【正文】 發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)，將其分為三部分進(jìn)行研究。利用 PSIM 仿真軟件對(duì)其仿真。 闡述了并網(wǎng)逆變器的工作原理和控制策略。 其中控制方法采用 基于同步旋轉(zhuǎn) Park變換的 d/q法進(jìn)行 PWM調(diào)制 。 關(guān)鍵詞： 光伏電池；單位功率因數(shù) ；逆變器； Park 變化 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 Abstract As a new type of solar energy which is clean,rich reserves,and no pollution are attracting more and more the application of photovoltaic generation technology is the focus of widespread paper mainly studies the photovoltaic(pv) grid power system design,the control method and simulation. Aiming at the characteristics of photovoltaic energy system, which is divided into three parts. Studied the working principle and photovoltaic battery output characteristic, based on the simulation model was established. Use of its PSIM simulation software simulation. The simulation and parison of measured data validation can the correctness of the simulation model for subsequent simulation, lay the foundation. Expounds the grid inverter working principle and control strategy. Based on the study of the method of inverter control the system simulation and experiment. The control method based on synchronization Park transform d q method on PWM. From the simulation and experimental results can be seen in the output power factor to realize control targets of 1. Key words:Photovoltaic cells。目前，人類(lèi)利用的電能主要有三種，即火電、水電、核電。另外，由于燃燒煤、石油等化石燃料，每年有數(shù)十萬(wàn)噸硫等有害物質(zhì)排向天空，使大氣環(huán)境遭到嚴(yán)重污染，同時(shí)由于大量排放二氧化碳等氣體而使地球產(chǎn)生明顯的溫室效應(yīng)，引起全球氣候變化；水力發(fā)電受到水力資源的限制和季節(jié)的影響，并且有時(shí)會(huì)會(huì)破壞當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)平衡；核電在正常情況下固然是干凈的，但萬(wàn)一發(fā)生核泄露，后果同樣是十分嚴(yán)重，并且核廢料的處理直至今日仍然是一個(gè)全球性解決的問(wèn)題。 新一代 能源應(yīng)該符合來(lái)個(gè)條件：一是儲(chǔ)藏豐富，甚至是可再生的；二是安全、潔凈。其中，最理想的新能源是太陽(yáng)能。 太陽(yáng)能的利用主要包括熱利用、化學(xué)利用和光伏利用。太陽(yáng)能熱水器是太陽(yáng)能熱利用中商業(yè)化程度最高、 應(yīng)用最普遍的技術(shù)產(chǎn)品。光化學(xué)利用主要指：太陽(yáng)能光合作用、太陽(yáng)能化學(xué)儲(chǔ)存、太陽(yáng)能催化光解水制氫、太陽(yáng)能光電化學(xué)轉(zhuǎn)換等方面的新技術(shù)，其中令人看好的太陽(yáng)能制氫技術(shù)將可能是促進(jìn)人類(lèi)大規(guī)模利用太陽(yáng)能的關(guān)鍵技術(shù)之一。過(guò)去光伏發(fā)電大多 采用獨(dú)立供電方式，用于偏遠(yuǎn)無(wú)電地區(qū)，而且用于戶用和中小系統(tǒng)偏多。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步和控制理論的發(fā)展，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)生了巨大變化，已經(jīng)開(kāi)始向并網(wǎng)發(fā)電 轉(zhuǎn)變。 并網(wǎng)發(fā)電開(kāi)始于 80 年代初，但由于當(dāng)時(shí)成本過(guò)高，且環(huán)境效益還不是很明顯， 使得電力公司難以接受。 同時(shí)許多發(fā)達(dá)國(guó)家成功啟動(dòng)并實(shí)現(xiàn)了兆瓦級(jí)的大型光伏并網(wǎng)電站計(jì)劃。我國(guó)在“九五”期間，將太陽(yáng)能并網(wǎng)系統(tǒng)列為國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目 ，但國(guó)內(nèi)光伏 并網(wǎng)系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)尚處于起步階段。正是基于這種思想，本文對(duì)太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電的核心部分并網(wǎng)逆變器進(jìn)行了深入的研究。當(dāng)太陽(yáng)能電池輸出電能不能滿足負(fù)載要求時(shí)，由電網(wǎng)來(lái)進(jìn)行補(bǔ)充；而當(dāng)輸出的功率超出負(fù)載需求時(shí)，將電能輸送到電網(wǎng)中。 圖 光伏 并網(wǎng) 發(fā)電 系統(tǒng) 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 電網(wǎng)對(duì)逆變器的要求 逆變器要與電網(wǎng)相連，必須滿足電網(wǎng)電能質(zhì)量、防止孤島效應(yīng)和安全隔離接地 3 個(gè)要求。影響波形失真度的主要因素之一是逆變器的開(kāi)關(guān)頻率。小容量低壓系統(tǒng)較多地使用功率場(chǎng)效應(yīng)管（ MOSFET），它具有較低的通態(tài)壓降和較高的開(kāi)關(guān) 頻率；但 MOSFET 隨著電壓升高其通態(tài)電阻增大，因而在高壓大容量系統(tǒng)中一般采用絕緣柵 雙極晶體管 (IGBT)。 依據(jù) IEEE 200929和 UL1741 標(biāo)準(zhǔn)，所有并網(wǎng)逆變器必須具有防孤島效應(yīng)的功能。防孤島效應(yīng)的關(guān)鍵是對(duì)電網(wǎng)斷電的檢測(cè)。電氣隔離一般采用變壓器。而用電設(shè)備的外殼通過(guò)保護(hù)線（ＰＥ）與接地點(diǎn)金屬性連接（Ｔ Ｎ）。常用的最大功率點(diǎn)跟蹤 (MPPT)方法有：定電壓跟蹤法、“上山”法、干擾觀察法及增量電導(dǎo)法。因此 ，對(duì)逆變器的要求通常是： ① 具有合理的電路結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格篩選的元器件：具備輸入直流極性反接、交流輸出短路、過(guò)熱過(guò)載等保護(hù)功能。由于光伏陣列的端電壓隨負(fù)載和日照強(qiáng)度而變化，因此逆變器必須能在較寬的直流輸入電壓適應(yīng)范圍內(nèi)正常工作，且保證交流輸出電壓的穩(wěn)定。 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 2 光伏電池及其特性 光伏陣列的組成 單體 光伏電池又稱(chēng)為光伏電池片（ cell），是光伏電池的最基本單元。 一般不能滿足負(fù)載用電的需要，也不便安裝使用，所以通常不直接使用。封裝前的組合體稱(chēng)之為光伏電池模塊 組件（ｍｏｄｕｌｅ）；而封裝后的薄板盒子稱(chēng)之為光伏電池組合板（簡(jiǎn)稱(chēng)光伏電池板）。此外，還可將若干個(gè)光伏電池板根據(jù)負(fù)載容量大小要求，再串聯(lián)、并聯(lián)組成較大功率的實(shí)際供電裝置，稱(chēng)之為光伏陣列。根據(jù)電池的實(shí)際特性，為達(dá)到工程精度要求，光伏電池的等值電路模型選擇既考慮串聯(lián)電阻，又考慮并聯(lián)電阻較精確的仿真模型，其等效電路模型如圖 1 所示。 ph d rI I I I? ? ? （ 21） 其中 ( ) ( )1000p h sc T refSI I C T T? ? ? （ 22） ()0 [ 1]sq U IRAkTdI I e ??? （ 23） 11[ ( ) ]30 ()gre fqEA k T Tdo refTI I eT?? （ 24） sr shU RII R?? （ 25） 式中， phI 為光生電流； scI 為短路電流； I 為負(fù)載電流； U 為端口電壓； gE 為禁寬帶度電壓（ ）； S 為光照強(qiáng)度 ( 2/Wm)。T為電池溫度（ K ） ； refT 為參考溫度； q 為電子量（ 10?? ）； s R 為串聯(lián)電阻（ ? ）；shR 為并聯(lián)電阻（ ? ）； TC 為溫度系數(shù)； A 為 PN 結(jié)理想因子（ ）； 0 d I 為 refT 下電池飽和電流。 再 考 慮 整 個(gè) 光伏 模 塊 的 模 型 時(shí) ,通 常 要 用 一 些 假 設(shè) 后 對(duì) 實(shí) 際 情 況 加以 簡(jiǎn) 化 。 a s cU NU? （ 26） a p cI NI? （ 27） a s p cP NN P? （ 28） 其中， aU 、 aI 、 aP 分別為整個(gè)光伏模塊的輸出電壓、電流及功率； sN 、 pN分別為光伏模塊中串聯(lián)和并聯(lián)電池個(gè)數(shù)； cU 、 cI 、 cP 分別為單個(gè)光伏電池的輸揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 出電壓、電流及功率。 ()0 [ 1 ]sq U IR saAkTa sc shU R II I I e R? ?? ? ? ? （ 29） 其中， ()30 gqEAkTDI C T e ?? 根據(jù)以上光伏模塊的數(shù)學(xué) 表達(dá)式及確定公式中的各個(gè)參數(shù)，在 PSIM 軟件中采用已有的器件模塊直接搭建實(shí)現(xiàn)該模型。 表 21光伏電池模式參數(shù)表 sR shR /gvEe TC A 1000 建立如圖 22所示 仿真電路，用 PSIM 軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證。用表 oV 測(cè)量模塊端口輸出電壓；然后分別引電壓和電流進(jìn)乘法器用表 pV 顯示模塊功率。 首先，設(shè)置 T端口的電壓為 25V，對(duì) S輸入端得電壓進(jìn)行參數(shù)掃描，使其電壓分別從 400V 增加到 1000V，步長(zhǎng)為 200V。 圖 2３ 不同光照強(qiáng)度下 I － V 特性曲線（ T ＝２５ ℃ ） 圖 2４ 不同光照強(qiáng)度下 P － V 特性曲線（ T ＝２５℃） 從上圖可知，隨著光照增強(qiáng) ，輸出電流和輸出功率增大，最大功率點(diǎn)的 值也越大。 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 然后，設(shè)置Ｓ端口的電壓為 1000Ｖ，對(duì)Ｔ輸入端的電壓進(jìn)行參數(shù)掃描，使其電壓分別從 0V增加到 75V，步長(zhǎng)為 25V。 圖 25 不同溫度下 I V 特性曲線（ S= 21000 /Wm） 圖 26 不同溫度下 P V 特性曲線（ S= 21000 /Wm） 從上圖同樣可知，光伏模塊的輸出電流隨著環(huán)境溫度的增大而略有減少，而短路電壓有所增大。 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 串聯(lián)電阻 sR 和并聯(lián)電阻 shR 對(duì)模 塊輸出特性的影響分析 理想光伏電池的轉(zhuǎn)化效率為 I m m SC OCin inV FFI VPP? ?? （ 210） mmSC OCIVFF IV? （ 211） 式中， inP 為太陽(yáng)輻射功率； FF 為填充因子，填充因子是最大功率矩形對(duì)SC OCIV? 矩形的比例，若要得到最大效率， inP 不變時(shí)，要使式中分子 mmIV 最大。還對(duì)串聯(lián)電阻 sR 和 并聯(lián)電阻 shR 對(duì)轉(zhuǎn)化效率的影響進(jìn)行了分析 。但是，串聯(lián)電阻對(duì)輸出特性的影響較大，并聯(lián)電阻影響小。 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 ３ 系統(tǒng)主電路 的設(shè)計(jì)和 控制方法 光伏并網(wǎng)逆變器常用拓?fù)浞桨? 光伏并網(wǎng)逆變器的具體電路拓?fù)浔姸?,一般可按照有無(wú)變壓器分類(lèi) ,也可根據(jù)功率變換的級(jí)數(shù)來(lái) 進(jìn)行分類(lèi)。圖 32(b)是把高頻 變 壓器置于 DCDC變換器內(nèi) ,兩種方式均可實(shí)現(xiàn)隔離功能 . 圖 31 工頻變壓器型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 （ a） 揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 （ b） 圖 32 高頻變壓器的兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 按功率變換級(jí)數(shù)分類(lèi) 按照功率變換的級(jí)數(shù)分類(lèi) ,并網(wǎng)逆變 器一般可分為 單級(jí)式 ( S i n g l e S t a g e I n v e r t e r ) 和多級(jí) 式 (MultipleStage Inverter)兩種拓?fù)浞桨?,如圖 3 所示 。 圖 33(b)給出了三種多級(jí)式變流器 (MultipleStage Inverter)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) :DC DCAC、DCACDCAC 和 級(jí)的能量轉(zhuǎn)換 ,其中前幾級(jí)中通常具備升降 壓 或電氣隔離的功能 ,最后一級(jí)實(shí)現(xiàn)逆變并網(wǎng)的轉(zhuǎn)換 .DCDCAC 為目前常用的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ,其前級(jí) 為 D C D C 變換器 ,用于實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整和 M P P T 功能 。 該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)揚(yáng)州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 簡(jiǎn)化了每一級(jí)的控制方法 ,使得每一級(jí)可