【正文】 等科研單位在這一方面進(jìn)行了相關(guān)的研究，并且在“九五”、“十五”期間，國家科技部投入相當(dāng)數(shù)額的經(jīng)費(fèi)進(jìn)行開發(fā)工作[3]。目前我國具有較大規(guī)模的廠商有北京索英、南京冠亞、北京科諾偉業(yè)、志誠冠軍上海英偉力新能源科技有限公司等企業(yè)。目前國內(nèi)光伏并網(wǎng)逆變器主要被陽光電源、艾思瑪、KACO等品牌所占領(lǐng)，而國外的企業(yè)多數(shù)通過代理渠道進(jìn)入國內(nèi)的市場，由于售后服務(wù)提供難度大的問題導(dǎo)致其整體市場占有率不高。從技術(shù)層次來說，國內(nèi)企業(yè)在智能化程度、穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)換效率、結(jié)構(gòu)工藝等方面與國外先進(jìn)水平仍有一定差距。 國外研究的現(xiàn)狀近幾年，隨著德國、美國、西班牙、日本對本國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)在政策上大力扶持，全球光伏并網(wǎng)逆變器的銷售額在逐年上升，光伏并網(wǎng)逆變器進(jìn)入了一個飛速發(fā)展的階段。SMA是全球最早、最大的光伏逆變器生產(chǎn)企業(yè)（其中德國市場占有率達(dá)50%以上），2009年 SMA以占據(jù)全球市場份額44%獨(dú)占鰲頭。其中排名前五位的企業(yè)占的市場份額已經(jīng)超過了全球的70%。最后通過Matlab對電路進(jìn)行了仿真。控制策略選擇有：最大功率點(diǎn)跟蹤、SPWM控制等。： 光伏并網(wǎng)逆變器設(shè)計參數(shù)序號名稱參數(shù)1輸出功率1kW2電池輸出電壓DC60～140V3交流輸出電壓AC220V/50Hz4電網(wǎng)電壓允許偏差10%～+7%5電網(wǎng)頻率允許偏差～+6功率因數(shù)=第二章 太陽能光伏并網(wǎng)的研究太陽能光伏發(fā)電原理是利用太陽能電池的光生伏打效應(yīng)，它是通過將太陽能輻射的能量直接通過硅電池板轉(zhuǎn)變成電能的一種可再生發(fā)電系統(tǒng)。本章將對太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，對其控制策略進(jìn)行分析。根據(jù)這三種逆變主電路，可以將現(xiàn)在的光伏發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為三類，即工頻隔離型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、高頻隔離型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和無變壓器隔離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種形式的太陽能光伏并網(wǎng)電磁干擾小，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)量小，可靠性高，開關(guān)頻率低。但是由于采用了工頻變壓器，導(dǎo)致整個系統(tǒng)體積龐大、重量增大，比較笨重、占用面積也增加。一次是經(jīng)過高頻方波逆變，用來提高變壓器的工作頻率，從而能夠減輕變壓器的體積和重量。這種形式的光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠顯著提高光伏并網(wǎng)逆變器的性能，因?yàn)樗捎昧薙PWM控制的方式進(jìn)行了周波變換，所以使得輸出的波形畸變比較小，濾波電感體積也比較小。三、無變壓器隔離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)無變壓器隔離的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，即非隔離型里面不含隔離變壓器，能量傳遞一般只有兩級。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)一步降低了光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備的成本，使得傳輸能量的級數(shù)減少，提高了發(fā)電的效率。把太陽能電池板陣列輸出的直流電壓通過DC/DC直流升壓斬波電路升高到400V左右，這樣可以利用直流側(cè)平波儲能大電容的作用，來保證輸入逆變器部分的電壓穩(wěn)定。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)啟動的先決條件是直流側(cè)濾波電容預(yù)先充電到接近電網(wǎng)電壓的峰值[5]。一、單級光伏并網(wǎng)變換型單級式光伏并網(wǎng)變換型只用到一級的能量傳遞變換模式就能夠完成boostbuck斬波電路和DC/AC逆變電路的變換，然后通過RC濾波并入電網(wǎng)。但是這種類型的光伏拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由于太陽能電池板輸出的電壓等級有限，多用于小型的系統(tǒng)中。這種電路首先通過太陽能電池板陣列把太陽能輻射的能量轉(zhuǎn)換為電能，經(jīng)濾波電路后通過前級直流斬波電路捕捉到最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT），然后經(jīng)過工頻逆變電路，并入交流電網(wǎng)。 按控制方式分類按照控制方式可分為電流源式和電壓源式兩種拓?fù)漕愋汀τ谳斎朐吹倪x擇，要想得到一個穩(wěn)定的電流源輸入很不容易，要在輸入端串入一個大電感，但這會使系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)較差，所以，一般采用電壓源輸入。所以，一般采用電壓源輸入電流控制輸出的方式[4]。其次由于直流側(cè)電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出的電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。最后當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時需要提供無功功率，直流側(cè)的電容起緩沖無功能量的作用。二、電流型逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電流型逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是把太陽能電池板輸出的電能經(jīng)過濾波電路后送入到一個直流電流源中，或者在直流側(cè)串聯(lián)一個大電感相當(dāng)于電流源。其次逆變電路中的開關(guān)器件起的作用僅改變直流電流流通的路徑，因此交流側(cè)得到的輸出電流為矩形波，并且和負(fù)載阻抗角無關(guān)。交流側(cè)為阻感負(fù)載情況時，需要提供無功功率，直流側(cè)電感起緩沖無功能量的作用。根據(jù)以上光伏并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析，綜合各種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè)計選用當(dāng)今熱點(diǎn)研究雙級式無變壓器的電壓型逆變器拓?fù)潆娐纷鳛橹麟娐?。在本設(shè)計的系統(tǒng)中，太陽能電池板輸出的額定直流電壓為60140V之間，前級DC/DC斬波電路變換器需將此輸入電壓升至400V以上才能實(shí)現(xiàn)無隔離變壓器兩級式直接并網(wǎng)。因?yàn)檩斎腚娏魇沁B續(xù)的，使得對電源電磁干擾影響相對較小，開關(guān)管發(fā)射級接地，驅(qū)動電路相對簡單，是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制的理想選擇。同時Boost升壓斬波電路具有相對較高的效率，電路結(jié)構(gòu)中的二極管具有防止電網(wǎng)側(cè)能量反送給光伏陣列的作用，從而提高了光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體工作效率。DCLink的作用除了連接DC/DC升壓斬波變換器和DC/AC逆變器，還實(shí)現(xiàn)了能量的傳遞。整個系統(tǒng)保證了并網(wǎng)逆變器輸出的正弦電流與電網(wǎng)側(cè)相電壓同頻同相。 光伏并網(wǎng)逆變器的控制方式光伏并網(wǎng)逆變器控制方式可以分為電壓源電壓控制、電流源電壓控制、電壓源電流控制和電流源電流控制四種。在光伏逆變器和電網(wǎng)連接并網(wǎng)運(yùn)行時，電網(wǎng)可以被看做是一個容量無窮大的交流電壓源?？梢酝ㄟ^調(diào)整光伏并網(wǎng)逆變器輸出電壓的大小以及相位來控制系統(tǒng)的有功率和無功功率輸出。若不采取一些措施，同等級功率的電壓源并聯(lián)運(yùn)行優(yōu)異性不容易獲得。 光伏并網(wǎng)逆變器的控制目標(biāo)光伏并網(wǎng)逆變器的控制目標(biāo)為：光伏并網(wǎng)逆變器輸出穩(wěn)定的、高質(zhì)量的正弦波，且與電網(wǎng)電壓同頻同相，同時希望能夠通過調(diào)節(jié)光伏陣列的最大功率點(diǎn)，使太陽能光伏陣列按最大功率輸出。(b)所示。由圖中的矢量三角形關(guān)系可知，由于并網(wǎng)逆變器的輸出濾波電感L的存在，當(dāng)使光伏逆變器輸出電流和電網(wǎng)電壓同相位時，電網(wǎng)側(cè)電壓和光伏并網(wǎng)逆變器輸出電壓之間存在相位差。較常用的電流控制方法有：SPWM正弦波脈寬調(diào)制電流跟蹤方式、SVPWM空間矢量脈寬調(diào)制、電流滯環(huán)瞬時比較方式等。它將電網(wǎng)電流在線實(shí)時值和給定電流進(jìn)行比較，兩者的差值通過一個PI調(diào)節(jié)，然后與三角波進(jìn)行比較，進(jìn)而輸出PWM波。這種三角波比較控制方式中，功率開關(guān)器件的開關(guān)頻率是一定的，即等于載波頻率，這給高頻濾波器的設(shè)計帶來方便。二、電流滯環(huán)瞬時比較方式在跟蹤PWM變流電路中，電流跟蹤控制應(yīng)用最多。若確定，則輸出電流的誤差范圍不變。這種控制方式有以下特點(diǎn)：，輸出電壓波形中不含特定頻率的諧波分量。，相同開關(guān)頻率時輸出的電流中高次諧波含量較多。，這是各種電流跟蹤型PWM型變流電路的共同特點(diǎn)。采用逆變器空間電壓矢量（SVPWM）的切換來獲得準(zhǔn)圓形旋轉(zhuǎn)磁場，這樣能夠在開關(guān)頻率不高的條件下，使得逆變器輸出獲得較好的性能。 最大功率點(diǎn)跟蹤在太陽能電池陣列光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能電池陣列的內(nèi)阻不僅要受到日照強(qiáng)度的影響，而且還要受環(huán)境溫度及負(fù)載的影響，并且一直處在不斷變化之中，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)也由此變得不確定。因此為了不斷能夠獲得最大功率的輸出，太陽能電池必須實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。所以，我們可以近似認(rèn)為太陽能電池的開路電壓與最大功率點(diǎn)（MPPT）電壓成線性比例關(guān)系：。一定的條件下，采用恒壓控制跟蹤的方法不僅可以得到比直接匹配更高的功率輸出，還可以用來簡化和近似最大功率點(diǎn)跟蹤控制。如果功率增加，表示擾動方向正確，可繼續(xù)朝同一個方向擾動。這種方法的特點(diǎn)是原理清晰，實(shí)現(xiàn)簡單，被測參數(shù)較少，而且不需要知道太陽能的特性曲線，能夠較普遍地被應(yīng)用在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的最大點(diǎn)功率跟蹤控制上。當(dāng)光照和溫度有大幅度變化時，這種跟蹤到另一最大功率點(diǎn)的速度變慢，不能快速跟蹤。由太陽能輸出功率與輸出電壓的關(guān)系可知：；；。電導(dǎo)增量法通過比較太陽能電池輸出的電導(dǎo)增量和瞬時電導(dǎo)來改變控制信號。優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時，能夠快速跟蹤其變化，需要一些處理速度快的芯片進(jìn)行控制。 孤島效應(yīng)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，直接將太陽能逆變后的電能饋送給電網(wǎng)，從而需要設(shè)置各種完善的保護(hù)措施。對于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)而言，需要考慮在一種特殊的故障狀態(tài)下的應(yīng)對策略——孤島效應(yīng)的防止對策。孤島效應(yīng)，可能會對用戶、電網(wǎng)會對整個配電系統(tǒng)設(shè)備及用戶端設(shè)備以及維修人員造成危害。，由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)失去電網(wǎng)作為參考信號，造成系統(tǒng)的輸出電流、電壓及頻率出現(xiàn)漂移而偏離電網(wǎng)頻率，產(chǎn)生不穩(wěn)定的情況，且可能含有較大的電壓于電流諧波成分。，由于電壓相位不同，可能發(fā)生較大的沖擊電流，造成相關(guān)的設(shè)備損壞。，當(dāng)孤島現(xiàn)象發(fā)生時，將形成缺相供電，影響用戶端的三相負(fù)載[10]。所以，必須尋求適當(dāng)?shù)慕鉀Q策略來應(yīng)對日趨嚴(yán)重的孤島效應(yīng)問題。孤島效應(yīng)的檢測技術(shù)一般分為兩類——被動檢測法和主動檢測法。電網(wǎng)故障后，負(fù)載電壓及頻率均不能穩(wěn)定，從而可以判斷孤島效應(yīng)是否發(fā)生。主動檢測法是通過并網(wǎng)逆變器定時產(chǎn)生一個擾動信號，然后觀察電網(wǎng)是否受到影響作為判斷電網(wǎng)是否發(fā)生故障的依據(jù)。即使光伏電源的功率與局部電網(wǎng)負(fù)載的功率平衡時，也會通過擾動破壞功率平衡，造成系統(tǒng)的電壓、頻率和相角有明顯變化，從而能夠檢測出孤島效應(yīng)。它包括直流升壓斬波電路變換、DC/AC工頻變換以及LCL濾波器等部分，其中Ugrid 表示電網(wǎng)側(cè)的電壓。所以需要增加一個DC/DC升壓變換電路來升高直流母線電壓，采用閉環(huán)控制來實(shí)現(xiàn)直流母線電壓的穩(wěn)定。與模擬信號處理系統(tǒng)相比，數(shù)字信號處理技術(shù)及設(shè)備具有靈活、精確、快速、坑干擾能力強(qiáng)、設(shè)備尺寸小、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，所以目前大多設(shè)備采用數(shù)字技術(shù)設(shè)計實(shí)現(xiàn)。數(shù)字信號處理器是利用計算機(jī)或?qū)Ｓ玫奶幚碓O(shè)備，以數(shù)值計算的方式對信號進(jìn)行采集、變換、綜合、估計與識別等加工處理，從而達(dá)到拾取信息和控制的目的。其一是Cooley和Tuckey對離散傅立葉變換的有效算法的解密，另一個就是可編程數(shù)字信號處理器在20世紀(jì)60年代的引入。諾依曼結(jié)構(gòu)的處理器相比有了本質(zhì)的改進(jìn)，為復(fù)雜信號處理算法和控制算法的實(shí)現(xiàn)提供了良好的實(shí)現(xiàn)平臺[11]。這種芯片集成了128KB的Flash儲存器，4KB的引導(dǎo)ROM，數(shù)學(xué)運(yùn)算表以及2KB的OTPROM，因此能夠大大改善其應(yīng)用的靈活性。，最多達(dá)128K16位的Flash存儲器。，支持動態(tài)改變鎖相環(huán)節(jié)的倍頻系數(shù)、片上振蕩器、看門狗。，每一個事務(wù)管理器包括：兩個16位的通用定時器；8通道16位的PWM；不對稱、對稱或者四個矢量PWM波形發(fā)生器；死區(qū)產(chǎn)生和配置單元；外部可屏蔽功率或驅(qū)動保護(hù)中斷；三個完全比較單元；三個捕捉單元，捕捉外部事件；同步模數(shù)轉(zhuǎn)換單元。，28通道復(fù)用輸入接口、兩個采樣保持電路、單/連續(xù)通道轉(zhuǎn)換、流水線最快轉(zhuǎn)換周期為60ns,單通道最快轉(zhuǎn)換周期200ns、可以使用兩個事件管理器順序觸發(fā)8對模數(shù)轉(zhuǎn)換。二、DSP外圍設(shè)備TMS320F2812數(shù)字信號處理器集成了很多內(nèi)核可以訪問和控制的外部設(shè)備，內(nèi)核需要某種方式來讀/寫外設(shè)。每個外設(shè)被分配一段相應(yīng)的地址空間，主要包括配置寄存器、輸入寄存器和狀態(tài)寄存器。它是由Altium公司在2002年推出的，是目前最受歡迎的電子線路設(shè)計軟件，利用它可以方便地設(shè)計各種電路原理圖和PCB圖。一、時鐘晶振電路和復(fù)位電路通過晶振電路的作用為DSP系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。連接起振