【導讀】能源危機和環(huán)境問題的不斷加劇，推動了清潔能源的發(fā)展進程。一種清潔無污染且可大規(guī)模開發(fā)利用的可再生能源，具有廣闊應用前景。率點跟蹤控制、光伏逆變器控制等技術進行了詳細研究。光伏電池模塊，前級DC/DC變換器，后級DC/AC逆變器，以及相應的控制模塊?？刂撇呗?，并且將正弦脈沖寬度調制技術應用于逆變器控制。了設計要求，為進一步實現(xiàn)并網功能提供了條件，具有較高的實用參考價值。

　　

【正文】 （ ） 另外，逆變器輸出電壓滿足， cosAB UU ?? （ ） 對于 SPWM 逆變器，輸出電壓基波滿足 2dcAB mUU ? () 其中 m為調制度 所以有關系 2 co sdcUm U ?? () 從以上各參數(shù)之間的關系可以看出，它們是一一對應的，當電網電壓和電感不發(fā)生改變時，通過逆變器輸出的電流和功率，依據(jù)式（ ）和式（ ）就可以計算出 U 滯后于 UAB的角度 Φ和正弦脈寬調制的調制度 m，也就是說，為了實現(xiàn)控制并網電流的目地，需要對逆變器的輸出電壓 UAB幅值和相位進行控制，而 采用電流型控制的光伏模塊 的最大功率控制 20 要控制電壓相位和幅值，只要控制 Φ和 m 就可以了 。 間接電流控制法控制原理簡單并且易于實現(xiàn)，而且無需對并網電流進行檢測。但是其缺點也很明顯，這種控制方法動態(tài)響應比較慢，其使用的前提是公用電網電壓不會發(fā)生變化，但在現(xiàn)實生活中電網負載變化會對電網造成擾動，電網電壓的波形也難免會發(fā)生畸變，如果將這些因素考慮進去，控制系統(tǒng)將會比較復雜，在前期信號的計算過程中要用到電路的參數(shù)，如果在工作過程中電路參數(shù)發(fā)生變化，將會不可避免的對控制效 果造成影響。 2) 直接電流控制法需要先通過運算得到公用電網側交流電流指令值，然后再將交流側電流反饋引入控制系統(tǒng)，通過直接控制交流電流，使引入的反饋值跟蹤交流電流指令值 [34]。在光伏并網逆變器中，一般采用鎖相環(huán)來獲得公用電網的電壓同步信號，之后再與預先給定的電流幅值相乘獲得用來參考的正弦波電流，最后通過對交流側輸出的實際電流進行控制可以實現(xiàn)對這個參考電流的跟蹤。相比于間接電流控制，直接電流控制的不同之處在于引入了交流電流反饋，這種控制方法的動態(tài)響應性能更佳，不過多地依賴系統(tǒng)參數(shù)，另外控制系統(tǒng)的電路也比較簡 單。 瞬時值反饋是直接電流控制最顯著的特點，根據(jù)跟蹤方法的不同，又可將直接電流控制分為電流滯環(huán)控制，三角波比較控制，定時瞬時比較控制。前兩種控制方法在實際生產中比較常用，以下是對這兩種方法的簡單分析： （ 1）電流滯環(huán)控制 [35] 圖 為電流滯環(huán)控制的控制框圖，如圖所示，將 指令電流信號 i*減去實際輸出電流信號 i，所得到的二者差值 i? 輸入滯環(huán)比較器，最后經驅動電路產生控制逆變電路的驅動信號。電流滯環(huán)控制在開關管的工作頻率比較高 時，響應速度很快，負載或者電路的變化對其影響比較小。但在設計滯環(huán)寬度時通常設定的數(shù)值是固定的，這將會導致開關管的工作頻率不固定，從而對濾波器的設計工作帶來很大困難，從而使濾波比較困難。 圖 電流滯環(huán)控制原理圖 （ 2）三角波比較控制 圖 為三角波比較控制的控制框圖，如圖所示，將 指令電流信號 i*減去實 采用電流型控制的光伏模塊 的最大功率控制 21 際輸出電流信號 i，所得到的差值信號 i? 輸入 PI 調節(jié)器，放大后的信號再與高頻三 角載波比較經過驅動電路產生控制開關管的 驅動信號。三角波比較控制法不能無靜差跟蹤正弦信號，同時引入積分還會產生電流相移，進而降低電能的質量，采用 P 調節(jié)器可以一定程度上解決此類問題。逆變電路中開關管的工作頻率和輸出電流的頻譜都是固定的，濾波器設計比較容易，因此這類方法使用較多。 圖 三角波比較控制原理圖 并網電流閉環(huán)控制系統(tǒng)數(shù)學模型 為使控制系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)性能和抗干擾性，系統(tǒng)的電流閉環(huán)設計顯得尤為重要。經過 節(jié)討論本文采用基于瞬時值反饋的三角波比較控制方式。系 統(tǒng)的控制框圖如圖 所示，電流 iL*與并網電流瞬時 反饋值 iL先作差處理，再將差值送入控制器，調制波即為調節(jié)后的信號，將其與三角形載波比較，得到控制逆變器的 SPWM 信號，最后經濾波電感濾波后得到符合并網要求的電流。其中，UAB為逆變器輸出端電壓， U 為公用電網電壓?？刂破鞯膫鬟f函數(shù) G1(s)，為逆變器的傳遞函數(shù)為 G2(s)，濾波器傳遞函數(shù)為 G3(s)。根據(jù)圖 所示的控制系統(tǒng)框圖，可以建立系統(tǒng)的數(shù)學模型 。 圖 對逆變 器的輸出端有 ： 采用電流型控制的光伏模塊 的最大功率控制 22 L A B n e t L LtdiL U U i Rd ? ? ? ? () 式（ ）中， UAB代表逆變器輸出電壓， U 代表公用電網電壓， iL代表電網側電流， L 代表濾波電感， RL代表電感串聯(lián)的等效電阻。 用復頻域方法來分析式（ ），可得： 31( ) ( ( ) ( ) ) ( ) ( ( ) ( ) )L A B n e t A B n e tLi s U s U s G s U s U sL s R? ? ? ?? () 其中 3 1() LGs Ls R? ? () 即為濾波器傳遞函數(shù)。 本文采用電流瞬時值反饋與三角波比較控制，在三角波比較控制中， PI 控制器應用最為廣泛，其傳遞函數(shù)為： () iPI P KG s K s?? () 式中， KP為 PI 控制器的比例系數(shù)， Ki 為 PI 控制器的積分系數(shù)。 本文設計的逆變器工作頻率取 10kHz，遠遠大于電網頻率，忽略開關管的延時及死區(qū)時間的影響，逆變器可以等效為一個小慣性環(huán)節(jié)，其 傳遞函數(shù)為： 2 () 1PWMPWMKGs Ts? ? () 式中， TPWM代表一個開關周期， KPWM代表逆變器的增益，此時的并網電流控制結構框圖如圖 所示： 圖 并網電流 PI控制結構框圖 為了得到更加穩(wěn)定的動態(tài)性能和更加快速的響應，通常二階系統(tǒng)模型來設計控制系統(tǒng)， 在 對 PI 控制器的參數(shù)進行設計時，常采用工程上的 二階最佳工程設計法 [36]。 采用電流型控制的光伏模塊 的最大功率控制 23 由圖 可得出控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，為 0111( ) ( )11 1Pi P W M P W Mi LPP W M L P W MiLK sK K KK RG s KsLs T s L s R T s sKR?? ? ? ? ? ? ?? ? ?? () 為了抵掉并網逆變環(huán)節(jié)里較大的時間常數(shù) L/R L，令 PiLKLKR? () 此時系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為： 0() ( 1)P W M iLP W MKKRGss T s? ? () 很 顯然系統(tǒng)屬于 I 型系統(tǒng)。 典型 I 型系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)一般形式為： 0() ( 1)KGs s Ts? ? () 按照 二階最佳工程設計法 設計，即令式（ ）中 KT=。 對比式（ ），得 0 .5P W M iP W MLKKTR ? () 所以， 有 i PW M PW MRK KT? （ ） 代入式 （ ） ，有 i PW M PW MLK KT? （ ） 以上介紹了工程上 PI 控制器的參數(shù)設計方法，該方法使用時要求逆變器傳遞函數(shù)是已知的，式（ ）只是逆變器傳遞函數(shù)的一種經驗模型，與實際相比誤差 還是存在的，因此計算出的 PI 參數(shù)只作為理論指導值，在實際中還要根據(jù)具體情況作適當?shù)恼{整 。 采用電流型控制的光伏模塊 的最大功率控制 24 本章小結 本章主要介紹了并網逆變器 SPWM 控制技術的原理，對單極性調制和雙極性調制過程進行了具體分析。然后提出了并網逆變器的輸出目標，即保證逆變器輸出電流與電網電壓同頻同相，并對逆變器的輸出控制模式進行了對比分析，為了實現(xiàn)逆變器的并網目標，提出了并網電流反饋控制策略并建立了并網控制系統(tǒng)的數(shù)學模型。 采用電流型控制的光伏模塊 的最大功率控制 25 第 4 章 基于 SPWM 的并網系統(tǒng) MATLAB/Simulink 仿真 單相光伏并網逆變系統(tǒng)的仿真 結合前個章節(jié)的論述和 Simulink 仿真軟件，可以搭建出完整的單相光伏并網逆變系統(tǒng)，其結構如圖 示， 圖 光伏電池模型仿真 根據(jù)第三章節(jié)的光伏電池工程用數(shù)學模型，通過 simulink 搭建了一個如圖 所示的光伏電池模塊，其參數(shù)設置如圖 示： 圖 光伏電池模塊 圖 參數(shù)設置 采用電流型控制的光伏模塊 的最大功率控制 26 設定標準條件 Sref=1000W/m2， T=25176。 C 下的最大功率點電流 Im=，最大功率點電壓 Vm=，幵路電壓 Voc=，短路電流 Isc=，等效串聯(lián)電阻Rs=2Ω ，參考光強下的短路電流 Isc 變化溫度系數(shù) a=(A/176。 C)，參考光強下幵路電壓 Voc 變化溫度系數(shù) b=(V/176。 C)，最大功率 Pm為 120W。圖 為基于爬山法最大功率控制的仿真模型，在 T=25176。 C，光照 S=1000W/m2的情況下，光伏電池的工作電壓為 ， 利用爬山法最大功率點跟蹤技術進行控制得到的最大功率點處電流為 ，電壓為 ， 這與設置 Im=， Vm=接近。 圖 光伏電池的總體控制框圖 圖 爬山法仿真模塊圖 圖 為爬山法 MPPT 仿真原理圖。最大功率跟蹤波形如圖 所示。模型開始運行后，經過 ，光伏電池輸出功率接近 120W。 采用電流型控制的光伏模塊 的最大功率控制 27 圖 光伏電池輸出功率 并網逆變系統(tǒng)的仿真 根據(jù)第三章中逆變器控制策略，采用 simulink 的模塊搭建了如圖 所示的全橋逆變電路，采用 350V直流電壓源模擬直流輸入，采用交流電壓源模擬電網電壓，電壓峰 值取 311V，頻率為 50Hz，輸出端濾波電感設置為 5mH。 PI控制器中 KP=， Ki=600。 圖 采用 PI控制器的并網逆變器仿真模型 設置仿真時間 ?？傻玫饺鐖D 所示的逆變器輸出的 SPWM 波形。圖 所示為經濾波器濾波處理后的并網電流和電網電壓的波形。 采用電流型控制的光伏模塊 的最大功率控制