【正文】 終工作于輸入電流連續(xù)的狀態(tài)下，電感上的紋波電流可以小到接近平滑的直流電流，因此在光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用中，只需在 BOOST 電路并聯(lián)容量較小的無感電容甚至可以不加電容，如圖 ，這樣就可避免加電容帶淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文 15 15 來的種種弊端。 a. BUCK電路拓?fù)鋱D b. BOOST電路拓?fù)鋱D c. BUCKBOOST電路拓?fù)鋱D d. CUK電路拓?fù)鋱D 圖 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中常用的 DC/DC 變換電路拓?fù)鋱D 帶雙向變換器的太陽能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng) 圖 所示為本文研究所用獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，該獨(dú)立式光伏發(fā)電系統(tǒng)主電路包含以下五個(gè)部分 : 太陽能電池陣列， BOOST 變換器和雙向BUCKBOOST 變換器，蓄電池組以及負(fù)載。 圖 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 太 陽 能電 池 板D C / D C變 換 器逆 變 器電 網(wǎng)控 制 器交 流 負(fù) 載淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文 13 13 3 太陽能離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)分析 離網(wǎng)光伏供電系統(tǒng)的主電路圖 本設(shè)計(jì)的總體方框圖為： 圖 主電路圖為： 圖 主電路 光 伏 陣列B O O S T 變換 器雙 向B U C K B O O S T 變換 器蓄 電 池負(fù) 載驅(qū) 動(dòng) 電 路控 制 器檢測電路蓄 電 池 充 電 電 流 采 樣蓄 電 池 電 壓 采 樣陣列輸出電流陣列輸出電壓負(fù)載電流采樣負(fù)載電壓采樣淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文 14 14 電路工作原理 離網(wǎng)光伏供電系統(tǒng)常用 DC/DC 變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 到目前為止，在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中使用的 DC/DC 變換電路主要有 BUCK電路， BOOST 電路， BUCKKBOOSTT 電路以及 CUK 電路。 一般的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)如圖 所示，將太陽能電池控制系統(tǒng)和民用電網(wǎng)并聯(lián)，當(dāng)太陽能電池輸出電能不能滿足負(fù)載要求時(shí)，由電網(wǎng)來進(jìn)行補(bǔ)充。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)將太陽能電池陣列輸出的直流電轉(zhuǎn)化為 與電網(wǎng)電壓同幅、同頻、同相的交流電，并實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)連接，向電網(wǎng)輸送電能。在實(shí)際的光伏系統(tǒng)中，增量電導(dǎo)法的實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的要求相對(duì)較高，控制系統(tǒng)需采用高速微處理器完成數(shù)據(jù)處理。如同擾動(dòng)觀察法一樣，增量電導(dǎo)法的變化步長也是固定的，步長過小會(huì)使跟蹤速度變慢，太陽能電池陣列較長時(shí)間工作在低功率輸出區(qū) 。 增量電導(dǎo)法的優(yōu)點(diǎn)是 :在日照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，太陽能電池陣列輸出電壓能以平穩(wěn)的方式追隨其變化，而且穩(wěn)態(tài)的電壓振蕩也較擾動(dòng)觀察法 小。 3. 增量電導(dǎo)法 (Incremental Conductance Algorithm) 為了解決擾動(dòng)觀察法導(dǎo)致的功率損失問題， 在 1995 年提出了增量電導(dǎo)法。其次，難以選擇合適的變化步長，步長過小，跟蹤的速度緩慢，太陽能電池陣列可能長時(shí)間運(yùn)行于低功率輸出區(qū)，步長過大太陽能電池陣列在最大功率點(diǎn)附近的振蕩又會(huì)加大，跟蹤精度下降，從而導(dǎo)致更多的功率損失 。 擾動(dòng)觀察法的最大優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡單，被測參數(shù)少，容易實(shí)現(xiàn)。 Observation) 擾動(dòng)觀察法的原理是 :在每個(gè)控制周期用較小的步長改變太陽能電池陣列的輸出，改變的步長是一定的，方向可以是增加也可以是減少，控制對(duì)象可以是太陽能電池陣列的輸出電壓或電流，這一過程稱為“擾動(dòng)” 。研究結(jié)果表明，雖然許多太陽能光伏 系統(tǒng)仍然采用這種最大功率點(diǎn)跟蹤方法，但這種方式所帶來的功率損耗相比于微電子技術(shù)的迅速發(fā)展及微電子器件的大幅度降價(jià)，已經(jīng)顯得很不經(jīng)濟(jì)。然而恒電壓法忽略了太陽能電池溫度對(duì)太陽能電池陣列最大功率點(diǎn)的影響，一般硅太陽能電池的開路電壓都在較大程度上受結(jié)溫影響，以常規(guī)單晶硅太陽能電池而言，當(dāng)太陽能電池溫度每升高 1℃時(shí)，其開路電壓下降率約為 %%，這說明太陽能電池的最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓也隨電池溫度的變化而變化，其中對(duì)太陽能電池溫度影響最大的因素是環(huán)境溫度和日照強(qiáng)度。 1. 恒電壓法 (Constant Voltage Tracking，簡稱 CVT) 溫度一定時(shí)，在不同的日照強(qiáng)度下，太陽能電池陣列輸出曲線的最大功率點(diǎn)淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文 11 11 基本是分布在一條垂直線的附近，因此只要保持太陽能電池陣列輸出電壓為常數(shù)且等于某一日照強(qiáng)度下太陽能電池陣列最大功率點(diǎn)的電壓，就可以大致保證在該溫度下太陽能電池陣列輸出最大功率。在一定日照強(qiáng)度和溫度下，太陽能電池有唯一的最大輸出功率點(diǎn)，太陽能電池只有工作在最大功率點(diǎn)才能使其輸出的功率最大。太陽能電池最 大功率點(diǎn)跟蹤 (Maximum Power Point Tracking ，簡稱 MPPT)是其中的途徑之一，它能最大程度的利用太陽能電池轉(zhuǎn)化所得的電能。 在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，綜合考慮日照強(qiáng)度以及環(huán)境溫度對(duì)光伏系統(tǒng)充電電流的影響、鉛酸蓄電池性能以及系統(tǒng)成本等因素，使用三階段充電法對(duì)鉛酸蓄電池充電較為合理。 (四 )三階段充電法 三階段充電法是在兩階段充電完畢后，鉛酸蓄電池容量己經(jīng)達(dá)到額定容量時(shí)，再繼續(xù)以很小的電流向鉛酸蓄電池充電以彌補(bǔ)鉛酸蓄電池由 于自放電損失的電量，這種以小電流充電的方式也稱為浮充。它首先對(duì)鉛酸蓄電池采用恒流充電方式充電，鉛酸蓄電池充電到達(dá)一定容量后，然后采用恒壓充電方式充電。這種充電方法在小型的太陽能光伏發(fā)電系淮陰師范學(xué)院畢業(yè)論文 10 10 統(tǒng)中經(jīng)常用到，因?yàn)檫@種系統(tǒng)中來 自太陽能電池陣列的電流不會(huì)太大，而且這種系統(tǒng)中鉛酸蓄電池組串聯(lián)不多。如果鉛酸蓄電池電壓過低，后期充電電流又過小，充電時(shí)間過長，不適合串聯(lián)數(shù)量多的鉛酸蓄電池組充電。相對(duì)恒流電來說，此法的充電電流自動(dòng)減少，所以充電過程中析氣量小，充電時(shí)間短，能耗低。在充電初期由于鉛酸蓄電池電壓較低，充電電流較大，但隨著鉛酸蓄電池電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。這種充電方式的不足之處在于 :鉛酸蓄電池開始充電電流偏小，在充電后期充電電流又偏大，充電電壓偏高，整個(gè)充電過程時(shí)間長。 [9] (一 )恒流充電 恒流充電就是以一定的電流進(jìn)行充電，在充電過程中隨著鉛酸蓄電池電壓的變化要進(jìn)行電流調(diào)整使之恒定不變。而電荷量的大小決定著太陽能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)向負(fù)載供電的能力、鉛酸蓄電池的使用壽命關(guān)系到系統(tǒng)的成本、造價(jià)以及系統(tǒng)的使用壽命，因此選擇合理的充電控制方法是提高太陽能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)性能的有效手段。 鉛酸蓄電池充電控制方法 : 在太陽能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，對(duì)鉛酸蓄電池使用的充電控制方法直接影響到系統(tǒng)的性能。目前中國用于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池除有少量用于高寒戶外系統(tǒng)采用鎳鎘蓄電池外，絕大多數(shù)是采用鉛酸蓄電池。一般來講，光伏發(fā)電系統(tǒng)白天把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過充電器和蓄電池把電能儲(chǔ)存起來，晚上再通過放電器把儲(chǔ)存在蓄電池里的電能放出來使用。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)中通常使用蓄電池實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能，常用蓄電池屬于電化學(xué)電池。儲(chǔ)能系統(tǒng)的好壞直接影響到光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能在實(shí)際的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，儲(chǔ)能部分又是最易受損、最易消耗的部分。該系統(tǒng)由于有蓄電池組，因而系統(tǒng)成本增加，但可在無日照或日照不足時(shí)為負(fù)載供電。DC/DC 變換器將太陽能電池陣列轉(zhuǎn)化 的電能傳送給蓄電池組存儲(chǔ)起來供日照不足時(shí)使用。其主要應(yīng)用于遠(yuǎn)離公共電網(wǎng)的無電地區(qū)和一些特殊場所，如為公共電網(wǎng)難以覆蓋的邊遠(yuǎn)偏僻農(nóng)村、海島和牧區(qū)提供照明、看電視、聽廣播等基本生活用電，也可為通信中繼站、氣象站和邊防哨所等特殊處所提供電源。而一般使用的中小型系統(tǒng)僅具有該系統(tǒng)的部分功能。該系統(tǒng)可為交流負(fù)載提供能量，也可為直流負(fù)載提供能量，當(dāng)太陽能電池陣列能量過剩時(shí)，可以將過剩能量存儲(chǔ)起來或把過剩能量送入電網(wǎng)。在有太陽能輻射時(shí)，由太陽能電池陣列向負(fù)載提供能量 。 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)按是否與電網(wǎng)連接可分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)