【正文】 (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。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。 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)。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。 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、技術相對也是最成熟的單相全橋式的逆變器拓撲結構（如圖 110 所示），因為它具有結構簡 單、控制方便的優(yōu)點。負載上的電壓幅值和相位取決于負載阻抗大小和性質(zhì)。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。 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。 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。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。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。 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。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。因此，半橋電路常常用于幾千瓦以下的小功率逆變電源。其工作原理是，當兩個半導體開關 VT VT2 一起運行時，兩倍于半導體開關的極限電壓將施加于兩個開關管，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，而且這種結構的逆變器效率低下、很難帶動具有感性特征的負載。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。其等效電路如圖 21 所示。與滯環(huán)比較方式相比， 該方式具有如下特點： 1)控制設計較為復雜； 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。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 ，三者之間的相位關系，滿足矢量關系 式： sIU U j LI IR? ? ? ? (23) 只要在實際控制中滿足這種關系，輸出電流就可以實現(xiàn)與電網(wǎng)電壓的同頻同相。 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。 (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)。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)。 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。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。這種方法盡管被證明是有效的，但在實際情況中很難選擇合適的諧波觸發(fā)值。此方法通過偏移電網(wǎng)電壓采樣信號的頻率作為逆變器的輸出電流頻率，造成對系統(tǒng)頻率的擾動，即而由頻率保護電路來檢出孤島現(xiàn)象，但此法會造成系統(tǒng)供電的不穩(wěn)定以及輸出功率因數(shù)降低的缺點。 被動式檢測方法 由于發(fā)生孤島情況時，其電壓及頻率均不穩(wěn)定，被動式檢測方法利用此點效應來判斷 是否發(fā)生孤島情況。 令 dI IF du U?? (228) 通過計算 F 的大小可以判斷光伏陣列工作點的位置 ： 當 F0 時， dPdU 0，光伏陣列工作在最大功率點的右側(cè)，由圖 210 可知，為了使光伏陣列工作在最大功率點處，需要減小陣列工作電壓，可以通過增大系統(tǒng)的輸出電流來實現(xiàn)，這時增大 *I ； 當 F0 時， dPdU 0，光伏陣列工作在最大功率點的左側(cè)，由圖 210 可知，為了使光伏陣列工作在最大功率點處，需要增大陣列工作電壓，可以通過減小系統(tǒng)的輸出電流來實現(xiàn)，這時減小 *I ； 當 F=0 時， dPdU =0，光伏陣列工作在最大功率點， *I 不變。 (Pamp。為了提高系統(tǒng)的整體效率，必須使光伏陣 列始終工作在最大功率點上，這就需要光伏陣列的最大功率點跟蹤 (MPPT)控制。 1)將比例系數(shù)由小 變大，并觀察相應的系統(tǒng)響應，直至得到反應快、超調(diào)小的響 應曲線。只要采樣周期 T 取得足夠小，這種逼近可以相當精確，其表達式如下： 210( ) [ ( ) ( ) ] 4kP jITu k K e k e j b a cT ?? ? ?? (218) 同樣算式也可以寫成： 1 0( ) ( ) ( )kPI ju k K e k K e j??? ? (219) 其中： I P IK K T T? 。如圖 24 所示。針對采用滯環(huán)比較器的瞬時值比較方式環(huán)寬固定這一缺點，解決的辦法是采用定時控制的瞬時值比較方式，用一個由時鐘定時控制的比較器來代替滯環(huán)比較器，這樣器件的開關頻率最高不會超過時鐘頻率的一半，從而可避免器件開關頻率過高的情況發(fā)生。電壓 型逆變器的輸出采用電流控制，只需控制逆變器的輸出電流跟蹤電網(wǎng)電壓，既可達到并網(wǎng)運行的目的，其控制方法相對簡單，是最常用的光伏并網(wǎng)逆變器結構。 光伏陣列 本論文基于 TMS320F2812 的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的設計 (cell)，是光伏電池 (又稱 太陽能電池 )的最基本單元。 C 1C 2V D 1V D 2。 光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的架構及類型（單相） 將直流電變換為交流電的過 程稱為逆變換或 DC－ AC 變換，實現(xiàn)逆變的主電路稱為DC－ AC 變換電路。因此，研究具有電能質(zhì)量調(diào)節(jié)功能的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)有重要意義，其研究主要放在并網(wǎng)逆變器的控制方法上，相同的拓撲電路，采用不同的控制方法能夠產(chǎn)生不同的控制效果。美國于 1973 年首先制定了政府光伏發(fā)電發(fā)展計劃，明確了近、中、遠期的發(fā)展戰(zhàn)略目標；日本于 1974 年開始執(zhí)行“陽光計劃”，投資 5 億美元，迅速發(fā)展成為世界太陽能電池的生產(chǎn)大國。 光伏電池的早期應用主要局限于科學研究及軍事，航空等特殊領域。 本科畢業(yè)設計說明書 基于 DSP 的光伏發(fā)電單相并網(wǎng)逆變器設計 DESIGN OF SINGLEPHASE GRIDTIED INVERTER FOR PHOTOVOLTAIC SYSTEM BASED ON DSP 學院（部）： 專業(yè)班級： 學生姓名： 指導教師： 2021年 6月 1日 I 基于 DSP 的光伏發(fā)電單相并 網(wǎng)逆變器設計 摘要 由于全球能源的逐漸緊張和環(huán)境污染的日益嚴重，清潔的可再生的太陽能越來越受到人們是重視。 1973 年的石油危機和 90 年代的環(huán)境污染問題大大促進了太陽光伏發(fā)電的發(fā)展 [1]。 2 圖 11 太陽能電池陣列結構圖 光伏發(fā)電系統(tǒng)的國外與國內(nèi)發(fā)展 從上世紀 70 年代開始，各國政府都投入了很大的力量來支持太陽能電池的發(fā)展。 國內(nèi)光伏系統(tǒng)主要采用單位功率因數(shù)并網(wǎng)，不具備電 能質(zhì)量控制功能。如下圖 14： 圖 14 可調(diào)度式光伏發(fā)電系統(tǒng) 本論文所主要研究的是獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)與并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)。實質(zhì)上單相半橋電路和單相推挽電路在電路結構上是對偶的，半橋型逆變電路結構簡單，由于兩只串聯(lián)電容的作用，不會產(chǎn)生磁偏或直流分量，非常適合后級帶動變壓器負載，但其缺點也十分明顯如直流側(cè)電壓利用率低，在同樣的開關頻率下電網(wǎng)電流的諧波較大。下面分別對光伏發(fā)電系統(tǒng)的各個組成部分以及要解決的關鍵問題作一一介紹。電流型逆變器的輸出采用電壓控制，并網(wǎng)時實際上相當于一個電壓源與電壓源并聯(lián)運行，逆變器輸出電壓值不易控制，并且可能出現(xiàn)環(huán)流，目前較少采用。該方式電路簡單，電流響應快，不需要載波，輸出電壓中不含特定頻率的諧波分量，電流跟隨誤差范圍固定，但是開關器件的開關頻率是不固定的，有可能超出器件允許的最高工作頻率而導致器件損壞。這個過 程在每個定 時器周期按照比較寄存器不同的值重復，這樣便產(chǎn)生了 PWM 信號。 計算機控制是一種采樣控制，算式中的積分運算只能用數(shù)值計算方法逼近，如積分項可以用矩形代替或梯形合式代替。 在試湊時，可參考以上規(guī)律，對參數(shù)實行先比例、后積分的整定步驟。 表 21 擴充臨界比例法整定參數(shù)表（衰減比 n=4： 1） 控制度 控制規(guī)律 rTT PrKK IrTT PI PI PI PI 5)運行修正 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤 (MPPT)控制策略 在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，要提高系統(tǒng)的整體效率，一個重要的途徑就是實時調(diào)整太陽能電池的工作點，使之始終工作在最大功率點附近，這一過程就稱之為最大功率點跟蹤(MPPT)。 參考電池方法： 在光伏發(fā)電系統(tǒng)中增加一塊與光伏陣列相同特性的較小的太陽能電池模塊，檢測其開路電壓，按照固定系數(shù)計算得到當前最大功率點電壓 maxU ，這種方法可以在近似 CVT 的控制成本下得到近似 MPPT 的 控制效果 。采樣到的光伏陣列的電壓和電流，經(jīng)過 MPPT 單元的運算，給出指令電流 *I ，使系統(tǒng)輸出的實際電流跟隨指令電流 *I 變化。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)通常是同時 使用幾種方法來完成對孤島效應的檢測。 相比較而言，頻率擾動法是最為常用的方法，因為電網(wǎng)的頻率相對比較穩(wěn)定，這樣容易通過檢測頻率變化來判斷孤島效應的發(fā)生。 此方法通過檢測并網(wǎng)逆變器的輸出電壓與電流的相位差變化來判斷孤島效應是否發(fā)生 。若系統(tǒng)不能及時檢測到電網(wǎng)的斷電狀態(tài)而繼續(xù)維持向負載供電，構成獨立供電系統(tǒng)，這種現(xiàn)象稱為孤島效應 [15,16]。這樣，光伏陣列的實際工作點就能逐漸接近當前最大功率點，最終在其附近的一個較小范圍往復達到穩(wěn)態(tài)。研究太陽電池特性可以發(fā)現(xiàn) ：當溫度一定時，太陽電池的最大功率點幾乎落在同一根垂直線的兩側(cè)附近，如圖 28 所示，這表明最大功率點對應的工作電壓相差不大，亦即只要保持太陽電池的輸出端 電壓為常數(shù)且等于某一日照強度下相應于最大功率點的電壓，就可以大致保證太陽電池輸出在該一溫度下的最大功率。 這種臨界比例法給出了模擬調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定。 PI 調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定 整定即調(diào)節(jié) P、 I 參數(shù)，選擇采樣周期 T，使得控制系統(tǒng)的性能指標達到要求。 對逆變器輸出端電路，以逆變器輸出電流作為狀態(tài)變量，可以得到： () ( ) ( )Isdi tL u t u t IRdt ? ? ? (24) 寫成復數(shù)域形式為： 1 2 1 1 2 11( ) ( ( ) ( ) ) ( ) ( ( ) ( ) )I s U s U s G s U s U sLs R? ? ? ?? (25) 其中 1 1()Gs Ls R? ? (26) 是濾波電感傳遞函數(shù)。