【正文】 （ 0,1）之間的連續(xù) 分布 函數(shù) ，其概率密度分布為 [3] ????,?? = 1??(??,??)?????1(1???)???1 (34) 其中 m,n 為正數(shù)，規(guī)則化因子 B(m,n)是 Euler 的 B函數(shù)，取值滿足下式 ??(??,??)∫ ?????110 (1???)???1???? = ??(??)??(??)??(??,??) (35) 其中 Γ （ .）為 gamma 的函數(shù)， m,n 的取值因地制宜，考慮到仿真的時(shí)候 m,n 難確定，并且 Beta分布序列生成較難，可采用加以改進(jìn)的正態(tài)分布代替 Beta分布。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 16 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的主電路模型 圖 為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖 [19]，整體結(jié)構(gòu)由前級(jí)升壓變換器，后級(jí)全橋變換器，負(fù)載 RLC,前后級(jí)控制器組成。 圖 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 了解并掌握了主電路元器件模型后，即可搭建光伏發(fā)電系統(tǒng)的主電路模型，以并網(wǎng)單相光伏發(fā)電系統(tǒng)為例。 圖 逆變器主電路模型 在 simulink 中完成原理圖搭建，并對(duì)所有的器件的參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)定，則完畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 17 成了該光伏發(fā)電系統(tǒng)的主電路模型的建立。由圖可知，主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為 BUCK型變換器，利用脈沖寬度調(diào)節(jié)來(lái)控制主電路 IGBT的占空比，以改變對(duì)蓄電池的充電電流，由此 實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能電池的恒壓跟蹤，使太陽(yáng)能電池的輸出功率接近最大功率。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 18 第四章 光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制技術(shù) 光伏發(fā)電 MPPT 技術(shù) 在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池的利用率除了與光伏電池的內(nèi)部特性有關(guān)外，還受環(huán)境和溫度等因素的影響。因此，對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)尋求光伏電池的最優(yōu)狀態(tài)，以最大限 度地將光能轉(zhuǎn)換為電能。 一般正常情況下，隨溫度和輻照度變化的光伏電池 UI和 PI特性曲線分別如圖 、 [13]。理論上，當(dāng)光伏電池的輸出阻抗和負(fù)載阻抗相等時(shí)，光伏電池輸出功率最大。 傳統(tǒng)的 MPPT 方法依據(jù) 判斷方法和準(zhǔn)則的不同被分為開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種 [1]。此方法簡(jiǎn)便易行，卻對(duì)光伏電池的輸出有較強(qiáng)的依賴性，且效率較低。 電導(dǎo)增量法 由圖 可看出，正常光照條件下光伏電池的輸出 PU 特性曲線是一個(gè)以最大功率點(diǎn)為極值的單峰值函數(shù)，因此，在最大功率點(diǎn)處有 ???? ???? = 0 (41) 因此最大功率點(diǎn)跟蹤實(shí)質(zhì)上就是搜索滿足 ???? / ???? =0 的工作點(diǎn)，由 ?P/?U代替????/ ????。 如圖 ，是光伏電池 PU特性曲線及 ????/ ????變化特征，即在光強(qiáng)一定的情況下 僅存在一個(gè)最大功率點(diǎn)，且在最大功率點(diǎn)兩邊 ????/ ????符號(hào)相反，而在最大功率點(diǎn)處 ????/ ???? =0。則可以推導(dǎo)出工作點(diǎn)位于最大功率點(diǎn)時(shí)需滿足 ???????? = ? ???? (44) 由以上推到可得出，使用電導(dǎo)增量法進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤時(shí)判據(jù)如下： ?????? ? ???? 最大功率點(diǎn)左邊 ?????? = ? ???? 最大功率點(diǎn) (45) ?????? ? ???? 最大功率點(diǎn)右邊 圖 為定步長(zhǎng)電導(dǎo)增量法流程圖，其中 ???為每次系統(tǒng)調(diào)整工作點(diǎn)時(shí)固定的電壓該變量（步長(zhǎng)）， ????????為下一點(diǎn)電壓。其中左分支與上述分析相符合，右分支主要是為抑制當(dāng)外部輻射度發(fā)生突變時(shí)的誤判而設(shè)置的。缺點(diǎn)就在于其步長(zhǎng)固定，追蹤時(shí)間難以控制。 下面簡(jiǎn)單介紹兩種變步長(zhǎng)的電導(dǎo)增量法。在離最大功率點(diǎn)較遠(yuǎn)的時(shí)候 ，步長(zhǎng)可以適當(dāng)增大，這樣可以提高 MPPT 的追蹤速度；而到了最大功率附近區(qū)域時(shí)，跟蹤的步長(zhǎng)可以適當(dāng)?shù)臏p小，這樣可以提高 MPPT的準(zhǔn)確度 [1]。 由光伏電池 UI曲線可得出，類(lèi)似恒流源和恒 源 的區(qū)域范圍的比例較大，采用電導(dǎo)增量法時(shí)，在恒流源的區(qū)域里可加大步長(zhǎng)，在恒壓源的區(qū)域里適當(dāng)?shù)臏p小步長(zhǎng)，最后利用電導(dǎo) 增量法判據(jù)判斷是否已經(jīng)到達(dá)最大功率點(diǎn)處，若滿足判據(jù)，則停止擾動(dòng) 。 改進(jìn)后的 變步長(zhǎng)的程序流程圖如圖 。 MPPT 模型中我們主要介紹電導(dǎo)增量法的仿真模型，如圖 圖 電導(dǎo)增量法的仿真模型 PWM 脈寬調(diào)制模型是基于 MPPT 模塊的輸出信號(hào)作為后級(jí) DCDC 電路開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)， Repeating Sequence輸出的三角波作為載波，與 MPPT 模塊的輸出信號(hào)作比較后，作為 Switch的輸入信號(hào)， Switch的輸出 PWM 信號(hào)驅(qū)動(dòng)DCDC 電路。 如圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 24 圖 PWM 脈寬調(diào)制仿真模塊 DCDC 變換器模型是 通過(guò)調(diào)整 DCDC 中功率開(kāi)關(guān)管控制信號(hào)的占空比，來(lái)獲取光伏系統(tǒng)工作輸出的最大功率點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) MPPT 控制。還有就是 Boost 電路在結(jié)構(gòu)上與網(wǎng)側(cè)逆變器下橋臂的功率管共 同接 地，驅(qū)動(dòng) 也 相對(duì) 比較 簡(jiǎn)單。 圖 Boost 變換器結(jié)構(gòu)圖 其仿真模型如圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 25 圖 Boost 仿真模型圖 根據(jù)以上子 模塊的仿真模型，建立光伏電池的最大功率 控制 仿真 模型，如圖 圖 MPPT控制仿真模型圖 在上圖整個(gè)仿真模型中包含了 PV 模塊、 MPPT 模塊、 PWM 模塊和 DC/DC變換器 模塊。而 MPPT 模塊是在不停的檢測(cè)光伏陣列的電壓 V 和電流 I，通過(guò) MPPT 計(jì)算方法計(jì)算出輸出給定電壓值 Vref 。 當(dāng)輻照強(qiáng)度為 1KW/m2,環(huán)境 溫度為 25℃ 時(shí) ，系統(tǒng)最大功率仿真結(jié)果如 下 所示： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 26 （ 1） 光伏陣列輸出電壓和電流的波形 （ 1）光伏陣列的輸出電壓 （ 2）光伏陣列的輸出電流 （ 3） Boost變換器輸出電壓 （ 4） 系統(tǒng)輸入，輸出功率 比較 圖 最大功率跟蹤仿真結(jié)果圖 為使得仿真結(jié)果便于分析，仿真中光伏電池的參數(shù)設(shè)置如下 :短路電流 8. 58A，開(kāi)路電壓 22V，峰值電流 7. 94A，峰值電壓 17. 7V，其標(biāo)準(zhǔn)功率約為 140W。由圖中可以看出系統(tǒng)大約在 0. 04s時(shí)達(dá)到最大功率穩(wěn)定點(diǎn) 。Boost變換器輸出電壓 約 40. 75V，與 17. 19V相比，升壓后大約放大 2. 4 倍。 控制方面比較復(fù)雜，如最大功率點(diǎn)跟蹤控制，逆變器并聯(lián)控制，孤島效應(yīng)等。 并網(wǎng)逆變器控制 并網(wǎng)逆變器是光伏系統(tǒng)中能量和轉(zhuǎn)換的核心部分。 圖 單相并網(wǎng)逆變器 其中 R 為等效電阻， L 為濾波電感， ??????為光伏電池輸出的直流電壓， 其等效電路如圖 ， ??1是逆變器輸出的高頻 SPWM 波，經(jīng)過(guò)濾波后，饋入電網(wǎng)， ??2為電網(wǎng)電壓。 由等效電路模型可得出： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 28 ??1 = ?????????? +???? +??2 (46) 則由上面的方程式可得出輸出側(cè)電壓的 矢量圖，如圖所示 圖 上式方程式經(jīng)過(guò)拉普拉斯變換，得到 ??(??) = 1????+??[??1(??)???2(??)] (47) 即可得出控制傳遞函數(shù) ??1(??) = 1????+?? (48) 忽略死區(qū)時(shí)間、功率器件等非線性因素的影響時(shí)，逆變橋路和 SPWM 脈寬調(diào)制器可視為一階慣性環(huán)節(jié)，即 ??2(??) = ??????+1 (49) 其中 K是逆變器增益， T為逆變器開(kāi)關(guān)周期。而在電流控制模式中，受控量是輸出電流，而且輸出地電流質(zhì)量受到電網(wǎng)電壓的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 29 影響較少，因此在實(shí)際應(yīng)用中，電流控制模式受到了大家的青睞。在中小功率單相并網(wǎng)逆變器中，常采用較為簡(jiǎn)單的雙環(huán)控制策略。如圖所示控制框圖 。 電流環(huán)的 分析 建模 電流環(huán)的控制目的就是實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流的大小跟隨基準(zhǔn)給定。 采用電流 PI 閉環(huán)調(diào)節(jié)器來(lái)降低其穩(wěn)態(tài)誤差及增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。 由此可畫(huà)出波特圖，如圖 。 1+τ sTs K 1sL+R H 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 31 鎖相環(huán)的原理分析 在控制光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn) cos??=1,而且重要的是實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓 相同頻率、相同相位。 接下來(lái)詳細(xì)的介紹下鎖相環(huán)的原理及其實(shí)現(xiàn)方法。它的組成成分有： 鑒相器 (PD)，環(huán)路濾波器 (LF)和壓控振蕩器 (VCO)。鎖相環(huán)基本構(gòu)成框圖如圖 所示 [12]。低通濾波器濾除 ????中的高頻信號(hào)后得到 ????，再由 ????來(lái)控制壓控振蕩器來(lái)改變輸出信號(hào) ????????的頻率和相位來(lái)逼進(jìn) ??????的頻率和相位。 常用的正弦鑒相器采用模擬乘法器與低通濾波器的串接作為模型。常用的環(huán)路濾波器有 RC 積分濾波器、無(wú)積比例積分濾波器和有源比例積分濾波器三種。 鎖相環(huán)和其它常規(guī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)的不同之處它的輸入是相位信號(hào)，而 常規(guī)的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)的輸入是經(jīng)過(guò)電壓或電流傳感器檢測(cè)來(lái)的電壓、電流信號(hào)， 鑒相器(PD) 環(huán)路濾波器(LF) 壓控振蕩器(VCO) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 32 另外，由于對(duì)相位的檢測(cè)往往沒(méi)有對(duì)頻率或周期檢測(cè)方便，而頻率或周期與相位之間又存在一個(gè)簡(jiǎn) 單的積分關(guān)系，因此在實(shí)際應(yīng)用中常常將頻率或周期作為輸 入變量。而頻率和相位的跟蹤速度對(duì)于逆變器工作狀態(tài)有很大的影響，跟蹤過(guò)快必然會(huì)引起逆變器輸出電流大范圍的突變，甚至 可能會(huì) 造成變壓器飽和， 可是 太慢也是不合理的。 鎖相環(huán)流程圖如下 . 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 33 圖 鎖相環(huán)流程圖 離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制 光伏充電控制分析 在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，為了確保持續(xù)可靠的向負(fù)載供電，提高光伏電池發(fā)電的利用率，蓄電池作為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中不可缺少的儲(chǔ)能設(shè)備，起著關(guān)鍵性的作用。因此，蓄電池的控制管理是獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 光伏陣列 光伏充電器結(jié)構(gòu)框圖 在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中，為了在夜間或者連續(xù)幾天日照不足的情況下，系統(tǒng)仍然可以提供能量滿足用戶需求，必須備有儲(chǔ)存能量的環(huán)節(jié)。 控制器利用 MCU通過(guò) PWM 功能對(duì)蓄電池進(jìn)行充電管理。當(dāng)充電電壓低于保護(hù)電壓時(shí)，控制器自動(dòng)關(guān)閉負(fù)載，保護(hù)蓄電池不受損害。 由于太陽(yáng)能電池的電壓與電流并不是線性的關(guān)系，且隨日照的強(qiáng)度和溫度的不同，光伏曲線也有所不同，如圖 光伏電池的伏安特性曲線，在每條曲線上都有一個(gè) 不同的最大功率點(diǎn)，也就是太陽(yáng)能電池的最佳工作點(diǎn)。 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的主電路實(shí)質(zhì)上是一個(gè)降壓型直流變換器（ BUCK）。由圖 可看出，當(dāng)溫度一定時(shí)，太陽(yáng)能電池的最大功率點(diǎn)幾乎落在同一根垂直線的兩側(cè)，則我們就可以把最大功率點(diǎn)的軌跡線近似看成電壓 V=const的一根垂直線，即只要保持太陽(yáng)能電池的輸出端為常數(shù)，且等于某日照強(qiáng)度下對(duì)應(yīng)的最大功率點(diǎn)的電壓，那樣就可以大致保證在該溫度下太陽(yáng)能電池輸出最大功率。然而卻受到溫度的極大影響。 第二種控制方式是真正的 MPPT 方式， 真正的 MPPT 是在任何溫度和日照條件下都能跟蹤太陽(yáng)能電池的最大功率。目前最常用的方式有擾動(dòng)觀測(cè)法和電導(dǎo)增量法。它的內(nèi)環(huán)就是 CVT， MPPT控制框圖如圖 [8] 充電 電流 電壓 + + + + VSP 陣列電壓 圖 MPPT控制框圖 真正的 MPPT 的實(shí)現(xiàn)可用電導(dǎo)增量法，也可用擾動(dòng)觀測(cè)法，理論上電導(dǎo)增量法比擾動(dòng)法好，能快速適應(yīng)日照強(qiáng)度變化，然而因?yàn)閭鞲衅鞯木鹊纫蛩兀妼?dǎo)增量法難以實(shí)現(xiàn)，因此采用電壓擾動(dòng)法，將本次的光伏陣列的輸出功率和上次的相比確定是增加還是減小光伏陣列的電壓。 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器控制技術(shù) 逆變器是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，是將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?