(jù)文獻(xiàn)檢索的情況，國(guó)外少數(shù)國(guó)家如美國(guó)、澳大利亞的、日本等，已開(kāi)展了一些這方面的研究，而在國(guó)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(guò)零點(diǎn)與上升過(guò)零點(diǎn)相位相差時(shí)間。對(duì)于后者，主要指對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的控制流程的檢測(cè)和保護(hù)。圖54 實(shí)驗(yàn)接線圖 Wiring diagram of the experimental對(duì)散熱研究不夠，樣機(jī)在測(cè)試中沒(méi)有達(dá)到功率。 （4）本文分析了光伏并網(wǎng)變流器孤島效應(yīng)的影響以及解決措施，保證系統(tǒng)更加安全可靠的運(yùn)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(fù)載的實(shí)驗(yàn)。同時(shí)觸發(fā)DSP相連的外中斷，DSP進(jìn)入外中斷后執(zhí)行關(guān)閉PWM輸出、關(guān)閉PWM中斷、斷開(kāi)主接觸器、讀取故障信息、修改系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，將故障代碼通過(guò)控制總線發(fā)送到主控制單元。這主要是因?yàn)檫@些高次諧波成分非常小?？墒钱?dāng)太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的供電量與網(wǎng)路負(fù)載需求量平衡或差異很小時(shí)，則電網(wǎng)的配電開(kāi)關(guān)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(dòng)量將不足以被保護(hù)電路檢測(cè)到，還是會(huì)產(chǎn)生孤島效應(yīng)。典型的追蹤方法包括爬山法(HC)或擾動(dòng)觀測(cè)法(Pamp。實(shí)際上，對(duì)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(jiǎn)稱SVPWM）控制策略是依據(jù)變流器空間電壓（電流）矢量切換來(lái)控制變流器的一種思路新穎的控制策略。對(duì)于圖22所示的三相VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，考慮a相電壓方程 （公式212）若忽略VSR交流側(cè)電阻R，且令，則上式化簡(jiǎn)為 （公式213）其中，二值邏輯開(kāi)關(guān)函數(shù)； ——a相網(wǎng)側(cè)電壓； ——a相橋臂側(cè)電壓。 主電路參數(shù)設(shè)計(jì)在Boost主電路設(shè)計(jì)中，升壓電感的選擇尤為重要。對(duì)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(kāi)關(guān)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(fù)載，形成交流電壓，這種逆變器稱為電壓型逆變器（Voltage Source Inverter，簡(jiǎn)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(kāi)關(guān)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(fù)載，形成交流電流，這種逆變器稱為電流型逆變器（Current Source Inverter，簡(jiǎn)稱CSI）。第二級(jí)的交流變換器則用于實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)、有功調(diào)節(jié)、無(wú)功補(bǔ)償或者是諧波補(bǔ)償?shù)裙δ堋１本┙煌ù髮W(xué)新能源研究所一直從事新能源應(yīng)用領(lǐng)域的研究和開(kāi)發(fā)，并在風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等領(lǐng)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(kāi)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(dá)到穩(wěn)定，高效，安全以及真正實(shí)現(xiàn)綠色無(wú)污染的效果。其中，利用太陽(yáng)能發(fā)電的技術(shù)將得到很好的發(fā)展。 SVPWM。對(duì)于該系統(tǒng)的研究得到了導(dǎo)師和實(shí)驗(yàn)室的支持，在實(shí)驗(yàn)室老師和同學(xué)的關(guān)心幫助下，完成了從對(duì)系統(tǒng)方案的分析設(shè)計(jì)到整個(gè)系統(tǒng)的滿負(fù)載試驗(yàn)。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀隨著第一塊太陽(yáng)能電池板的問(wèn)世，光伏發(fā)電在各國(guó)得到了迅猛發(fā)展。國(guó)內(nèi)也很早就開(kāi)展了相關(guān)技術(shù)的研究，并在最大功率點(diǎn)跟蹤控制，孤島檢測(cè)等方面取得了很大的成就。第二章 系統(tǒng)主電路拓?fù)?光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)（Photovoltaic Power Generating System，簡(jiǎn)稱PV系統(tǒng)）是指從將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的太陽(yáng)能池板到最終提供給用戶或并網(wǎng)使用的設(shè)備終端之間的整個(gè)設(shè)備體系。本文采用雙極式發(fā)電系統(tǒng)，見(jiàn)圖21。PWM整流器已對(duì)傳統(tǒng)的相控及二極管整流器進(jìn)行了全面改進(jìn)。按電流紋波指標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)，電感L1取值應(yīng)滿足：當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通占空比最小時(shí)，電流紋波應(yīng)小于一定取值（一般取平均電流的10%30%）。圖25電流過(guò)零處的一個(gè)PWM開(kāi)關(guān)周期電流跟蹤波形Figure 25 Current Waveform in a PWM Period穩(wěn)定條件下，當(dāng)時(shí)，且 （公式214）當(dāng)時(shí)，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(dāng)時(shí)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(shí)現(xiàn)作較為詳細(xì)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(diǎn)上。根據(jù)電子學(xué)理論，太陽(yáng)能電池的等效數(shù)學(xué)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(guó)外目前的研究情況，孤島檢測(cè)方法總的分為兩大類，即被動(dòng)檢測(cè)法和主動(dòng)檢測(cè)法。圖310 電流與的關(guān)系圖 between and當(dāng)電網(wǎng)未斷開(kāi)時(shí)，頻率不會(huì)隨電流變化；當(dāng)電網(wǎng)斷開(kāi)時(shí)，頻率會(huì)發(fā)生變化，直到系統(tǒng)檢測(cè)到頻率已經(jīng)偏移過(guò)了門限頻率，逆變器關(guān)閉，從而達(dá)到消除孤島的目的。 第五章 試驗(yàn)調(diào)試 光伏并網(wǎng)變流器試驗(yàn)是在電氣樓主樓對(duì)面的大實(shí)驗(yàn)室完成的。下面是額定負(fù)載情況下試驗(yàn)波形：圖55 直流側(cè)電流、交流側(cè)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(cè)電流。（2）最大功率點(diǎn)跟蹤以及孤島檢測(cè)只作了理論研究，未在程序中實(shí)現(xiàn)。 （3）本文分析了兩級(jí)太陽(yáng)