【正文】 開始中斷返回 鎖相環(huán)流程圖 光伏充電控制分析在獨立光伏發(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，蓄電池作為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中不可缺少的儲能設(shè)備，起著關(guān)鍵性的作用。因此，蓄電池的控制管理是獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。蓄電池MPPT適配器 光伏陣列 光伏充電器結(jié)構(gòu)框圖在獨立光伏發(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，必須備有儲存能量的環(huán)節(jié)?？刂破骼肕CU通過PWM功能對蓄電池進行充電管理。當(dāng)充電電壓低于保護電壓時，控制器自動關(guān)閉負(fù)載，保護蓄電池不受損害。由于太陽能電池的電壓與電流并不是線性的關(guān)系，且隨日照的強度和溫度的不同，光伏曲線也有所不同，在每條曲線上都有一個不同的最大功率點，也就是太陽能電池的最佳工作點。 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的主電路實質(zhì)上是一個降壓型直流變換器（BUCK）。當(dāng)溫度一定時，太陽能電池的最大功率點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，即只要保持太陽能電池的輸出端為常數(shù)，且等于某日照強度下對應(yīng)的最大功率點的電壓，那樣就可以大致保證在該溫度下太陽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能電池的最大功率。目前最常用的方式有擾動觀測法和電導(dǎo)增量法。它的內(nèi)環(huán)就是CVT，[8] 充電 PI調(diào)節(jié)器3電流 電壓 + v=f2(i)i=f1(v)PI調(diào)節(jié)器2PI調(diào)節(jié)器1MPPT + + + VSP 陣列電壓 MPPT控制框圖真正的MPPT的實現(xiàn)可用電導(dǎo)增量法，也可用擾動觀測法，理論上電導(dǎo)增量法比擾動法好，能快速適應(yīng)日照強度變化，然而因為傳感器的精度等因素，電導(dǎo)增量法難以實現(xiàn)，因此采用電壓擾動法，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。逆變器是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，是將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷难b置。光伏電池一般是電壓源，故逆變器主電路采用電壓型控制方式。采用DSP控制電路的結(jié)構(gòu)，控制電路時，采用輸出電壓瞬時值反饋進行波形控制，[8] DSP控制電路結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工作流程如下[8]:（1） 使用霍爾傳感器采樣輸出電壓，采樣周期20kHz。（2） 將采樣得到的反饋信息與給定值做比較，得到了偏差信號，將偏差信號和給定信號按一定的計算方法計算，得到脈寬控制量。（3） 根據(jù)上面算出的脈寬控制量，則可以算出當(dāng)前時刻SPWM波的占空比，使其輸出波形的占空比按正弦規(guī)律變化，由此就得到了高頻SPWM波。具體分析到控制算法上，我們主要采用的是重復(fù)控制和PID控制。正弦波逆變器的輸出電壓波形控制實質(zhì)上是一個伺服系統(tǒng)設(shè)計問題，系統(tǒng)需要跟蹤的指令信號基波為正弦波，而需要抑制的擾動信號除了基波外還含有基波頻率整數(shù)倍的多重諧波，采用積分控制的作用是及其有限的，無論是對指令信號還是擾動信號都不可能做到無靜差跟蹤。由內(nèi)模原理可知，要想實現(xiàn)輸出信號和指令信號之間無靜差，必須針對每一個指令信號和擾動信號均設(shè)置一重內(nèi)模，這將會使系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜化而難以實現(xiàn)。重復(fù)控制利用“重復(fù)信號發(fā)生器”內(nèi)模很巧妙地解決了這個問題。在設(shè)計重復(fù)控制器中，需要有一個周期信號保持器來消除周期參考信號或擾動引起的周期跟蹤誤差。S(z)與azk+1表示重復(fù)控制器的補償環(huán)節(jié)，主要是用來補償控制對象的相位滯后。擾動輸入的d(k)到跟蹤誤差e(k)的函數(shù)可表示為： Hz=E(z)D(z)=11+zN1QzzNSzP(z) (415)式中，N是一個基波周期的采樣次數(shù)。實質(zhì)上，重復(fù)控制器可以看作N個積分調(diào)節(jié)器，對應(yīng)參考信號的N的采樣點，因此，一個瞬時值跟蹤系統(tǒng)分解為N個恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過各采樣點的無靜差跟蹤保證了整個正弦參考信號的跟蹤精度。因此要結(jié)合PID控制，雖使得輸出電壓波形質(zhì)量不高，但是它的開關(guān)可以對跟蹤誤差進行調(diào)節(jié)。兩種方式的結(jié)合，取長補短，重復(fù)控制改善了波形輸出質(zhì)量，PID控制提高的系統(tǒng)的動態(tài)性能。第五章 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的孤島效應(yīng)正常的工作環(huán)境下，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并聯(lián)在電網(wǎng)上，向電網(wǎng)輸送有功功率，然而，當(dāng)電網(wǎng)處于大范圍停電情況下時，這些獨立的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)仍可能持續(xù)工作，并與本地負(fù)載連接，且處于獨立運行狀態(tài)，這種特殊的現(xiàn)象被稱為孤島效應(yīng)。孤島效應(yīng)就是當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)人為或是自然原因?qū)е碌闹袛喙╇姇r，且系統(tǒng)不能及時檢測到電網(wǎng)的斷電狀態(tài)并脫離電網(wǎng)而繼續(xù)維持向負(fù)載供電，構(gòu)成獨立供電系統(tǒng)。(2)影響配電系統(tǒng)上的保護開關(guān)動作程序。(4)當(dāng)電力公司供電恢復(fù)時所造成的相位不同步問題。孤島效應(yīng)是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)特有的現(xiàn)象，具有相當(dāng)大的危害性，不僅會危害到整個配電系統(tǒng)及用戶端的設(shè)備，更嚴(yán)重的是會造成輸電線路維修人員的生命安全，因此，對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)來說，具有反孤島效應(yīng)的功能是至關(guān)重要的。這個標(biāo)準(zhǔn)明確的提出了并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)斷電后檢測孤島效應(yīng)狀態(tài)和斷開與電網(wǎng)連接的時間限制，而且它還給出了具有反孤島功能的并網(wǎng)逆變器的基本要求。兩種負(fù)載如下：（1） 負(fù)載有功與并網(wǎng)逆變器有功輸出存在至少50%的差別（2） （超前或滯后）在標(biāo)準(zhǔn)中，對電壓波動和頻率波動，也給出了并網(wǎng)逆變器相應(yīng)的響應(yīng)時間要求，[7]狀態(tài)電壓幅值電壓頻率允許的最大檢測時間Afnom6 cyclesBUacfnom2 secondsC≤Uac≤ Vnomfnom2 secondsD Vnom Uacfnom2 secondsE≤Vfnom2 secondsFVnomf6 cyclesGVnomffnom+6 cycles① Vnom指電網(wǎng)電壓幅值的正常值，對中國單相市電來說該值為220V(有效值)② fnom指電網(wǎng)電壓頻率的正常值，對中國單相市電來說該值為5OHz電網(wǎng)光伏陣列RLC負(fù)載DC DC AC P1 Q1 ΔP, ΔQ斷路器 PL QL 孤島效應(yīng)狀態(tài)下供電狀態(tài)示意圖，P1 Q1是光伏并網(wǎng)逆變器輸出的有功功率和無功功率，PL QL是負(fù)載消耗的有功功率和無功功率，ΔP, ΔQ是光伏發(fā)電系統(tǒng)和負(fù)載有功無功的差值，是送入電網(wǎng)的。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障，斷電時： P1=PL1=UA12R Q1=QL1=(1ω2Lω2C)UA12式中，UA1為斷電后負(fù)載接入端電壓；ω2為并網(wǎng)逆變器輸出電壓角頻率。目前國內(nèi)的孤島效應(yīng)偵測技術(shù)已經(jīng)有一定的研究，防孤島效應(yīng)研究的最優(yōu)目的就是使光伏并網(wǎng)系統(tǒng)對孤島現(xiàn)象檢測無盲區(qū)，當(dāng)電網(wǎng)斷電光伏并網(wǎng)系統(tǒng)與本地負(fù)載形成孤島時，通過檢測光伏并網(wǎng)逆變器輸出的電壓、頻率、相位等指標(biāo)及時將光伏并網(wǎng)系統(tǒng)與本地負(fù)載解列。孤島檢測方法一般分為被動法和主動法。主動法是通過控制逆變器輸出或者外加阻抗等方式主動擾動系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生孤島時，主動干擾將造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，造成系統(tǒng)的電壓、頻率發(fā)生明顯的變化，由此來檢測電網(wǎng)響應(yīng)來判斷是否發(fā)生孤島，主要包括PQ擾動法、更改阻抗法、頻率偏移法。而被動式檢測方法就是根據(jù)以上幾點對系統(tǒng)進行檢測，判斷是否發(fā)生孤島情況。但是，當(dāng)逆變器輸出功率與負(fù)載功率達到平衡時，就會因為系統(tǒng)的電壓和頻率變動過小而不作為，當(dāng)然這種可能性是極小的。此方法主要用于電流型控制的并網(wǎng)逆變器中，因為流控型的逆變器的主要參考信號是市電電壓，當(dāng)市電故障時，并網(wǎng)逆變器的輸出電流會在電力變壓器上產(chǎn)生失真的波形，而此失真的波形再次被采入作為電流的參考量，則造成逆變器輸出電壓的諧波較大，借以此來判斷孤島效應(yīng)。此方法成本低，實現(xiàn)方便，但不足之處在于該方法有很大的不可測區(qū)域，可靠性不高，易發(fā)生誤動作。（Ⅰ）PQ擾動法 通過控制逆變器的輸出，周期性的加以有功功率或者無功功率擾動，有功功率的擾動法的原理是周期性改變并網(wǎng)逆變器有功輸出功率，同時檢測電網(wǎng)線路上的電壓幅值是否受到影響。當(dāng)市電中斷時，由于系統(tǒng)失去穩(wěn)定的參考電源，擾動將造成系統(tǒng)電壓或頻率明顯的變化，從而檢測到孤島現(xiàn)象。（Ⅱ）更改阻抗法 在電力輸配電線路上加裝一個電感或者電容，改變系統(tǒng)負(fù)載阻抗，當(dāng)市電故障時，即將電感或者電容并入，通過無功功率破壞系統(tǒng)平衡，可以檢測到電壓、頻率的異常，但是這個并聯(lián)阻抗的選擇是個不易解決的問題，而且可能對系統(tǒng)造成過大的影響而誤判。（Ⅲ）頻率偏移法 通過偏移市電采樣信號的頻率來作為逆變器的輸出電流頻率，造成系統(tǒng)頻率的擾動，即而來檢測判斷孤島。直至超越規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，從而觸發(fā)孤島效應(yīng)的保護電路，切斷逆變器與電網(wǎng)的連接。 本論文采用簡單易行的電壓頻率檢測法，通過對電網(wǎng)電壓和頻率的實時檢測，一旦超出孤島保護標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍，則實施保護。 ，在周期中斷中采樣得到電網(wǎng)電壓值以及在捕獲中斷中采樣得到電網(wǎng)頻率，將電壓值和頻率與與孤島設(shè)定值做比較，如果超出范圍就置孤島保護標(biāo)志位，再返回主程序，在主程序中判斷孤島保護標(biāo)志位來決定是否調(diào)用保護程序。 結(jié)論 近幾年，能源問題變得越來越嚴(yán)重，世界各地開始了對新能源的開發(fā)和利用。將太陽能應(yīng)用于發(fā)電更是成為人們普遍關(guān)注的焦點，一旦成功，利益無窮。通過分析太陽能電池的工作原理，在MATLAB/SIMULINK仿真環(huán)境下，基于光伏電池的IV數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系式，建立了光伏電池的仿真模型，并且分別研究分析了在不同光照強度、溫度下，光伏電池的輸出特性。本文重點對光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制技術(shù)進行了詳細(xì)的分析。 在此基礎(chǔ)上，分別對并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)和獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制技術(shù)進行了研究分析。此外，對其控制結(jié)構(gòu)中的電流環(huán)和鎖相環(huán)的工作原理進行了分析。在此之上，對獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器的控制技術(shù)進行了分析，通過采用DSP控制結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對逆變器的控制。展望光伏發(fā)電技術(shù)近幾年成為了全球關(guān)注的熱點，而且光伏發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)在國內(nèi)外大量的投入了使用。首先采用更加精確高效的最大功率點跟蹤方法來實現(xiàn)最大功率跟蹤控制，需要綜合考察MPPT方案的可靠性、穩(wěn)定性、快速性、精度、效率等多方面的因素，同時需要進行較長時間的檢測和對比，同時變步長的MPPT算法中步長變化的可以考慮更加智能化，尤其是在天氣變化的情況下。本文由于時間所限，暫沒有考慮諧波。針對“孤島效應(yīng)”檢測技術(shù)仍然存在許多問題需要解決。目前光伏發(fā)電系統(tǒng)效率還是不夠理想，有待于進一步改善。參考文獻1. 張興，[M]，機械工業(yè)出版社，.2. 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