【正文】 ， T為逆變器開關(guān)周期。 當(dāng)開關(guān)頻率較高時(shí)， ????+1 ≈ 1,上式可簡(jiǎn)化為 ??2(??) = ?? (410) 由上可得 出開環(huán)傳遞函數(shù)為 ??(??) = ??1(??) ??2(??) = ??????+?? =??????????+1 (411) 通常 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制模式有電壓控制模式和電流控制模式，電壓控制模式中，逆變器的阻抗較低，且并網(wǎng)電流完全取決于電網(wǎng)電壓，屬于間接控制。而在電流控制模式中，受控量是輸出電流，而且輸出地電流質(zhì)量受到電網(wǎng)電壓的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 29 影響較少，因此在實(shí)際應(yīng)用中，電流控制模式受到了大家的青睞。 在較多的電流控制策略中， PI 控制算法簡(jiǎn)單，開關(guān)頻率固定，可靠性高，是目前最常采用的方法之一。在中小功率單相并網(wǎng)逆變器中，常采用較為簡(jiǎn)單的雙環(huán)控制策略。一方面要控制并網(wǎng)的電流大小要跟隨基準(zhǔn)電流給定，一方面要跟蹤 試點(diǎn)相位。如圖所示控制框圖 。 圖 基于 PI調(diào)節(jié)器的單相逆變器的雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖 并網(wǎng)電流的幅值基準(zhǔn) Imppt乘以由鎖相環(huán)控制得到得電網(wǎng) Uac相位 校 準(zhǔn)信號(hào)后，作為并網(wǎng)電流基準(zhǔn)給定 Iref，再通過電流環(huán)控制，使得并網(wǎng)電流跟隨 Iref，最后生成 SPMW驅(qū)動(dòng)開關(guān)管。 電流環(huán)的 分析 建模 電流環(huán)的控制目的就是實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流的大小跟隨基準(zhǔn)給定。在控制過程當(dāng)中，將實(shí)際并網(wǎng)電流與并網(wǎng)電流基準(zhǔn)給定 做 比較得到差值，再通過 PI 調(diào)節(jié)器處理后得到調(diào)制波 ，再 經(jīng)過三角載波調(diào)制，輸出 SPWM 信號(hào)，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路放大，驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管工作，產(chǎn)生與電網(wǎng)同頻同相的正弦波電流 [11]。 采用電流 PI 閉環(huán)調(diào)節(jié)器來降低其穩(wěn)態(tài)誤差及增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。 由上式 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 30 到 ????? ???? ???? ??2(??) ??1(??) 開環(huán)時(shí)，逆變器的傳遞函數(shù) ??(??) = 1+???????? ??1(??) ??2(??)?? (412) 為了了解系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以根據(jù)上面推得的小信號(hào)模型進(jìn)行模擬分析，以標(biāo)準(zhǔn) 光 照下的最大功率點(diǎn)為工作點(diǎn)進(jìn)行分析， U2=, L=, R=600mΩ，K=10, H=，因?yàn)槭峭ㄟ^變壓器升壓并網(wǎng)，那么等價(jià)于電網(wǎng)電壓 U2 有效值為9V,IS=11A。 由此可畫出波特圖，如圖 。 開環(huán)傳遞函數(shù)波特圖 由圖可以看出，系統(tǒng)滿足穩(wěn)定性要求。 1+τ sTs K 1sL+R H 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 31 鎖相環(huán)的原理分析 在控制光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn) cos??=1,而且重要的是實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓 相同頻率、相同相位。 相位跟蹤一般要靠鎖相環(huán)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。 接下來詳細(xì)的介紹下鎖相環(huán)的原理及其實(shí)現(xiàn)方法。 說白了鎖相環(huán)就是一個(gè)能夠自動(dòng)跟蹤相位和輸入頻率的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。它的組成成分有： 鑒相器 (PD)，環(huán)路濾波器 (LF)和壓控振蕩器 (VCO)。當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，輸出信號(hào)和輸入信號(hào)同頻同相。鎖相環(huán)基本構(gòu)成框圖如圖 所示 [12]。 ?????? ???? ???? ???????? 圖 鑒相器輸入 市電電壓的采樣信號(hào) ??????和 壓控振蕩器 VCO的輸出 ????????，鑒相器的輸出誤差信號(hào) ????，該信號(hào)為 ??????和 ????????相位差的線性函數(shù)。低通濾波器濾除 ????中的高頻信號(hào)后得到 ????，再由 ????來控制壓控振蕩器來改變輸出信號(hào) ????????的頻率和相位來逼進(jìn) ??????的頻率和相位。 鑒相器是一個(gè)相位比較裝置， 是 用來檢測(cè)輸入信號(hào)相位與反饋信號(hào)之間的相位差，輸出的誤差信號(hào)是相位差 的函數(shù)。 常用的正弦鑒相器采用模擬乘法器與低通濾波器的串接作為模型。 環(huán)路濾波器具有低通特性，它可以起到低通濾波器的作用，更重要的是它對(duì)環(huán)路參數(shù)的調(diào)整起著決定性的作用。常用的環(huán)路濾波器有 RC 積分濾波器、無積比例積分濾波器和有源比例積分濾波器三種。 壓控振蕩器是一個(gè)電壓一頻率 (V/F)變換裝置，在環(huán)路中作為被控振蕩器，它的振蕩頻率應(yīng)隨著輸入電壓線性地變化 。 鎖相環(huán)和其它常規(guī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)的不同之處它的輸入是相位信號(hào)，而 常規(guī)的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的輸入是經(jīng)過電壓或電流傳感器檢測(cè)來的電壓、電流信號(hào)， 鑒相器(PD) 環(huán)路濾波器(LF) 壓控振蕩器(VCO) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 32 另外，由于對(duì)相位的檢測(cè)往往沒有對(duì)頻率或周期檢測(cè)方便，而頻率或周期與相位之間又存在一個(gè)簡(jiǎn) 單的積分關(guān)系，因此在實(shí)際應(yīng)用中常常將頻率或周期作為輸 入變量。 鎖相環(huán)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，具體流程如下： (1)首先采樣電網(wǎng)周期 T， 以及 對(duì)應(yīng)頻率 f ； (2) 對(duì)頻率進(jìn)行 調(diào)整，當(dāng)電網(wǎng)電壓 此次 周期 比上 次的差 低 于 6，則 可以 認(rèn)為周 期無變化，依然 取上 次的周期為準(zhǔn)，不調(diào)整，而如果此差值大于 6， 而且沒有 超出孤島保護(hù)的范圍，則改變 T的值，也就是 取 當(dāng)前次的周期為準(zhǔn) ； (3)將當(dāng)前的周期值賦給前次的周期值 ； (4)正弦表有 n個(gè)數(shù)據(jù)構(gòu)成，定義 ?????????為下一個(gè) SPWM周期值 ； (5)調(diào)整 相位 ，設(shè)定 CS為正弦表的指針，可以表示并網(wǎng)電流的相位，當(dāng)捕獲到電網(wǎng)電壓上升沿時(shí)刻 CS值大于 0且小于等于 n/2，則說明并網(wǎng)電流超前電網(wǎng)電壓，那么只需要把 CS 值減小一定值，就相當(dāng)于把基準(zhǔn)相位往后移，反之當(dāng) CS 大于n/2 且小于 n 時(shí)，說明并網(wǎng)電流滯后于電網(wǎng)電壓，那么只需要把 CS 的值增大到某個(gè)值。而頻率和相位的跟蹤速度對(duì)于逆變器工作狀態(tài)有很大的影響，跟蹤過快必然會(huì)引起逆變器輸出電流大范圍的突變，甚至 可能會(huì) 造成變壓器飽和， 可是 太慢也是不合理的。設(shè)每個(gè)周期調(diào)整相位幅度為 360dn ,(n是 DSP內(nèi)部正弦基準(zhǔn)表格的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù) ， d為每次改變正弦基準(zhǔn)表格的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù) )， 則跟蹤速度為 : ???????? = 360?????? (413) 則在并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓有 ?? 大小相位差時(shí)的跟蹤時(shí)間 : ???????? = ??????360?? (414) 由 上 式可知決定跟隨時(shí)間跟 θ和 d相關(guān)，考慮到大部分時(shí)間里 θ的值都應(yīng) 該比較小，所以一般情況下取 d=l，而 θ較大時(shí)考慮到跟隨速度，將 d設(shè)定為相 對(duì) θ的分段函數(shù)。 鎖相環(huán)流程圖如下 . 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 33 圖 鎖相環(huán)流程圖 離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制 光伏充電控制分析 在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，為了確保持續(xù)可靠的向負(fù)載供電，提高光伏電池發(fā)電的利用率，蓄電池作為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中不可缺少的儲(chǔ)能設(shè)備，起著關(guān)鍵性的作用。然而蓄電池壽命有限，對(duì)其充放電要有嚴(yán)格的并且合理的控制，如不合理的管理控制，再加上光伏系統(tǒng)工作環(huán)境和工作的特殊性，會(huì)大大縮短蓄電池的壽命。因此，蓄電池的控制管理是獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如圖開始 獲得電網(wǎng)電壓周期和正弦表格 CS 值 值和正弦表格 CS 伯 電網(wǎng)電壓頻率跟蹤 若 |TNTN1|≤δ ，則令 TNEW=TN1 若 δ≤ |TNTN1|≤ X,則令 TNEW=TN 令 TN1=TNEW Δ TNEW=??newn ， Δ TNEW 作 為下一個(gè) SPWM 周期值 電網(wǎng)電壓相位跟蹤 若 CS=0，則不改變 CS 值 若 0CS≤ n/2,則 CS=CSd 若 n/2CS≤ n1,則 CS=CS+d 中斷返回 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 34 [8]。 光伏陣列 光伏充電器結(jié)構(gòu)框圖 在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，為了在夜間或者連續(xù)幾天日照不足的情況下，系統(tǒng)仍然可以提供能量滿足用戶需求，必須備有儲(chǔ)存能量的環(huán)節(jié)。在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中通常采用鉛酸蓄電池組作為儲(chǔ)能環(huán)節(jié)。 控制器利用 MCU通過 PWM 功能對(duì)蓄電池進(jìn)行充電管理。若太陽(yáng)能電池正常充電時(shí)蓄電池開路，控制器將關(guān)斷負(fù)載，以保證負(fù)載不被損壞；若在夜間或光伏電池不充電時(shí)蓄電池開路，由于自身控制器得不到電力，不會(huì)有任何動(dòng)作。當(dāng)充電電壓低于保護(hù)電壓時(shí)，控制器自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載，保護(hù)蓄電池不受損害。若充電電壓高于保護(hù)電壓時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉蓄電池充電，后當(dāng)電壓降低到維護(hù)電壓時(shí)，蓄電池進(jìn)入浮充狀態(tài) 。 由于太陽(yáng)能電池的電壓與電流并不是線性的關(guān)系，且隨日照的強(qiáng)度和溫度的不同，光伏曲線也有所不同，如圖 光伏電池的伏安特性曲線，在每條曲線上都有一個(gè) 不同的最大功率點(diǎn)，也就是太陽(yáng)能電池的最佳工作點(diǎn)。 圖 光伏電池的伏安特性曲線 為了提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作效率，光伏電池得到充分利用，通過尋優(yōu)過程盡量使光伏電池運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處，若不在，則調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制輸出的占空比，改變MPPT 適配器 蓄電池 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 35 充電電流，使其靠近最大功率點(diǎn)，同時(shí)采用 PWM調(diào)制方式，使得充電電流為脈沖電流，提高充電效率。 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的主電路實(shí)質(zhì)上是一個(gè)降壓型直流變換器（ BUCK）。如圖， 圖 光伏電池主電路圖 基于太陽(yáng)能電池的特殊性，跟蹤最大功率點(diǎn)的方式有兩種，其一是恒定電壓式 最大功率點(diǎn)跟蹤器。由圖 可看出，當(dāng)溫度一定時(shí)，太陽(yáng)能電池的最大功率點(diǎn)幾乎落在同一根垂直線的兩側(cè)，則我們就可以把最大功率點(diǎn)的軌跡線近似看成電壓 V=const的一根垂直線，即只要保持太陽(yáng)能電池的輸出端為常數(shù)，且等于某日照強(qiáng)度下對(duì)應(yīng)的最大功率點(diǎn)的電壓，那樣就可以大致保證在該溫度下太陽(yáng)能電池輸出最大功率。 其控制框圖如下 [8] 負(fù)載 VSP* VDC ISP VSP + PWM 圖 恒定電壓式最大功率點(diǎn) 跟蹤方式控制簡(jiǎn)單，可靠性高，穩(wěn)定性好。然而卻受到溫度的極大影響。當(dāng)溫度變化較大時(shí)， CVT方式下的光伏陣列工作點(diǎn)將偏離最大功PI 調(diào)節(jié)器 i=f1(v) v=f2(i) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 36 率點(diǎn)。 第二種控制方式是真正的 MPPT 方式， 真正的 MPPT 是在任何溫度和日照條件下都能跟蹤太陽(yáng)能電池的最大功率。它是一種自主尋優(yōu)方式，穩(wěn)定性較差，但是動(dòng)態(tài)性能好。目前最常用的方式有擾動(dòng)觀測(cè)法和電導(dǎo)增量法。 MPPT 的實(shí)質(zhì)上是在 CVT的基礎(chǔ)上，改變太陽(yáng)能電池的工作點(diǎn)電壓 ，使太陽(yáng)能電池始終等于最大功率點(diǎn)處地電壓。它的內(nèi)環(huán)就是 CVT， MPPT控制框圖如圖 [8] 充電 電流 電壓 + + + + VSP 陣列電壓 圖 MPPT控制框圖 真正的 MPPT 的實(shí)現(xiàn)可用電導(dǎo)增量法，也可用擾動(dòng)觀測(cè)法，理論上電導(dǎo)增量法比擾動(dòng)法好，能快速適應(yīng)日照強(qiáng)度變化，然而因?yàn)閭鞲衅鞯木鹊纫蛩?，電?dǎo)增量法難以實(shí)現(xiàn)，因此采用電壓擾動(dòng)法，將本次的光伏陣列的輸出功率和上次的相比確定是增加還是減小光伏陣列的電壓。 P/W ???? ???? V/V 圖 VW曲線 如圖 ，若 Δ P0,說明光伏電池工作在電壓峰值左側(cè)，需要繼續(xù)增大工作電壓，從左邊向 最大功率點(diǎn)靠近；若 Δ P0,n那說明光伏電池工作在電壓PI 調(diào)節(jié)器 1 i=f1(v) v=f2(i) PI 調(diào)節(jié)器 2 PI 調(diào)節(jié)器 3 MPPT 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文） 37 峰值的右側(cè)，則需要減小工作電壓，從右側(cè)向最大功率點(diǎn)靠近；如果 Δ P=0，那說明了光伏電池正處在最大功率點(diǎn)附近，工作電壓保持不變即可。 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器控制技術(shù) 逆變器是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，是將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷难b置。光伏電池 說發(fā)出的電能是直流電能，但是生活中使用的大部分設(shè)備都是交流供電方式， 因此逆變器的效率將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的效率，對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)起