【正文】 because of its friendlyenvironmental advantage and renewable property. With the proposition of the Smart Grid, Distributed Power System has earned more attention. As an important form of Distributed Power System, photovoltaic inverter system is the key of the research in this field.This paper discusses the key techniques of photovoltaic inverter system on the basis of analysis of development and research hotspot of PV inverter system and traverses the main techniques such as maximum power point tracking (MPPT) which has a direct influence on work efficiency and work condition and technology of PV inverter. In order to research PV inverter system, this paper builds an integral model, including PV battery model and DC/DC converter and DC/AC single phase inverter as well as corresponding control models. In order to improve the validity and the stability of the system, the paper uses a PV battery model whose output voltage changes with intensify of the illumination and the real time temperature. And this paper proposes a control method of MPPT on the basis of Boost converter and applies the Sinusoidal PWM in single phase inverter control. At last, we will build an integral PV inverter system by using Matlab/Simulink software, to get a verification and validation.Through many simulation experiments, the proposed photovoltaic inverter system design is correct and feasible. And the output indicators meet the design requirements. The system paves the road to the further implement and grid connection and has a high practical value.KEY WORDS: PV battery；maximum power point tracking (MPPT)；PV inverter system；sinusoidal pulse width control (SPWM)目 錄第1章 緒論 1 1 2 3 4第2章 光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)分析 5 5 5 6 并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的方案及其工作原理 7 8 10 11 12 12 爬山法 13 15第3章 光伏并網(wǎng)逆變器的控制及實(shí)現(xiàn) 16 16 SPWM調(diào)制技術(shù)原理 16 17 17 18 18 18 21 24第4章 基于SPWM的并網(wǎng)系統(tǒng)MATLAB/Simulink仿真 25 25 25 27 28結(jié)論 30參 考 文 獻(xiàn) 31致 謝 33IV 采用電流型控制的光伏模塊的最大功率控制 單相光伏并網(wǎng)逆變器的研究第1章 緒論被譽(yù)為全球經(jīng)濟(jì)血液的能源是影響國家安全的重要因素之一，是人類社會(huì)運(yùn)行和發(fā)展的基礎(chǔ)物質(zhì)條件[1]。最后在Matlab/Simulink軟件環(huán)境下搭建了光伏逆變系統(tǒng)的整體模型，完成系統(tǒng)性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。為研究光伏逆變系統(tǒng)，本文建立了一套完整的光伏逆變系統(tǒng)模型，主要包括光伏電池模塊，前級(jí)DC/DC變換器，后級(jí)DC/AC逆變器，以及相應(yīng)的控制模塊。并且伴隨“智能電網(wǎng)”理論的興起，分布式電力系統(tǒng)正日益受到關(guān)注，光伏逆變系統(tǒng)作為分布式電力系統(tǒng)的一種重要形式，使得對(duì)該領(lǐng)域的研究具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。摘 要能源危機(jī)和環(huán)境問題的不斷加劇，推動(dòng)了清潔能源的發(fā)展進(jìn)程。太陽能作為一種清潔無污染且可大規(guī)模開發(fā)利用的可再生能源，具有廣闊應(yīng)用前景。論文在分析光伏逆變系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀與研究熱點(diǎn)的基礎(chǔ)上，探討了光伏逆變系統(tǒng)的主要關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)直接影響光伏逆變系統(tǒng)的工作效率以及工作狀態(tài)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制、光伏逆變器控制等技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)研究。為了提高系統(tǒng)模型的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性，論文設(shè)計(jì)了一種輸出電壓隨溫度光照改變的光伏電池模型，提出了一種基于Boost升壓變換器的最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）控制策略，并且將正弦脈沖寬度調(diào)制技術(shù)（SPWM）應(yīng)用于逆變器控制。經(jīng)過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，所提出的光伏逆變系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案正確可行，且輸出達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)功能提供了條件，具有較高的實(shí)用參考價(jià)值。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，能源消耗急劇增長，能源危機(jī)也越來越引起人們的關(guān)注，能源危機(jī)是我國乃至全世界一個(gè)長久存在的嚴(yán)峻問題，它嚴(yán)重影響著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境的變化。二是在不斷走向多元化的世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的影響下，石油的消費(fèi)早在50年前就超越了能源消費(fèi)量最大的煤炭，且最近幾年和天然氣的消耗同呈現(xiàn)持續(xù)上升狀態(tài)。但全球能源的消費(fèi)依舊是以不可再生的化石燃料為主，這導(dǎo)致化石能源枯竭來臨的那一天日益臨近，能源使用引發(fā)的生態(tài)污染也日益加重，這將是未來繼續(xù)困擾人們的一大問題[3]。且這種以不可再生的化石能源為主的世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)帶來的全球性的破壞力極大的能源環(huán)境問題，如酸雨、臭氧層破壞、海平面上升等，給我們的生活帶來了很大的困擾。我國現(xiàn)今正處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快的時(shí)期，且正進(jìn)一步擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)規(guī)模，對(duì)能源需求持續(xù)呈現(xiàn)大幅度上升趨勢(shì)，但國內(nèi)可利用資源相對(duì)短缺，這對(duì)能源供給形成了巨大的挑戰(zhàn)，為緩解供求矛盾，石油天然氣的需長期大量依賴進(jìn)口。同時(shí)以煤為主的不可再生的能源結(jié)構(gòu)在環(huán)境方面也給我國造成了很大困擾。1024焦耳，如果這些能量的十萬分之一能轉(zhuǎn)變?yōu)楸蝗藗兎奖憷玫碾娔埽突旧夏軡M足了目前全世界的用電需求[6]。從結(jié)構(gòu)特征上看，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)可以分為三種基本類型：獨(dú)立型、并網(wǎng)型和混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)[7]。全世界并網(wǎng)式光伏系統(tǒng)年在世界范圍內(nèi)的年增長率可2530%，可見并網(wǎng)式光伏發(fā)電系統(tǒng)是現(xiàn)今開發(fā)太陽能發(fā)電的發(fā)展方向?，F(xiàn)今的并網(wǎng)逆變器還需更可靠性化、更效率化、更智能化。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電,并直接將交流電輸入電網(wǎng)中,省去蓄電池儲(chǔ)能和釋放的過程,可充分利用光伏所發(fā)的電能。逆變器也可以稱為逆變電源,它是通過控制半導(dǎo)體功率開關(guān)的接通和斷開來將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷囊环N變流轉(zhuǎn)置，逆變器及逆變技術(shù)的簡單分類[11]： 逆變器及逆變技術(shù)的簡單分類分類方式類 型1234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。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]。其次，逆變器與電網(wǎng)直接相連，要符合國家電網(wǎng)的相關(guān)規(guī)定[14]。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，這將是未來開發(fā)多逆變器亟待解決的難題。光伏逆變器的市場最早在歐洲開辟，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。下面就以SMA公司產(chǎn)品的發(fā)展為例子來簡單介紹一下國外光伏逆變器的發(fā)展?fàn)顩r。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)跟蹤太陽能電池的最大功率點(diǎn)的功能[16]。Satcon公司開發(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。 現(xiàn)今國外的光伏并網(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。與之相比，目前的國內(nèi)市場規(guī)模小，雖說國內(nèi)生產(chǎn)廠商眾多，但專門生產(chǎn)這類逆變器的卻不多。且我國光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的研究起步比較晚，目前光伏并網(wǎng)逆變器在市場上基本沒有國產(chǎn)的光伏逆變器。國內(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]。因此要發(fā)展我國的光伏并網(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。目前國內(nèi)光伏逆變器的領(lǐng)導(dǎo)品牌主要是陽光電源、艾思瑪、KACO等，其中合肥陽光電源公司生產(chǎn)的光伏逆變器在中國市場占據(jù)的份額≧70%，且通過代理渠道進(jìn)入國內(nèi)市場的國外企業(yè)多數(shù)由于售后服務(wù)提供難度大整體上在中國市場的占有率不高。但大功率并網(wǎng)逆變器上，國內(nèi)企業(yè)在轉(zhuǎn)換效率、結(jié)構(gòu)工藝、智能化程度、穩(wěn)定性等方面與國外先進(jìn)水平還有很大的差距，仍需進(jìn)一步發(fā)展。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。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)。第2章 光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)分析根據(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]。單相帶中心抽頭變壓器逆變電路中的開關(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)外漏磁帶來的電磁干擾同樣是一個(gè)不容忽視的問題。因此本文選用了全橋逆變電路作為系統(tǒng)的逆變部分。其輸入端串聯(lián)了一個(gè)電感，作用為通過儲(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。 電流型并網(wǎng)逆變器對(duì)直流電壓沒有太多要求，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DC/DC升壓環(huán)節(jié)設(shè)備的開銷，且采用電感使用壽命較長，工作性能穩(wěn)定，可靠性比較高。開關(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，同時(shí)對(duì)于可控器件的耐壓性也有很大提高。根據(jù)變壓器的有無可將并網(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]。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。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題，使得系統(tǒng)工作性能顯著提高。（2），太陽能電池產(chǎn)生的直流電能先通過DCAC環(huán)節(jié)變?yōu)榻涣麟?，再進(jìn)入變壓器經(jīng)過升壓或降壓處理，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)。從可靠性方面來分析，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。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。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。 并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的方案及其工作原理，本文的光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)決定采用無變壓器的兩級(jí)結(jié)構(gòu)，前級(jí)DCDC變流電路和后級(jí)的DCAC逆變電路通過直流母線相連。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。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。在此將根據(jù)文獻(xiàn)[25]中的分析來構(gòu)建光伏電池仿真模型。當(dāng)接有純阻性負(fù)載時(shí)。標(biāo)準(zhǔn)狀況下，在已知光伏電池電壓V時(shí)，可通過式（）得到對(duì)應(yīng)的電流： ()式中： () () ()