【正文】 。如果逆變器的輸出采用電流控制，則只需控制逆變器的輸出電流跟蹤電網(wǎng)電壓，控制逆變輸出電流與電網(wǎng)電壓同頻同相，這樣系統(tǒng)的功率因數(shù)為 1，即可達(dá)到電流源與電壓源并聯(lián)運(yùn)行的目的。 綜合以上原因，在本文中采用電壓源輸入、電流源輸出的控制方式。 輸出電流的控制方式 26 方案選 取 直接電流控制的跟蹤方式主要有幾種 :滯環(huán)比較控制、固定開關(guān)頻率的 PWM 控制 [27]、無差拍控制 [28]。固定開關(guān)頻率的 PWM 控制，即將電流實(shí)際值 oi 和指令值refi的差經(jīng) PI 環(huán)節(jié)后和高頻三角載波比，得到 PWM 波，驅(qū)動逆變橋，實(shí)現(xiàn)電流跟蹤。 在固定開關(guān)頻率的 PWM的控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)參數(shù)和負(fù)載的波動對系統(tǒng)的控制精度有很大的影響。對于電壓型的電流跟蹤系統(tǒng)，當(dāng)交流側(cè)電壓發(fā)生波動時，若 PWM 開關(guān)頻率固定，則電流跟蹤偏差 大小也發(fā)生波動。然而當(dāng)交流側(cè)電壓發(fā)生波動的同時，若 PWM 的開關(guān)頻率也作相應(yīng)的波動時，則電流跟蹤的偏差幾乎不變。滯環(huán)控制是一種應(yīng)用廣泛的閉環(huán)電流跟蹤控制方法，其主要優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡單。滯環(huán)控制單元同時具有兩種功能，一是作為閉環(huán)電流調(diào)節(jié)器，二是起著脈寬調(diào)制器的作用，將電流參考信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的開關(guān)指令信號。 圖 PWM電流跟蹤控制的單相全橋逆變器原理圖。在控制系統(tǒng)中，一般通過電壓外環(huán)為滯環(huán)控制單元提供瞬時電流參考信號 ?i 。電壓環(huán)用來控制直流側(cè)電壓 dcV ，并且調(diào)節(jié)器的輸出作為給定電流信號的幅值 mI ，與電網(wǎng)電壓同步的單位正弦信號和 mI 一起構(gòu)成了并網(wǎng)電流的給定值 ?i ，其和實(shí)際的并網(wǎng)電流 si 比較，經(jīng)過滯環(huán)控制，得到了一個橋臂的兩個互補(bǔ)的驅(qū)動信號 Gl 和 G2。 P I驅(qū)動++~同 步+dcVdcV ?dcVG 1G 2H L 1i? ?i siT 1T 2T 3T 4V D 1 V D 2V D 3V D 4Li sv 圖 并網(wǎng)型逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制 方案 固定滯環(huán)寬度的電流控制原理如圖 所示，把指令電流 ?i 和實(shí)際輸出電流 si 的偏差 sii ?? 作為帶有滯環(huán)特性的比較器的輸入，通過其輸出來控制功率器件的通斷。設(shè) si 的正方向如圖 所示，當(dāng) si 為正時， Tl 和 T4導(dǎo)通，電感電壓為 sdc vV ? ，電感電流增加；當(dāng) Hii s ???? 時 (H 是半滯環(huán)寬度 )，改變開關(guān)狀態(tài)， T2 和 T3 導(dǎo)通，此時電感電壓為sdc vV ?? ，電感電流減少，當(dāng) Hii s ??? 時，開關(guān)狀態(tài)再次改變。這樣，通過環(huán)寬為 2H的滯環(huán)比較器的控制， si 就在 Hi ?? 和 Hi ?? 的范圍內(nèi)，呈鋸齒狀的跟蹤指令電流 ?i 。 27 圖 固定滯環(huán)寬度的電流控制原理圖 滯環(huán)環(huán)寬對跟蹤性能有較大影響，環(huán)寬過寬時，開關(guān)動作頻率低，但跟蹤誤差增大；環(huán)寬過窄時，跟蹤誤差減小，但開關(guān)動作頻率過高，甚至超過開關(guān)器件允許的頻率范圍，開關(guān)損耗隨之增大。滯環(huán)比較方式 PWM 電流跟蹤控制的變流電路有如下特點(diǎn) [27]: 硬件電路簡單易控； 實(shí)時控制，電流響應(yīng)快； 毋需斬波，輸出電壓中不含特定頻率的諧波分量。 若滯環(huán)的寬度固定，電流跟隨的誤差范圍是固定的，但電力半導(dǎo)體器件的開關(guān)頻率卻是變化的，這將導(dǎo)致電流頻譜較寬，增加了濾波器設(shè)計的難度，可能會引起間接的諧波干擾。 參數(shù)選取 28 1． DClink 電容容量選擇 [27] DClink 電容容量選擇依據(jù)是限制 DClink 電壓紋波，對于單相系統(tǒng)，其并網(wǎng)的功率 sP存在一個兩倍于工頻的功率波動。如果并網(wǎng)電流 si 與電網(wǎng)電壓 sv 同頻同相，則并網(wǎng)的功率瞬時值為： ? ?tIVtItVivP sssssss ??? 2c os1c os2c os2 ?????? ????????? （ 41） 值 sss IVP? 是并網(wǎng)功率的平均值，并 網(wǎng)功率中的交流成分為 tIVP sss ?2cos? ? 。該角頻率為 ?2 的交流成分將使 DClink 電壓 dcV 產(chǎn)生波動，波動電壓可以用下面的方程來表示： tCV IVdtVPCVlinkdcssdcslinkrip?? 2s i n2~1 ?? ?? ? ???????????????? （ 42） 假設(shè) DClink 電壓允許的紋波值為 prippV ? ，可以得出 linkC 的值： pripplinklink VVPC?? ?? ? ~??????????????????????? （ 43） 2．并網(wǎng)系統(tǒng)中的電抗器的選擇 [27] 并網(wǎng)系統(tǒng)中的電抗器是連接光伏發(fā)電系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的重要部分。電感量的大小影響電流的變化速度，連接電感量 L越小，光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)電流 si 變化越快； L越大， si變化越慢。要使光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)電流 si 能夠迅速的跟蹤給定電流信號tIi m ?sin?? ，則其變化率 能 dtdis 大于給定電流信號的變化率 dtdis? ，所以： tIL tVV mmdc ?? c oss in ?? ????????????????????? （ 44） 即 ???????? ?? tI tVVLmmdc ?? ?c oss inm in ????????????????????? （ 45） 式（ 45）中， dcV 為逆變器直流母線 DClink 電壓， mV 為電網(wǎng)電壓幅值， mI 為并網(wǎng)電流幅值。由于開關(guān)器件開關(guān)頻率的限制，電感 L不能取的太小，否則電流波動劇烈，裝置輸出電流諧波含量大，主電路無法正常工作，所以： ti VVL mdc ???? ?????????????????????????? (46） 式中 t? 為控制周期， i? 為每個控制周期內(nèi)允許的最大電流波動值。由式（ 45）和式（ 46）可得出電感 L 的取值范圍為： ???????? ????? ? tI tVVLti VV m mdcmdc ?? ?c oss i nm i n????????????????? (47) 逆變器是將直流電變成交流電的一種設(shè)備。由于太陽能電池和蓄電池發(fā)出的是直流電，當(dāng)用于交流負(fù)載時，逆變器是不可或缺的。逆變器按運(yùn)行方式，可分為獨(dú)立逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨(dú)立逆變器應(yīng)用于獨(dú)立運(yùn)行的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，可為獨(dú)立負(fù)載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運(yùn)行的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，可將發(fā)出的電饋入電網(wǎng)。 由于光伏電池產(chǎn)生電壓小于用電電壓，所以需要升壓斬波電路。 逆變電路仿真研究 29 4． 4． 1 逆變電路仿真模型 圖 電流滯環(huán)控制逆變電 路模型 電流滯環(huán)控制如圖 所示，電流實(shí)際值 oi 和指令值 refi 的差經(jīng) PI 環(huán)節(jié)后和高頻三角載波相比，得到 PWM 波，驅(qū)動逆變橋，實(shí)現(xiàn)電流跟蹤。圖 中逆變橋采用 Universial Bridge 代替分立的開關(guān)管，橋臂數(shù)目選擇 2， Gain2 為 12202， PI 模塊中 Kp 為 ，Ki為 600，上下限分別為 ? 610 。 4． 4． 2 逆變電路仿真波形圖 將圖 ，點(diǎn)擊 Star Simulation 按鈕，得到圖 為電流滯環(huán)控制逆變電路仿真波形圖。 30 （ 1） Scope5波形圖 （ 2） Scope8波形圖 （ 3） Scope6波形圖 31 (4)Scope10波形圖 圖 電流滯環(huán)控制逆變電路仿真波形圖 如圖 ，（ 1） Scope5波形圖中，上面一條曲線是輸出電壓 Uo的波形，下面是采樣點(diǎn)的電流波形，此處采樣電流可以用來改變給定電流 的相位，當(dāng) k為正時，相位不變，k為負(fù)時，相位變化 180o 。（ 1） Scope5波形圖中上下兩條曲線相位相差 180o 。 圖 Step為給定電流，圖 （ 2） Scope8波形圖為給定電流經(jīng)相位變換后的波形，該值將經(jīng)過 PI環(huán)節(jié)后得到標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，如圖 (3)Scope6波形圖所示。該正弦波控制 Discrete PWM Generator模塊得到 PWM波，驅(qū)動逆變橋，實(shí)現(xiàn)電流蹤，如圖 （ 4） Scope10波 形圖所示。圖 （ 4）中綠色為 Io，藍(lán)色為 Uo ,我們看出藍(lán)色曲線與圖 （ 1） Scope5波形圖中上面一條曲線表示同一輸出量。由此可見，逆變之后，輸出電壓和輸出電流均為正弦波，符合要求。 由于圖 ，電源為理想直流電源，所以逆變結(jié)果是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。但是實(shí)際的PV電池的輸出并不是理想的直流電，如圖 ，輸出電壓波形（ Scope3）先是在一個較大的電壓值附近震動，然后突然減小至一個較小的電壓值，之后震蕩穩(wěn)定在該電壓值附近。所以實(shí)際的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中， Scope6輸出波形，應(yīng)該是首先是一個 幅值較大的正弦波，然后變成一個幅值較小的正弦波，且正弦波會有毛刺。 32 5 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 圖 總系統(tǒng)框圖 本章設(shè)計了一種用于光伏發(fā)電的變換器，包括 DC／ DC 和 DC／ AC變換器?？偟南到y(tǒng)設(shè)計方案如圖 。由于光伏電池輸出的電能是直流電，并且受光照、溫度等因素影響較大，質(zhì)量和性能很差，具有不穩(wěn)定性，一般不能直接用于負(fù)載，需要電力電子變換器進(jìn)行電能的交直流變換、波形的整定與控制。其中 boost 模塊就是 DC／ DC 變換器，而逆變器 就是 DC／ AC變換器。 6 討論 本文以具有 MPPT 功能的光伏并網(wǎng)逆變器為研究對象，對光伏電池特性、最大功率點(diǎn)跟蹤方法、逆變電路等方面展開了討論。主要完成了以下幾個方面的工作： 研究了光伏電池的基本發(fā)電原理和輸出特性，并建立 PV 模型，由仿真結(jié)果可以看出，仿真的結(jié)果和理論分析是一致的。進(jìn)一步分析了影響光伏電池輸出特性的因素。為整個系統(tǒng)的研究提供了基礎(chǔ)。 對光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤進(jìn)行研究，比較各種跟蹤方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出改進(jìn)方法，并用 MPPT 控制 boost 變換器的占空比，實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤。改進(jìn)的方法能更有效 、可靠的實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤。 對并網(wǎng)逆變器進(jìn)行研究，主要研究了逆變系統(tǒng)各重要元件參數(shù)的選取方法以及逆變系統(tǒng)的控制方法。后級逆變電路采用電流滯環(huán)環(huán)控制方法 ,電流滯環(huán)控制并網(wǎng)電流實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。在這種系統(tǒng)中 ,最大功率點(diǎn)跟蹤和并網(wǎng)是相互獨(dú)立的 ,互不干擾 , 使整個系統(tǒng)更加靈活可靠。最后用 MatlabR2020a/ Simulink 進(jìn)行了仿真 ,證明了該逆變系統(tǒng)的可行性。 由于作者水平有限，本文只對其做了初步的分析研究，有待于進(jìn)一步學(xué)習(xí)。 光伏電池 MPPT boost 逆 變 器 電 網(wǎng) 33 致謝 在本次畢業(yè)設(shè)計中，得到了 徐 老師的悉心指導(dǎo)。 從選題、研究進(jìn)展的每 一步、論文的撰寫到最后的定稿處處體現(xiàn)著導(dǎo)師多年的精心指導(dǎo)和親切關(guān)懷。我從導(dǎo)師那里學(xué)習(xí)來的對待學(xué)術(shù)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度是我一生享之不盡的財富，導(dǎo)師也為我在待人接物的方面樹立了學(xué)習(xí)的榜樣，導(dǎo)師對科學(xué)前沿的敏銳洞察力以及對科學(xué)事業(yè)的執(zhí)著追求使我們深受熏陶，并將終生受益。借此論文完成之際，謹(jǐn)向?qū)熤乱宰钫\摯的敬意 ! 在課題的研究中，我也得到了周邊同學(xué)的關(guān)心和幫助。與他們的多次探討和交流，使我受益匪淺。 在我 的 PV 模塊一籌莫展時，他們 給予我最真誠的鼓勵和幫助 。 在此，我向身邊關(guān)心我的同學(xué)致以誠摯的謝意 ！ 最后感謝母校 南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 多 年來對我的教育與培養(yǎng) ， 感謝每一位給過我?guī)椭睦蠋熍c同學(xué)。正是他們使我的知識體系不斷的完善，使我的各方面得以進(jìn)步和發(fā)展。 34 參考文獻(xiàn)： [1] 王長貴 . 新能源和可再生能源的現(xiàn)狀和展望 . 太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇論文集 . 2020(9)： 49 [2] 趙爭鳴，劉建政，孫曉瑛，袁立強(qiáng)等 . 太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用 [M]. 北京：科學(xué)出版社， 2020:12 [3] 王克強(qiáng)，左娜，劉紅梅 . 國際能源發(fā)展分析 [J]. 上海財經(jīng)大學(xué)學(xué)報， 11(6)， 5764 [4] 費(fèi)維揚(yáng)，趙興雷，周文戟．全球氣候變暖：人類面臨的世紀(jì)挑戰(zhàn) [5] Bimal K． Bose． Energy， Enviroment， and Advances in Power Electronics． IEEE Transactions on Power Electronics， v01． 15 pp． 688～ 701， July， 2020 [6] C． Hua and C． Shen． Comparative Study of Peak Power Tracking Techniques for Solar Storage System． IEEE Appl ied Power Electronics Conference and ExpositionProceedings 1988， v01． 2 pp． 679～ 683 [7] K． H． Hussein， I．