【正文】 此重復(fù)上述過(guò)程即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤。從光伏陣列接收太陽(yáng)能開(kāi)始，其輸出電壓會(huì)周期性的發(fā)生弱變。 爬山法 爬山法可理解為一種自尋優(yōu)的控制過(guò)程，它的控制思想是：第一步， 得出 光伏陣列輸出 端的 電壓、電流信號(hào)， 并利用乘法器將兩者相乘得到此刻的功率（現(xiàn)時(shí)功率），第二 步 ，將此刻的功率（ 實(shí) 時(shí)功率）與前一時(shí)刻的功率（記憶功率）進(jìn)行對(duì)比， 利 用 對(duì)比之后的結(jié)果判斷 電壓 的增減 [29]。 當(dāng)光伏電池內(nèi)阻等于 直流 直流 轉(zhuǎn)換器等效電阻時(shí)，轉(zhuǎn)換器上分得的電壓 為Vi/2，也就是說(shuō)通過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)載兩端電壓到 Vi/2，光伏電池 發(fā)出的功率 就能夠 達(dá) 到最大。因此對(duì)式 （ ）進(jìn)行 求導(dǎo)取極值的處理是 正確 的。 通過(guò) 電路原理 計(jì)算出直流負(fù)載 Ro 消耗 的功率為 ： ooiioRo RRR VRIP )(2 ??? （ ） 因?yàn)樨?fù)載變化導(dǎo)致其分配功率發(fā)生變化， Vi、 Ri 都是常數(shù)。圖 為光伏電池 帶直流負(fù)載工作 時(shí)的 等效電路 。因此，最大功率跟蹤裝置也成為現(xiàn)代光伏發(fā)電系統(tǒng)中關(guān)鍵的部分，且未來(lái)經(jīng)濟(jì)潛力巨大，具有很大的市場(chǎng)空間。最大功率點(diǎn)跟蹤控制的基本思想就是 依靠不斷調(diào)節(jié)光伏陣列 末 端 的輸出 電壓，盡量使其數(shù)值逼近 此時(shí) 環(huán)境下輸出功率 最大時(shí)所對(duì)應(yīng) 的電壓， 從而 提高系統(tǒng)發(fā)電能力。 圖 單相全橋逆變電路 最大功率點(diǎn)跟蹤模塊的原理及分析 最大功率點(diǎn)跟蹤 原理 早期的并網(wǎng)逆變發(fā)電中存在著能 量 轉(zhuǎn)換效率低、輸出不穩(wěn)定等問(wèn)題。同理，在控制器發(fā)出柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)使得開(kāi)關(guān)管 T T3 截止和 T T4 導(dǎo)通時(shí)，二極管 DD4 續(xù)流，輸出電壓 U0﹦ Ud，一直持續(xù)到續(xù)流電流減小至 0 后，開(kāi)關(guān)管 T T4才導(dǎo)通，輸出電壓 U0﹦ Ud。在由開(kāi)關(guān)管 T1 和 T4截止到 T2 和 T3 導(dǎo)通的過(guò)渡過(guò)程中，二極管 D D3 延續(xù) 電流，從而使得流過(guò)電感 L 的電流連續(xù)，這時(shí)逆變器輸出的電壓 U0﹦ Ud。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，開(kāi)關(guān)管 T1 和 T T2 和 T3 互補(bǔ)交替導(dǎo)通。 則有： ? ?i L on o i L onU i t U U i t?? （ ） 化簡(jiǎn)得 ， 11o i io ffTU U UtD?? ? （ ） 如果將電路中的損耗忽略不計(jì)，則負(fù)載消耗的電能只是由電源提供，即： i i o oUI U I? （ ） 后級(jí)單相全橋逆變器的工作原理 單相全橋逆變電路的原理圖如圖 示，它一共有 4 個(gè)橋臂，其中 1 個(gè)可控器件和 1 個(gè)反并聯(lián)二極管組成一個(gè)橋臂，每一個(gè)半橋電路又由上下兩個(gè)橋臂組成， 2 個(gè)半橋電路組合成一個(gè)全橋逆變電路。 設(shè)開(kāi)關(guān)管 T 處于導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間為 ton，在這段過(guò)程中電感 L 上積蓄的能量為 UiiLton。 采用電流型控制的光伏模塊 的最大功率控制 11 圖 Boost電路的工作原理 電路在穩(wěn)定工作情況下運(yùn)行時(shí)，假 設(shè)電路中的電感 L 值和電容 C 值都很大。 Boost 電路的升壓過(guò)程也會(huì)結(jié)束，如圖 給出了 Boost 電路的升壓過(guò)程示意圖，升壓階段從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)相當(dāng)于電感所含電能的傳送。當(dāng)開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)，因?yàn)殡姼芯邆溆须娏鞅３值墓δ?，流?jīng)電感的電流并不會(huì)立刻減小為 0，而是會(huì)從充電完成時(shí)電流大小的值緩慢的減小到 0。在圖 所示的電路中，充電時(shí)，開(kāi)關(guān)管 Q1 導(dǎo)通，電路相當(dāng)于短路狀態(tài)，這時(shí)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)輸出的直流電能流過(guò)電感。 P′(Vk)和 P″(Vk)代表 第 k 次迭代 下功率對(duì)電壓 的一 、 二階 導(dǎo) 數(shù)。 采用電流型控制的光伏模塊 的最大功率控制 10 式 （ ） 中 ， Vk 和 Vk+1 代表 V 的第 k 次和第 k+1 次迭代值。 標(biāo)準(zhǔn)狀況 下， 在已知 光伏電池電壓 V 時(shí)， 可通過(guò)式（ ）得到 對(duì)應(yīng)的電流： 21(1 ( 1))ocV DVCVscI I C e DI??? ? ? ? ? ? () 式中： 21 (1 / )mocVCVm scC I I e??? () 2 ( / 1)/ln(1 / )m oc m scVV II? ? ? () / ( / 1 )r e f r e f s cDI S S DT S S I?? ? ? ? ? ? () 采用電流型控制的光伏模塊 的最大功率控制 9 sDV DTRDI???? ?? () c refT T T?? () 其中， scI—— 在 標(biāo)準(zhǔn)狀況 下 ， 光伏電池短路 時(shí)的 電流（ A）； ocV—— 在 標(biāo)準(zhǔn)狀況 下 ， 光伏電池 開(kāi)路時(shí)的電壓 （ V）； mI—— 最大功率點(diǎn)的電流（ A）； mV—— 最大功率點(diǎn)的電壓（ V）； ?—— 電流變化溫度系數(shù)（ A/C? ）； ?—— 電壓變化溫度系數(shù)（ V/C? ）； refS 、refT—— 在 標(biāo)準(zhǔn)狀況下， 光照 強(qiáng)度和電池溫度的值， 通常 取為 21kW/m ，25C?； sR—— 光伏電池的串聯(lián)電阻（ Ohms） ； 在 任意 光照 強(qiáng)度 2(kW/m )S 和環(huán)境溫度 Ta（ ℃ ） 下 ， 光伏 電池溫度 Tc（ ℃ ）為 ： c a cT T t S? ? ? （ ） 式中， S——光伏電池 板 面上的 受到的光照 強(qiáng)度 (kW/m2)； tc——光伏電池 組件 的溫度系數(shù) ()，通常取為 ； Ta——環(huán)境溫度（ ℃ ） ； Tc——光伏電池結(jié)溫（ ℃ ） ； 從以上公式看出， 通過(guò) 光伏電池上的總 光照 輻射 量 和 光伏 電池 的工作 溫度可直接計(jì)算出 此等條件下 太陽(yáng)能電池的最大輸出功率點(diǎn)。 當(dāng)接有純阻性負(fù)載時(shí)，可得到如 圖 所示 的 光伏電池等效電路。在此將 根據(jù)文獻(xiàn) [25]中的分析來(lái) 構(gòu)建 光伏電池 仿真 模型。直流母線的作用除了連接直流 直流變流電路和直流 交流逆變電路之外，還完成了電能的傳遞。這種結(jié)構(gòu)可以大大提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。 并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的方案及其工 作原理 經(jīng)過(guò)對(duì) 節(jié)中三種并網(wǎng)逆變器的比較，本文的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)決定采用無(wú)變壓器的兩級(jí)結(jié)構(gòu)，如圖 所示，前級(jí) DCDC 變流電路和后級(jí)的 DCAC 逆變電路通過(guò)直流母線相連。 圖 非隔離型并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu) 與帶有變壓器的光伏逆變器相比，非隔離型并網(wǎng)逆變器使用了較多的電子器件，這就使得系統(tǒng)的整體體積小，建造成本低，工作效率高。此外，這種結(jié)構(gòu)使所用到的器件數(shù)量增多，使得建設(shè)成本將會(huì)比較高。從可靠性方面來(lái)分析，復(fù)雜程度的增高會(huì)使系統(tǒng)可靠性會(huì)隨之降低，所以這種結(jié)構(gòu)可靠性并不高。 （ 2） 圖 為 高頻并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu) ，太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的直流電能 先通過(guò)DCAC 環(huán)節(jié)變?yōu)榻涣麟?，再進(jìn)入變壓器經(jīng)過(guò)升壓或降壓處理，處理后的交流電能再經(jīng)整流器做整流處理變成符合并網(wǎng)規(guī)范的直流電壓，最終進(jìn)入工頻逆變橋逆變后并入公用電網(wǎng)。但系統(tǒng)和電網(wǎng)中間的隔離非常重要，工頻變壓器則順利解決了這一問(wèn)題，使得系統(tǒng)工作性能顯著提高。 電能是在變壓器中 實(shí)現(xiàn)的電壓間匹配和與公共電網(wǎng)的電氣隔離 。 并網(wǎng)逆變器的隔離方式 根據(jù)變壓器的有無(wú)可將并網(wǎng)逆變器分為隔離型并網(wǎng)逆變器和非隔離型并網(wǎng)逆變器兩大類 ，根據(jù)其工作頻率的高低 又可以將隔離型并網(wǎng)逆變器逆變器分為高頻隔離型和工頻隔離型 [22]。開(kāi)關(guān)管由可控器件與二極管串聯(lián)組成，這種結(jié)構(gòu)可以阻止反向電流通過(guò)，同時(shí)對(duì)于可控器件的耐壓性也有很大提高。 圖 電流型并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)圖 圖 電流型并網(wǎng)逆變器對(duì)直流電壓沒(méi)有太多要求，低于并網(wǎng)側(cè)電壓峰值也可以工作，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)省去了中間采購(gòu) DC/DC 升壓環(huán)節(jié)設(shè)備的開(kāi)銷(xiāo)，且采用電感使用壽命較長(zhǎng)，工作性能穩(wěn)定，可靠性比較高。電流型并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)如圖 所示，其輸入端串聯(lián)了一個(gè)電感，作用為通過(guò)儲(chǔ)能使輸入端具有阻抗較高的特點(diǎn)，從而輸入側(cè)近似看作電流 源。因此本文選用了全橋逆變電路作為系統(tǒng)的逆變部分。單相帶中心抽頭變壓器逆變電路中的開(kāi)關(guān)器件所承受的電壓與全橋逆變電路相比提高了 一倍，但是這種結(jié)構(gòu)要求含有一個(gè)帶中心抽頭的變壓器，使得電路的體積將會(huì)變大，另一方面也使系統(tǒng)的建設(shè)成本增加，另外，變壓器對(duì)外漏磁帶來(lái)的電磁干擾同樣是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。 采用電流型控制的光伏模塊 的最大功率控制 5 第 2 章 光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)分析 逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同，逆變器主要有半橋逆變電路，全橋逆變電路和帶中心抽頭變壓器的逆變電路三種類型 [20]。 第二章，分析光伏逆變系統(tǒng)的總體構(gòu)成和工作原理，給出總體設(shè)計(jì)方案，分析了光伏電池， Boost 升壓電路， 最大功率點(diǎn)跟蹤算法 ，并網(wǎng)逆變器 等主要模塊的原理，為后文的研究工作打下良好基礎(chǔ)。 2. 基于 SPWM 控制算法的 光伏逆變系統(tǒng)仿真模型建立 建立以 DC/AC 變換和 PWM 調(diào)制策略為特點(diǎn)的 正弦脈寬調(diào)制 （ SPWM）控制光伏逆變系統(tǒng)仿真模型； 3. 光伏逆變系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析 通過(guò)具體應(yīng)用系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)和模擬調(diào)試實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證系統(tǒng)建模和控制方法的可行性與正確性。但大功率并網(wǎng)逆變器上，國(guó)內(nèi)企業(yè)在轉(zhuǎn)換效率、結(jié)構(gòu)工藝、智能化程度、穩(wěn)定性等方面與國(guó)外先進(jìn)水平還有很大的差距，仍需進(jìn)一步發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)光伏逆變器的領(lǐng)導(dǎo)品牌主要是陽(yáng)光電源、艾思瑪、KACO 等，其中合肥陽(yáng)光電源公司生產(chǎn)的光伏逆變器在中國(guó)市場(chǎng)占 據(jù)的份額≧70%，且通過(guò)代理渠道進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的國(guó)外企業(yè)多數(shù)由于售后服務(wù)提供難度大整體上在中國(guó)市場(chǎng)的占有率不高。因此要發(fā)展我國(guó)的光伏并網(wǎng)發(fā)電產(chǎn)業(yè)，應(yīng)從根本上解決核心部件的獨(dú)立研發(fā)難題。國(guó)內(nèi)對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器的研究主要集中于最大功率點(diǎn)跟蹤和逆變部分兩級(jí)互相獨(dú)立的能量轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu) [19]。且我國(guó)光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的研究起步比較晚，目前光伏并網(wǎng)逆變器在市場(chǎng)上基本沒(méi)有國(guó)產(chǎn)的光伏逆變器。 與之相比，目前的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模小，雖說(shuō)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠商眾多，但專門(mén)生產(chǎn)這類逆變器的卻不多。 現(xiàn)今國(guó)外的光伏并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)的重點(diǎn)主要是 放在 DCDC 變換的最大功率點(diǎn)和 DCAC 變換的逆變部分上。 Satcon 公司開(kāi)發(fā)的光伏逆變器也具有最大功率點(diǎn)跟蹤功能主要應(yīng)用于中、大功率范圍。多支路逆變器系列是最 新產(chǎn)品，其優(yōu)勢(shì)為結(jié)構(gòu)方面采用的是 DCDC變換和 DCAC變換兩級(jí)獨(dú)立能量變換結(jié)構(gòu) ,而且它的每一個(gè)相互間獨(dú)立的支路又具有單獨(dú)跟蹤太陽(yáng)能電池的最大功率點(diǎn)的功能 [16]。下面就以 SMA 公司產(chǎn)品的發(fā)展為例子來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下國(guó)外光伏逆變器的發(fā)展?fàn)顩r。 光伏并網(wǎng)逆變器的 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 光伏逆變器的市場(chǎng)最早在歐洲開(kāi)辟，現(xiàn)如今光伏技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位歐洲已具備了完善的光伏產(chǎn)業(yè)鏈和占據(jù)了龐大的市場(chǎng)。但隨著多逆變器廣泛應(yīng)用于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，使防孤島效應(yīng)的難度有所提升，這將是未來(lái)開(kāi)發(fā)多逆變器亟待解決的難題。 其次，逆變器與電網(wǎng)直接相連，要符合國(guó)家電網(wǎng)的相關(guān)規(guī)定 [14]。 首先，只有光伏陣列工作在最大功率點(diǎn)處或其附近，才能提高輸出特性是呈非線性，輸出功率隨著日照強(qiáng)度和環(huán)境溫度等外部環(huán)境變化而變化的光伏發(fā)電系統(tǒng)中的光伏電池的轉(zhuǎn)換效率 [12]。 逆變器也可以稱為逆變電源 ,它是通過(guò)控制半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)的接通和斷開(kāi)來(lái)將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷囊环N變流轉(zhuǎn)置，逆變器及逆變技術(shù)的簡(jiǎn)單分類 [11]如表 所示： 表 逆變器及逆變技術(shù)的簡(jiǎn)單分類 分類方式 類 型 1 2 3 4 輸出交流電相數(shù) 單相逆變器 三相逆變器 多相逆變器 輸入直流電源性質(zhì) 電壓源型逆變器 電流源型逆變器 主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 推挽逆變器 半橋式逆變器 全橋逆變器 輸出交流 電的頻率 低頻逆變器 工頻逆變器 中頻逆變器 高頻逆變器 處于光伏陣列和電網(wǎng)中間的環(huán)節(jié)主要是用于服務(wù)用電戶的光伏并網(wǎng)逆變器 。 光伏并網(wǎng)逆變器技術(shù)簡(jiǎn)介 盡可能的減小能量的損耗 且 降低系統(tǒng)的成本，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)采用了并網(wǎng)逆變器將太陽(yáng)電池組件中產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)相匹配的同頻同相的交流