【導(dǎo)讀】受到人們是重視。太陽(yáng)能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費(fèi)使用，又無(wú)需運(yùn)輸，對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染。為人類創(chuàng)造了一種新的生活形態(tài)，使社會(huì)及人類進(jìn)入一個(gè)節(jié)約能源。減少污染的時(shí)代。物料(例如硅)制成的薄身固體光伏電池組成。由于沒(méi)有活動(dòng)的部分，故可以長(zhǎng)時(shí)間操作。而不會(huì)導(dǎo)致任何損耗。簡(jiǎn)單的光伏電池可為手表及計(jì)算機(jī)提供能源，較復(fù)雜的光伏系統(tǒng)?？蔀榉课萏峁┱彰鳎殡娋W(wǎng)供電。們所要詳細(xì)研究的對(duì)象，而其中本論文會(huì)涉及最大功率跟蹤及PWM控制技術(shù)。壓的有效值即隨之改變。由于該電路具有續(xù)流回路，即使對(duì)感性負(fù)載，輸出電壓波形也。幾種逆變器的主電路均需要有控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)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(jiǎn)單，成本低，但效率低，諧波成份大。輸出的逆變技術(shù)已經(jīng)成熟。

　　

【正文】 ；當(dāng)控制度Q= 時(shí)，數(shù)字控制器比模擬調(diào)節(jié)器的控制質(zhì)量差。 4)如下表，求出 T， pK ， IT 的值。 表 21 擴(kuò)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(yùn)行修正 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)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(gè)重要的途徑就是實(shí)時(shí)調(diào)整太陽(yáng)能電池的工作點(diǎn)，使之始終工作在最大功率點(diǎn)附近，這一過(guò)程就稱之為最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)。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(diǎn)上，這就需要光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤 (MPPT)控制。 光伏陣列輸出特性 光伏陣列輸出特性具有非線性特征，并且其輸出受光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度和負(fù)載情況影響。在一定的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度下，太陽(yáng)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(shí)，太陽(yáng)能電池的輸出功率才達(dá)到最大值，這時(shí)太陽(yáng)能電池的工作點(diǎn)就達(dá)到了輸出功率電壓曲線的最高點(diǎn)，稱之為最大功率點(diǎn) (MPP)。 圖 27 為太陽(yáng)電池陣列的輸出功率 PU曲線，由圖可知當(dāng)陣列工作電壓小于最大 功率點(diǎn)電壓 maxU 時(shí)，陣列輸出功率隨太陽(yáng)電池端電壓 PVU 上升而增加；當(dāng)陣列工作電壓 大 19 于最大功率點(diǎn)電壓 maxU 時(shí)，陣列輸出功率隨 PVU 上升而減小。 MPPT 的實(shí)質(zhì)是一個(gè)自 尋優(yōu)過(guò)程，即通過(guò)控制陣列端電壓場(chǎng) 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。 IPUm a xPm a xUI UP U 圖 27 太陽(yáng)電池的輸出特性曲線 最大功率點(diǎn)跟蹤 (MPPT)控制方法 MPPT 的實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)動(dòng)態(tài)自尋優(yōu)過(guò)程，通過(guò)對(duì)陣列當(dāng)前輸出的電壓與電流檢測(cè)，得到當(dāng)前陣列輸出功率，再與已被存儲(chǔ)的前一時(shí)刻陣列功率相比較，舍小存大，再檢測(cè)，再比較，如此不停的周而復(fù)始，可使陣列動(dòng)態(tài)的工作在最大功率點(diǎn)上。我 們可以以間接的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，常用的最大功率點(diǎn)跟蹤方法有 ：定電壓跟蹤法 (CVT)、擾動(dòng)觀察法、電導(dǎo)增量法以及模糊控制算法等，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，有的方法需要大量的計(jì)算，有的方法需要實(shí)時(shí)采樣數(shù)據(jù)并進(jìn)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(jiǎn)單直接的方法是定電壓跟蹤法 (CVT)。研究太陽(yáng)電池特性可以發(fā)現(xiàn) ：當(dāng)溫度一定時(shí)，太陽(yáng)電池的最大功率點(diǎn)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(diǎn)對(duì)應(yīng)的工作電壓相差不大，亦即只要保持太陽(yáng)電池的輸出端 電壓為常數(shù)且等于某一日照強(qiáng)度下相應(yīng)于最大功率點(diǎn)的電壓，就可以大致保證太陽(yáng)電池輸出在該一溫度下的最大功率。把最大功率點(diǎn)跟蹤簡(jiǎn)化為恒電壓跟蹤 (CVT)， 這就是 CVT 控制的理論依據(jù) [13]。只需從生產(chǎn)廠商處獲得 maxU 數(shù)據(jù)并使陣列的輸出電壓鉗 位于值 maxU 即可，這樣實(shí)際上是把 MPPT 控制簡(jiǎn)化為穩(wěn)壓控制。但是這種跟蹤方式忽略了 溫度對(duì)陣列開(kāi)路電壓的影響，以常規(guī)單晶硅太陽(yáng)電池而言，當(dāng)環(huán)境溫度每升高 1℃ 時(shí)， 其開(kāi)路電壓下降約 %%。在溫度變化的情況下，如果仍然采用 CVT定電壓 跟蹤控制，陣列的輸出功率將會(huì)偏離最大功率點(diǎn)。 20 CVT 控制可以很方便地通過(guò)硬件或者軟件實(shí)現(xiàn)，具有控制簡(jiǎn)單、可靠性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn) ；缺點(diǎn)是控制精度差，特別是對(duì)于早晚和四季溫差變化劇烈的地區(qū)。 圖 28 太陽(yáng)電池伏 安特性曲線 為克服使用場(chǎng)合環(huán)境溫度變化對(duì)系統(tǒng)造成的影響，在 CVT 方法的基礎(chǔ)上可以采取以 下集中折衷解決方法： 手工調(diào)節(jié)： 通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)電位器按季節(jié)給定不同的 maxU ，這種方法使用較少，需要人工 維護(hù)。 根據(jù)溫度查表調(diào)節(jié)： 事先將特定光伏陣列在不同溫度下測(cè)得的最大功率點(diǎn)電壓值maxU 存儲(chǔ)在控制器中，實(shí)際運(yùn)行時(shí)，控制器根據(jù)檢測(cè)光伏陣列的溫度，通過(guò)查表選取合適的 maxU 值。 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(yáng)能電池模塊，檢測(cè)其開(kāi)路電壓，按照固定系數(shù)計(jì)算得到當(dāng)前最大功率點(diǎn)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 。 (Pamp。O) 擾動(dòng)觀察法 (Pamp。O)是目前實(shí)現(xiàn) MPPT 常用的方法之一 [14]。其原理是每隔一定的時(shí) 間增加或者減小電壓，并觀察其后的功率變化方向，來(lái)決定下一步的控制信號(hào)。這種控制方法雖然算法簡(jiǎn)單，且易于硬件實(shí)現(xiàn)，但是相應(yīng)速度很慢，只適用于那些光照強(qiáng)度變化非常緩慢的場(chǎng)合。而且穩(wěn)態(tài)情況下，這種方法會(huì)導(dǎo)致光伏陣列的實(shí)際工作點(diǎn)在最大功率點(diǎn)附近小幅振蕩，因此會(huì)造成一定的功率損失 ；而光照發(fā)生快速變化時(shí)，此跟蹤方法 可能會(huì)失效，判斷得到錯(cuò)誤的跟蹤方向。 下面對(duì)經(jīng)典的擾動(dòng)觀察法算法簡(jiǎn)述如下： 光伏系統(tǒng)控制器 在每個(gè)控制周期用較小的步長(zhǎng)改變光伏陣列的輸出，改變的步長(zhǎng)是一定的，方向可以是增加也可以是減小，控制 21 對(duì)象可以是光伏陣列輸出電壓或電流，這一過(guò)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(guò)程，如果檢測(cè)到輸出功率減小，則改變“干擾”方向。這樣，光伏陣列的實(shí)際工作點(diǎn)就能逐漸接近當(dāng)前最大功率點(diǎn)，最終在其附近的一個(gè)較小范圍往復(fù)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。如果采用較大的步長(zhǎng)進(jìn)行“干擾”，這種跟蹤算法可以獲得較快的跟蹤速度，但達(dá)到穩(wěn)態(tài)后的精度較差，較小的步長(zhǎng)則正好相反。較好的 折衷方案是控制器能夠根據(jù)光伏陣列當(dāng)前的工作點(diǎn)選擇合適的步長(zhǎng)，例如，當(dāng)己經(jīng)跟蹤到最大功率點(diǎn)附近時(shí)采用小步長(zhǎng)。 擾動(dòng)觀察法的優(yōu)點(diǎn)是 ：跟蹤方法簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)；對(duì)傳感器精度要求不高。缺點(diǎn)是 ：只能在光伏陣列最大功率點(diǎn)附近振蕩運(yùn)行，導(dǎo)致一定功率損失 ；跟蹤步長(zhǎng)對(duì)跟蹤精度和相應(yīng)速度無(wú)法兼顧 ；在特定情況下會(huì)出現(xiàn)判斷錯(cuò)誤的情況。 電導(dǎo)增量法 是 MPPT 控制常用的算法之一。通過(guò)光伏 陣列 PU曲線可知最大值 maxP處的斜率為零，所以有 maxP U I?? (225) m a x 0dP dIIUdU dU? ? ? ? (226) dI IdU U?? (227) 式 (227)為達(dá)到最大功率點(diǎn)的條件，即當(dāng)輸出電導(dǎo)的變化量等于輸出電導(dǎo)的負(fù)值 時(shí)，光伏陣列工作在最大功率點(diǎn)。 本文采用電導(dǎo)增量法來(lái)實(shí)現(xiàn) MPPT 控制，通過(guò)調(diào)節(jié)光伏 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流的大小來(lái)使光伏陣列工作在最大功率點(diǎn)。采樣到的光伏陣列的電壓和電流，經(jīng)過(guò) MPPT 單元的運(yùn)算，給出指令電流 *I ，使系統(tǒng)輸出的實(shí)際電流跟隨指令電流 *I 變化。 令 dI IF du U?? (228) 通過(guò)計(jì)算 F 的大小可以判斷光伏陣列工作點(diǎn)的位置 ： 當(dāng) F0 時(shí)， dPdU 0，光伏陣列工作在最大功率點(diǎn)的右側(cè)，由圖 210 可知，為了使光伏陣列工作在最大功率點(diǎn)處，需要減小陣列工作電壓，可以通過(guò)增大系統(tǒng)的輸出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)，這時(shí)增大 *I ； 當(dāng) F0 時(shí)， dPdU 0，光伏陣列工作在最大功率點(diǎn)的左側(cè)，由圖 210 可知，為了使光伏陣列工作在最大功率點(diǎn)處，需要增大陣列工作電壓，可以通過(guò)減小系統(tǒng)的輸出電流來(lái)實(shí)現(xiàn)，這時(shí)減小 *I ； 當(dāng) F=0 時(shí)， dPdU =0，光伏陣列工作在最大功率點(diǎn)， *I 不變。 電導(dǎo)增量法通過(guò)比較光伏陣列的電導(dǎo)增量和瞬間電導(dǎo)來(lái)改變控制信號(hào)。這種控制方 22 法需要對(duì)光伏陣列的電壓和電流進(jìn)行采樣。電導(dǎo)增量法控制精確，相應(yīng)速度比較快，適用于大氣條件變化較快的場(chǎng)合 。但是對(duì)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(jià)會(huì)比較高。 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的孤島效應(yīng)的防止 孤島效應(yīng)的含義及其危害 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)正常工作時(shí)，并網(wǎng)逆變器 不僅向本地負(fù)載供電，而且還會(huì)將剩余電力輸送至電網(wǎng)。當(dāng)電網(wǎng)因?yàn)楣收匣蛘弑蝗藶榍袛鄷r(shí)，并網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)該能及時(shí)斷開(kāi)與電網(wǎng)的連接。若系統(tǒng)不能及時(shí)檢測(cè)到電網(wǎng)的斷電狀態(tài)而繼續(xù)維持向負(fù)載供電，構(gòu)成獨(dú)立供電系統(tǒng)，這種現(xiàn)象稱為孤島效應(yīng) [15,16]。 孤島效應(yīng)具有相當(dāng)大的危害性，不僅會(huì)危害到整個(gè)配電系統(tǒng)及用戶端的設(shè)備，更嚴(yán)重的是會(huì)造成輸電線路維修人員的生命安全，因此，對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，具有反孤島效應(yīng)的功能是至關(guān)重要的。在我國(guó)， 2021 年 3 月份，由國(guó)家科技部能源研究所制定的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)要求中對(duì)反孤島效應(yīng)也有了詳細(xì)的 規(guī)定，具體是 ：光伏系統(tǒng)除設(shè)置過(guò) /欠壓保護(hù)、過(guò) /欠頻保護(hù) 作 為防孤島效應(yīng)后備保護(hù)外，還應(yīng)該設(shè)置至少各一種主動(dòng)和被動(dòng)方式防孤島效應(yīng)保護(hù)。并且防孤島效應(yīng)保護(hù)應(yīng)該在電網(wǎng)斷電后 秒內(nèi)動(dòng)作 將光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開(kāi) [17]。 孤島效應(yīng)的檢測(cè)與防止 在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，一般可以通過(guò)檢測(cè)輸出端電壓的幅值變化、頻率漂移以及相位的跳變等信號(hào)來(lái)判斷是否發(fā)生了孤島效應(yīng)。 孤島效應(yīng)通常的檢測(cè)方法可以分為被動(dòng)式和主動(dòng)式兩種。被動(dòng)檢測(cè)是指主要依靠系統(tǒng)被動(dòng)地監(jiān)控電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，如電壓幅值、頻率等參數(shù)來(lái)判斷電網(wǎng)是否停電 ；主動(dòng)式檢 測(cè)是指系統(tǒng)主動(dòng)、定時(shí)地對(duì)電網(wǎng)施加一些干擾信號(hào)，然后通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)輸出電壓的幅值、頻率以及相位等指標(biāo)來(lái)判斷是否發(fā)生了孤島效應(yīng)。被動(dòng)式檢測(cè)方式主要有過(guò)壓和欠壓檢測(cè)法、過(guò)頻和欠頻檢測(cè)法、諧波電壓檢測(cè)法、電壓相位檢測(cè)法和頻率變化率檢測(cè)法等 ；主動(dòng)式檢測(cè)方式主要有脈沖電流注入法、輸出功率變化法 (有功功率變化和無(wú)功 功率變化 )、阻抗變動(dòng)、滑模頻率轉(zhuǎn)移法和頻率偏移法等。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)通常是同時(shí) 使用幾種方法來(lái)完成對(duì)孤島效應(yīng)的檢測(cè)。 被動(dòng)式檢測(cè)方法 由于發(fā)生孤島情況時(shí)，其電壓及頻率均不穩(wěn)定，被動(dòng)式檢測(cè)方法利用此點(diǎn)效應(yīng)來(lái)判斷 是否發(fā)生孤島情況。依參考的電力參數(shù)不同，可分成以下幾種方法 ： 23 此方法通過(guò)檢測(cè)逆變器與電網(wǎng)連接點(diǎn)的電壓幅值與頻率是否正常來(lái)判斷孤島效應(yīng)是否發(fā)生 [18]。當(dāng)逆變器向電網(wǎng)正常輸送電能時(shí)，連接點(diǎn)處電壓的幅值、頻率基本保持不變 ；當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)，如果逆變器在與電網(wǎng)斷電前輸出的功率和負(fù)載不匹配，則逆變器的輸出電壓、輸出頻率將會(huì)發(fā)生變化，從而判斷孤島效應(yīng)發(fā)生，這時(shí)要將光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)隔離。但是，當(dāng)逆變器的輸出功率與負(fù)載功率達(dá)成平衡時(shí)，則會(huì)因系統(tǒng)的電壓及頻率變動(dòng)過(guò)小，使得控制系統(tǒng)無(wú)法檢測(cè)而失去作用。 此方法通過(guò)檢測(cè)并網(wǎng)逆變器的輸出電壓的諧波含量來(lái)判斷孤島效應(yīng)是否發(fā)生，適用于電流控制型逆變器 [19]。因電流控制型逆變器主要參考信號(hào)為電網(wǎng)電壓，當(dāng)逆變器向電網(wǎng)正常輸送電能時(shí)，逆變器的輸出電壓不會(huì)有太大的諧波含量 ；當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)，由于沒(méi)有了電網(wǎng)這個(gè)電壓源，并網(wǎng)逆變器的輸出電流可能產(chǎn)生失真的電壓波形，而此失真的電壓波形被反饋回來(lái)成為逆變器輸出電流的參考波型，即會(huì)造成逆變器輸出電壓將含有較大的諧波成分，因此可以判斷孤島效應(yīng)的發(fā)生。這種方法盡管被證明是有效的，但在實(shí)際情況中很難選擇合適的諧波觸發(fā)值。 此方法通過(guò)檢測(cè)并網(wǎng)逆變器的輸出電壓與電流的相位差變化來(lái)判斷孤島效應(yīng)是否發(fā)生 。通常情況下，逆變器的輸出電流與電網(wǎng)電壓同步；當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)，逆變器的輸 出電流與電壓相位差由控制電路決定，當(dāng)相位偏移超過(guò)某一范圍時(shí)，即表示電網(wǎng)發(fā)生故障，則將光伏發(fā)電系統(tǒng)脫離電網(wǎng)。 主動(dòng)式檢測(cè)方法 主動(dòng)式檢測(cè)方法是在并網(wǎng)逆變器的控制信號(hào)中加入很小的電壓、頻率或相位的擾動(dòng)信號(hào)，然后檢測(cè)并網(wǎng)逆變器的輸出，當(dāng)逆變器向電網(wǎng)正常輸送電能時(shí)，擾動(dòng)信號(hào)的作用很小 ；當(dāng)孤島效應(yīng)發(fā)生情況時(shí)，擾動(dòng)信號(hào)將造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，即使是在發(fā) 電輸出功率與負(fù)載功率平衡的狀態(tài)下，也會(huì)通過(guò)擾動(dòng)破壞功率平衡狀態(tài)，造成系統(tǒng)的電壓、頻率有明顯變動(dòng) 。這時(shí)通過(guò)控制系統(tǒng)檢測(cè)出來(lái)而將光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)隔離，防止孤島現(xiàn)象 的發(fā)生。主動(dòng)方法主要有下列幾種方式 ： 通過(guò)控制逆變器的輸出，施以系統(tǒng)周期性的有功電能或無(wú)功電能擾動(dòng)，當(dāng)市電中斷時(shí)，由于系統(tǒng)失去穩(wěn)定的參考電源，擾動(dòng)將造成系統(tǒng)電壓或頻率明顯的變動(dòng)，而檢測(cè)出孤島現(xiàn)象。 此方法是在電力系統(tǒng)輸配線路上加裝一個(gè)電感或電容器，當(dāng)市電中斷或故障時(shí)，即將電感或電容器并入，通過(guò)無(wú)效功率破壞系 統(tǒng)平衡狀態(tài)，達(dá)到對(duì)電壓、頻率的擾動(dòng)。使 24 太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)能檢測(cè)到并與市電解除并聯(lián)。其中插入的并聯(lián)阻抗應(yīng)容里小且短時(shí)間插入為宜，以免對(duì)系統(tǒng)造成過(guò)大影響而發(fā)生誤動(dòng)作。 相比較而言，頻率擾動(dòng)法是最為常用的方法，因?yàn)殡娋W(wǎng)的頻率相對(duì)比較穩(wěn)定，這樣容易通過(guò)檢測(cè)頻率變化來(lái)判斷孤島效應(yīng)的發(fā)生。此方法通過(guò)偏移電網(wǎng)電壓采樣信號(hào)的頻率作為逆變器的輸出電流頻率，造成對(duì)系統(tǒng)頻率的擾動(dòng)，即而由頻率保護(hù)電路來(lái)檢出孤島現(xiàn)象，但此法會(huì)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(diǎn)。 在頻率擾動(dòng)法當(dāng)中，主動(dòng)頻率偏移法 (AFD)是目 前受到關(guān)注 的方法之一。 AFD 通過(guò)軟件周期性地改變輸出并網(wǎng)電流頻率，使并網(wǎng)逆變器輸出一 個(gè)稍有變形的電流波形，如圖 29 所示， uT 是電網(wǎng)電壓 SU 的周期， iT 是系統(tǒng)輸出電流 i 的周期，在第一個(gè)半周期的開(kāi)始時(shí)，系統(tǒng)的輸出電流是一個(gè)頻率比電網(wǎng)頻率稍微高的正弦，當(dāng)輸出電流達(dá)到零時(shí)，它在開(kāi)始第二個(gè)半周期之前一直保持為零，在第 二個(gè)半周期開(kāi)始時(shí)，系統(tǒng)