【正文】 電路可以看作是負(fù)載的一部分，不過(guò)這個(gè)負(fù)載不是固定不變的，而是時(shí)刻根據(jù)母線上負(fù)載的變化而變化，以維持太陽(yáng)電池陣的總負(fù)載不變。線性分流又有全太陽(yáng)電流池陣線性分流和局部線性分流兩種。把最大功率點(diǎn)跟蹤簡(jiǎn)化為恒電壓跟蹤。1 電壓跟蹤法最簡(jiǎn)單的方法是電壓跟蹤法。峰值功率跟蹤器利用了dP/dI這一特點(diǎn)，控制太陽(yáng)電池陣的工作電流從而使太陽(yáng)電池始終工作在最佳工作點(diǎn)，保持太陽(yáng)電池陣的最大輸出功率。峰值功率跟蹤實(shí)際上是一種功率調(diào)節(jié)，而不是電壓調(diào)節(jié)，采用峰值功率跟蹤的目的是為了最大限度的利用太陽(yáng)電池陣的能量，峰值功率跟蹤單元的輸出電壓是變化的。調(diào)節(jié)器的參數(shù)可以有各種不同的搭配，用不同的整定參數(shù)有可能得到同樣的控制效果，只要被控過(guò)程主要指標(biāo)已達(dá)到設(shè)計(jì)要求即可 最大功率點(diǎn)跟蹤算法 最大功率點(diǎn)跟蹤方法峰值功率跟蹤方式是在太陽(yáng)電池陣和負(fù)載間引入一個(gè)串聯(lián)開關(guān)調(diào)節(jié)器，它通過(guò)調(diào)節(jié)太陽(yáng)電池陣的工作點(diǎn)來(lái)滿足負(fù)載的需要，并在負(fù)載需要情況下，自動(dòng)跟蹤太陽(yáng)電池陣的峰值功率點(diǎn)，以獲得最大的輸出功率，由于在太陽(yáng)電池陣和負(fù)載之間多了一個(gè)調(diào)節(jié)的環(huán)節(jié)，降低了功率傳輸效率，控制電較復(fù)雜，但功率調(diào)節(jié)方式是一個(gè)非耗散型電源系統(tǒng)，它嚴(yán)格按照負(fù)載的需求控制太陽(yáng)電池陣的輸出功率，不產(chǎn)生過(guò)剩功率，采用峰值功率跟蹤器，可以最大程度利用太陽(yáng)電池陣的輸出功率。整定時(shí)首先置積分時(shí)間界為一較大值，并將經(jīng)第一步整定得到的比例系數(shù)略微縮小(如縮小為原值的80%)，然后減小積分時(shí)間，使在保持系統(tǒng)良好動(dòng)態(tài)性能的情況下，靜差得到消除。如果系統(tǒng)沒有靜差或靜差已小到許可范圍內(nèi)，并且響應(yīng)曲線已屬滿意，那么只需用比例調(diào)節(jié)器即可，比例系數(shù)可由此確定。在試湊時(shí)，可參考以上規(guī)律，對(duì)參數(shù)實(shí)行先比例、后積分的整定步驟。但過(guò)大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變差。試湊法是通過(guò)模擬或閉環(huán)運(yùn)行(如果允許的話)觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，反復(fù)試湊參數(shù)，以達(dá)到滿意的響應(yīng)，從而確定PI參數(shù)。理論計(jì)算要求已知各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，計(jì)算比較繁瑣。對(duì)上式進(jìn)行離散化處理，得到遞推PI算式： (29)其中： (210)整定過(guò)程即調(diào)節(jié)PI控制器參數(shù)，選擇采樣周期T，使得控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)達(dá)到要求。為積分時(shí)間。并網(wǎng)逆變器輸出電流i，電網(wǎng)電壓us，逆變器輸出電壓UI，三者之間的相位關(guān)系，滿足矢量關(guān)系式: (23)只要滿足這種關(guān)系，輸出電流就要以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓的同頻同相對(duì)逆變器輸出端電路，以逆變器輸出電流為狀態(tài)變量，可以得到 (24)寫成復(fù)數(shù)域形式為 (25)逆變器可以等效為一個(gè)小慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)可以寫作 (26)其中Tp為小時(shí)間常數(shù)，Kp為逆變器增益，與PI調(diào)節(jié)器的最大限幅有關(guān)。這種方式與其他用三角波作為載波的PWM控制方式不同，它不直接將指令信號(hào)i*與三角波比較，而是將廠與反饋電流i的偏差△i經(jīng)過(guò)放大器A之后再與三角波比較。直接電流控制，就是采用跟蹤型PWM控制技術(shù)，根據(jù)指令信號(hào)和實(shí)際供給電流之間的相互關(guān)系，得出控制主電路各個(gè)IGBT通斷的PWM信號(hào)，光伏發(fā)電系統(tǒng)就相當(dāng)于一個(gè)受控電流源。要使光伏發(fā)電系統(tǒng)能輸出電流，則Ui必須大于Us，且逆變器本身提供了有功功充電路中的損耗，而電網(wǎng)電壓Us與電流I同相，因?yàn)榫€路中電抗器X的存在，使變器輸出電網(wǎng)電壓Ui與電網(wǎng)電壓Us不再是同相，而存在一個(gè)相位差σ，改變這個(gè)差，并且改變Ui的幅值，則產(chǎn)生的電流的相位和大小也就隨之改變，光伏發(fā)電裝入電網(wǎng)的有功功率也就因此得到調(diào)節(jié)。圖26 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)等效電路其中Us為電網(wǎng)電壓，Ui為逆變器輸出電壓。光伏發(fā)電正常工作時(shí)就是通過(guò)電力半導(dǎo)體開關(guān)的通斷將直流側(cè)電壓轉(zhuǎn)換成交流側(cè)與電網(wǎng)同頻率的輸出電壓，當(dāng)僅考慮基波頻率時(shí)，它可以被等效地視為幅值和相位均可以控制的一個(gè)與電網(wǎng)同頻率的交流電壓源，它通過(guò)電抗器并電網(wǎng)。實(shí)際上就是一個(gè)交流電流源和電壓源的并聯(lián)。采用SPWM控制使脈沖序列的寬度隨正弦波幅值變化而變化，經(jīng)過(guò)輸出端LC濾波器濾除高次諧波，得到正弦波交流電能圖2－5 單相全橋逆變器原理圖 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的組成光伏并網(wǎng)逆變器的控制目標(biāo)是控制并網(wǎng)逆變器輸出為穩(wěn)定的高質(zhì)量的正弦波電流，同時(shí)要求并網(wǎng)逆變器的輸出電流與電網(wǎng)電壓同頻同相，因此必須采用合適的控制策略以達(dá)到上述的控制目標(biāo)。控制功率功率元件的導(dǎo)通與截止的方法有方波調(diào)制和正弦波調(diào)制兩種方式，方波逆變器雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但輸出的電能質(zhì)量較差，諧波分量大。同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電壓Uo＝－Udc。同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電壓Uo＝+Udc:當(dāng)Q。功率開關(guān)元件Q3與Q6互補(bǔ)，Q4與QS互補(bǔ)，當(dāng)Q。該電路的缺點(diǎn)是上、下橋臂的功率晶體管不共地，因此必須采用專門驅(qū)動(dòng)電路或采用隔離電源。全橋逆變電路克服了推挽電路的缺點(diǎn)，功率晶體管調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度，輸出交流電壓的有效值即隨之改變。(4)正激變壓器絕緣方式是在無(wú)變壓器非絕緣方式使用效果不佳之后開發(fā)出來(lái)的，既保留了無(wú)變壓器非絕緣方式單級(jí)變換的主要優(yōu)點(diǎn)，又消除無(wú)絕緣隔離的主要缺點(diǎn)，是到目前為止并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備比較理想的逆變器中、小容量逆變器主電路一般有推挽逆變電路、全橋逆變電路和高頻升壓逆變電路三種，推挽電路，將升壓變壓器的中性插頭接于正電源，兩只功率管交替工作，輸出得到交流電力，由于功率晶體管共地邊接，驅(qū)動(dòng)及控制電路簡(jiǎn)單，另外由于變壓器具有一定的漏感，可限制短路電流，因而提高了電路的可靠性。其中高頻部分，將通過(guò)配電線對(duì)其他用電設(shè)備造成電磁干擾，而影響其他用電設(shè)備工作。太陽(yáng)電池矩陣面積大，對(duì)地有很大的等效電容存在，將在工作中產(chǎn)生等效電容充放電電流。(3)無(wú)變壓器非絕緣方式本來(lái)希望進(jìn)一步降低成本，從兩級(jí)變換變?yōu)閱渭?jí)變換，提高效率，使它成為并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備中更理想的逆變器，但是使用中出現(xiàn)一系列問題。(2)高頻變壓器絕緣方式用于并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，體積小，重量輕，成本低。當(dāng)然也要有完善的并網(wǎng)保護(hù)功能，保證系統(tǒng)能夠安全可靠地運(yùn)行。T導(dǎo)通期間，電感L上的電壓跳變的幅值與控制脈沖的占空比Q有關(guān)，Q愈大，導(dǎo)通時(shí)間愈長(zhǎng)，Lr 峰值電流愈大，儲(chǔ)存的能量也愈多，在晶體管截止期間的感應(yīng)電壓也愈高 （2－2）完成DC到AC的轉(zhuǎn)換需要用到逆變器，在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器是核心部分。降壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓為： （2－1）其中為母線電壓；Q為控制脈沖的占空比；Vin為輸入電壓。由于通過(guò)儲(chǔ)能電感L的電流不能突變，所以在它兩端感應(yīng)出一個(gè)左負(fù)右正的自感電勢(shì)，使續(xù)流二極管導(dǎo)通。輸入電源通過(guò)電感L向負(fù)載供電，并同時(shí)向?yàn)V波電容C充電，此時(shí)電感L處于儲(chǔ)能狀態(tài)。降壓型DCDC變換器又稱串聯(lián)開關(guān)調(diào)節(jié)器，圖2－3是這種調(diào)節(jié)器的原理圖。這樣利用二極管指數(shù)特性使電流減少量作為輸出電壓的函數(shù)，就可精確地模擬太陽(yáng)電池陣的IV特性曲線。這時(shí)A2的輸出電壓等于Vf2與二極管的電壓之差，輸出電壓開始減少，至使輸出負(fù)載電流按指數(shù)形式隨之下降。隨著負(fù)載電阻的增大，輸出電壓Vo逐漸升高。圖2－2 太陽(yáng)能電池模擬器原理圖 A1開路電壓調(diào)節(jié)放大器，A2為短路電流調(diào)節(jié)放大器，A2的輸出電壓以電壓電流變換器控制輸出電流的大小，當(dāng)輸出電壓小于Vf1時(shí)A1輸出為負(fù)，二極管由于反偏而截止。來(lái)自計(jì)算機(jī)或手控裝置的控制數(shù)據(jù)經(jīng)隔離數(shù)字接口電路鎖存后分別送到開路電壓D/A和短路電流D/A，它們輸出的模擬量分別代表了開路電壓和短路電流的大小，并控制曲線形成電路，產(chǎn)生需要的IV曲線，改變送往數(shù)字接口電路的控制數(shù)據(jù)，就可改變IV曲線，因此通過(guò)軟件編程可很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)電池輸出特性的實(shí)時(shí)模擬。一個(gè)是模擬產(chǎn)生太陽(yáng)電池陣的I－V輸出特性，另一個(gè)是動(dòng)態(tài)改變IV輸出特性。太陽(yáng)電池陣的電纜質(zhì)量也很重要，它包括電纜引線和接插件，使用銅導(dǎo)線，常用多股絞合線。隔離二極管的作用是隔離太陽(yáng)電池和母線的作用，因?yàn)槲词芄庹仗?yáng)電池組件相當(dāng)于一串串聯(lián)在一起的二極管，它們以正向?qū)ǚ绞浇拥教?yáng)電池陣的輸出母線上，如果接到母線上所有并聯(lián)太陽(yáng)電池不接隔離二極管未受光照太陽(yáng)電池組件成為一個(gè)負(fù)載，將增加電池陣的功率消耗。安裝旁路二極管就可以限制這種有害高反向偏壓，避免出現(xiàn)熱斑，保護(hù)太陽(yáng)電池陣，它安裝在太陽(yáng)電池并聯(lián)條的兩端和太陽(yáng)電池反向連接。它可以簡(jiǎn)單地由一根導(dǎo)線組成，但一般都用金屬網(wǎng)格和蝕刻或沖剪成形的金屬條構(gòu)成，它必須導(dǎo)電性能好、耐溫度交變、耐振動(dòng)、沖擊性能好，可靠性高。蓋片的作用是提高太陽(yáng)電池?zé)彷椛浔绢I(lǐng)，以降低太陽(yáng)電池的工作溫度提高效率，常用的有熔融石英蓋片和摻鈰玻璃蓋片。太陽(yáng)電池的組件是組成太陽(yáng)電池陣的基本單元，主要由整體電池、旁路二極管、隔離二極管組成。砷化鎵太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率較高（19%－24%）、耐輻照、溫度特性好，由于目前工藝材料的限制，價(jià)格昂貴[13]。背表面反射電池(BSR)轉(zhuǎn)換效率較高(12%以上)抗輻照性能好，在1MeV能量，累計(jì)通量電子數(shù)/cm2情況下，BSR硅太陽(yáng)電池歸一化后最大衰減小于18%，對(duì)抗輻照性能有較高要求場(chǎng)合應(yīng)選BSR電池。按材料分主要有硅太陽(yáng)電池和砷化鎵太陽(yáng)電池兩種，硅太陽(yáng)電池主要有常規(guī)硅太陽(yáng)電池、淺結(jié)、密柵、背反射和背場(chǎng)背太陽(yáng)電池。選擇太陽(yáng)電池基本原則是選擇性能優(yōu)良、技術(shù)成熟、能批量生產(chǎn)的電池。 太陽(yáng)電池陣的電性能設(shè)計(jì)主要包括單體太陽(yáng)電池的選擇、太陽(yáng)電池組件的研制和太陽(yáng)電池陣的設(shè)計(jì)和組裝。前者采用單軸轉(zhuǎn)動(dòng)方式來(lái)跟蹤太陽(yáng)，這種方式不能很精確的跟蹤太陽(yáng)，為了盡可能跟蹤太陽(yáng)可在安裝時(shí)預(yù)設(shè)一個(gè)安裝角；后者用兩根不同方向軸轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)跟蹤太陽(yáng)，可以更準(zhǔn)確的跟蹤太陽(yáng)以獲得最大的輸出功率。按對(duì)日定向方式分為定向式和不定向式兩種。隨著溫度的升高，電池的光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)下降由若干太陽(yáng)能電池組件或太陽(yáng)能電池板按一定的機(jī)械和電氣方式組裝在一起稱為太陽(yáng)能電池陣，它有固定的支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)成直流發(fā)電單元。由半導(dǎo)體物理理論可知，載流子的擴(kuò)散系數(shù)隨溫度的升高而增大，因此，光生電流工L也隨溫度的升高有所增加。該點(diǎn)的功率，則稱為最大功率Pmax。當(dāng)電壓達(dá)到一定值時(shí)，功率可達(dá)到最大，這時(shí)當(dāng)阻值繼續(xù)增加時(shí)，功率將躍過(guò)最大點(diǎn)，并逐漸減少至0，即電壓達(dá)到開路電壓Uoc。太陽(yáng)能電池(組件)的輸出功率等于流經(jīng)該電池的電流與電壓的乘積[11]。在實(shí)際太陽(yáng)電池中，存在串聯(lián)電阻Rs和并聯(lián)電阻Rsh，其實(shí)際的等效電路如下：圖2－1中顯示的是常用的光照太陽(yáng)能電池的電流一電壓特性曲線，如果太陽(yáng)能電池(組件)電路短路，即U=0，此時(shí)的電流為短路電流Isc。電陽(yáng)電池的評(píng)價(jià)和判斷光照時(shí)性能好壞的標(biāo)準(zhǔn)有4個(gè)主要的參數(shù)：短路電流、開路電壓、轉(zhuǎn)換效率和填充因子。電極的結(jié)構(gòu)中通常下電極為全覆蓋形式，而電池光照面上的電極設(shè)計(jì)要綜合考慮減少電極對(duì)電池的遮擋面積和由電極引起的串聯(lián)電阻。對(duì)N+P結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)電池而言，N+層為電池的光照面，其上制備上電極，與電池背面接觸的電極稱為下電極。這個(gè)區(qū)域稱為太陽(yáng)電池的PN結(jié)。這個(gè)過(guò)程的的實(shí)質(zhì)是:光子能量轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程。它們的發(fā)電原理基本相同，當(dāng)光線照射太陽(yáng)電池表面時(shí)，一部分光子被硅材料吸收。 55 第二章 光伏發(fā)電系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)第二章 光伏發(fā)電系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 硅太陽(yáng)電池的性能特點(diǎn)太陽(yáng)電池是一種對(duì)光有響應(yīng)并能將光能轉(zhuǎn)換成電力的器件。（5）當(dāng)RS=RL=30Ω時(shí)，DCAC變換器的效率≥60%。設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)如下：（1） 具有最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）功能：RS和RL在給定范圍內(nèi)變化時(shí)，使，相對(duì)偏差的絕對(duì)值不大于1%。對(duì)這些電路的工作過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的分析，對(duì)電路中的參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，完成了硬件電路的制作與實(shí)驗(yàn)調(diào)試。在分析了不同控制策略的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用電流跟蹤控制和電網(wǎng)電壓前饋控制的策略，對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。由于我國(guó)并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備還未形成規(guī)模生產(chǎn)，如何正確選定并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備用逆變器和控制器，提高并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率，降低供電成是太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)必須面對(duì)的一個(gè)重要課題 本論文的研究思路本文分析了單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)和工作原理。目前，逆變電源控制方式大多采用正弦波脈寬調(diào)制，即所謂的SPWM技術(shù)。目前關(guān)于可調(diào)度型并網(wǎng)逆變器的研制方案大多是用80C96 16位單片機(jī)配合D/A轉(zhuǎn)換和MOSFET功率模塊實(shí)現(xiàn)的。由于上網(wǎng)時(shí)間可以控制，可調(diào)度式并網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)峰效果大大提高，深受電力部門的歡迎。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)分為可調(diào)度式并網(wǎng)系統(tǒng)(帶少量蓄電池)和不可調(diào)度式并系統(tǒng)(不帶蓄電池)，后者由于沒有蓄電池，造價(jià)相對(duì)較低，但由于不能夠控制網(wǎng)時(shí)間，作為調(diào)峰使用效果較差，這類并網(wǎng)系統(tǒng)要求逆變器只有單一的并網(wǎng)工作式，當(dāng)電網(wǎng)失電時(shí)停止工作。我國(guó)光伏應(yīng)用己經(jīng)進(jìn)行了許多研究，開發(fā)了各種光伏系統(tǒng)的控制器及逆變器，光伏水泵已形成一定生產(chǎn)能力，各種太陽(yáng)能燈具已推廣應(yīng)用，各種級(jí)別的并網(wǎng)逆器己開始結(jié)合實(shí)際需要進(jìn)行研制。此類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，但于負(fù)載直流電壓的不同(如12V、24V、48V等)，很難實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和兼容性特別是民用電力，又由于大多為交流負(fù)載，以直流電力供電的光伏電源很難作為民品進(jìn)入市場(chǎng)。根據(jù)專家的測(cè)算，到2010年我國(guó)并網(wǎng)光伏發(fā)電安裝量占光伏發(fā)電的20%，從2010年到2020年，中國(guó)光伏發(fā)電將會(huì)由離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，包括沙漠電站和城市屋頂發(fā)電系統(tǒng)。但是，在過(guò)去30多年里，但是其成本仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)電價(jià)。該政策的出臺(tái)，促進(jìn)了太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使太陽(yáng)能光伏發(fā)電量上升到一個(gè)新的水平。1996年9月，“世界太陽(yáng)能高峰會(huì)議”提出了在全球無(wú)電地區(qū)推行“光電工程”的倡議時(shí)，中國(guó)政府立即做出積極響應(yīng)，制定并實(shí)施了“中國(guó)光明工程”的計(jì)劃。因而，1995年國(guó)家計(jì)委、科委和經(jīng)貿(mào)委就制定了《新能源和可再生能源發(fā)展綱要》。在國(guó)內(nèi)，光伏發(fā)電的應(yīng)用主要集中于農(nóng)村電氣化和離網(wǎng)型光伏產(chǎn)品。目前我國(guó)已經(jīng)成為世界上最大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)和銷售國(guó)，產(chǎn)值突破100億元，技術(shù)水平也處于國(guó)際先進(jìn)行列。況且，我國(guó)太陽(yáng)能資源非常豐富，與同緯度的其他國(guó)家相比，與美國(guó)相近，比