基于太阳能光伏发电并网系统的研究

基于太阳能光伏发电并网系统的研究

姓名：闫士职申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动

指导教师：郭世明

20090501

西南交通大学硕士研究生学位论文第ｌ页摘要随着全球环境污染和能源短缺问题的日益严重，寻找新能源已经是各国不得不面临的现实。众所周知，太阳能是当前世界上最丰富、最清洁、最有大规模开发利用前景的可再生能源之一，其中光伏发电越来越受到人们的认可和关注。在近些年来，光伏发电并网技术成为了光伏发电应用的主流。为此，本文对光伏发电并网系统进行了详细介绍，并对并网控制方法进行了相关研究。本文研究的对象是完整的光伏并网发电系统，着重对三相光伏并网系统进行了全面的分析。对并网系统的主电路拓扑、控制策略、系统参数选择、最大功率点跟踪等几个方面做了详细的分析和仿真实验。首先，概述了太阳能利用的意义和广阔前景，给出本课题的主要研究内容。接着简要的介绍了太阳能光伏发电系统分类和组成。其次，阐述了三相光伏发电并网的控制目标，给出并网运行时必须满足的条件。通过分析比较当前流行的几种逆变电路的控制方法之后，本文采用基于ＳＰｗＭ的电流输出并网控制方法，通过ＭＡＴＬＡＢ软件搭建模型进行仿真实验。通过仿真验证了此控制方法的可行型。并且分析了影响纹波电流大小的主要因素。最后对光伏电池的原理和工作特性进行了简要的分析。用方框图表达了几种常用的最大功率跟踪的控制方法。文本选择扰动观测法作为最大功率跟踪的控制方法。通过ＭＡＴＬＡＢ软件对其进行建模仿真实验，通过仿真结果可以得出此方法可以较好的跟踪光伏电池最大功率工作点。并且本文还验证了通过改变不同的扰动步长对跟踪效果的影响。论文最后对所取得的成果进行了总结，并给出了作者的一些建议，同时也对光伏发电技术进行了展望。关键词：三相光伏并网；逆变控制器；最大功率跟踪；仿真实验西南交通大学硕士研究生学位论文第１ｆ页ＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈａｇｒａｄｕａｌｌｙｓｅｒｉｏｕｓｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｇｌｏｂａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎａｎｄａｅｎｅｒｇｙｓｈｏｒｔａｇｅｓ，ｆｉｎｄｉｎｇｎｅｗｅｎｅｒｇｙｓｏｕｒｃｅｉｓａｆａｃｔｔｈａｔｅｖｅｒｙｃｏｕｎｔｒｙｈａｓｔｏｆａｃｅ．Ｉｔｉｓｗｅｌｌｋｎｏｗｎｔｈａｔｓｏｌａｒｓｃａｌｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｅｎｅｒｇｙｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍｏｓｔａｂｕｎｄａｎｔ，ｃｌｅａｎ，ａｎｄｌａｒｇｅｅｎｅｒｇｙｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．Ｔｈｅｒｅｉｎｔｏ，Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｅｎｅｒａｔｅｅｌｅｃｔｒｉｅｉｔｙｏｂｔａｉｎｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｒｅｃｏｇｎｉｚａｂｉｌｉｔｙａｎｄａｔｔｅｎｔｉｏｎｆｒｏｍｐｅｏｐｌｅ．Ｉｎｔｈｅｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｅｎｅｒａｔｅｅｌｅｃｔｒｉｅｉｔｙｇｒｉｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｖｅｂｅｃｏｍｅｔｈｅｍａｉｎｆｏｒｍｏｆｔｈｅＰＶｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅＰＶｇｅｎｅｒａｔｅｅｌｅｃｔｒｉｅｉｔｙｓｙｓｔｅｍｄｅｔａｉｌｅｄｌｙ．Ｂｅｓｉｄｅｓｔｈａｔ，ｔｈｉｓｐｅｐｅｒａｌｓｏｍａｋｅｓｏｍｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅｒｅｓｅａｒｃｈａｂｏｕｔＰＶｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄ．ＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔｏｎｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓａｃｏｍｐｌｅｔｅＰＶｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｓｙｓｔｅｍ，ｍｏｓｔｌｙｆｏｃｕｓｉｎｇｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅＰＶ鲥ｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｓｙｓｔｅｍｓ．Ｔｈｅｃｉｒｃｕｉｔｍａｉｎｃｏｎｔｅｎｔｏｆｈｉｓｐａｐｅｒｉｓａｂｏｕｔｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｍａｉｎｏｆｇｉｒｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｏｐｏｌｏｇｙｓｙｓｔｅｍｓ，ｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ，ｓｙｓｔｅｍｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｋｉｎｇ．Ｆｒｉｓｔｌｙ，ｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｅｉｔｙｇｏｏｄｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄｏｆｔｈｅｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙｂｅｅｎｕｓｉｎｇｉｓｎａｒｒａｔｅｄ，ｔｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｅｎｔｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｓｏｒｔｓｈｏｗｎ．Ａｆｔｅｒｔｈａｔ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｖｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎｄｓｉｍｐｌｙｏｆＰＶｇｅｎｅｒａｔｅｇｒｉｄ·ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅｎｅｅｄｅｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｔｈｅｔｈｒｅｅ·ｐｈａｓｅＰＶｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆ鲥ｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｔａｒｇｅｔｏｆｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｏｎｗｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｒｏｕｇｈａｎａｌｙｓｉｓｉｎｇｓｅｖｅｒａｌｐｒｅｓｅｎｔｌｙｐｏｐｕｌａｒｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｓｏｆｉｎｖｅｒｔｅｒ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｄｏｐｔｃｕｒｒｅｎｔｏｕｔｐｕｔｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈｉｓｂａｓｅｄＳＰＷＭｃｏｎｔｒ０１．Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓｉｓｔｏｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗｉｔｈｍａｔｌａｂ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｐｒｏｖｅｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｉｓｆｅａｓｉｂｌｅ．Ｂｅｓｉｄｅｓｔｈａｔ，ｔｈｅａｒｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｓｏｆｅｆｆｅｃｔｉｎｇｒｉｐｐｌｅｃｕｒｒｅｎｔａｌｓｏａｎａｌｙｚｅｄｄｅｅｐｌｙ．Ｌａｓｔｌｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｉｍｐｌｙａｎａｌｙｓｅｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＰＶｂａｔｔｅｒｉｅｓ．Ｕｓｉｎｇｄｉａｇｒａｍｓｅｘｐｒｅｓｓｓｅｖｅｒａｌｃｏｍｍｏｎｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｓ．Ａｆｔｅｒｔｈａｔ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｃｈｏｏｓｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｏｂｓｅｒｖｅｒｍｅｔｈｏｄｔｏｔｒａｃｋｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒ．Ｕｓｉｎｇｍａｔｌａｂｓｏｆｔｗａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ，ａｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔａｌｓｏｐｒｏｖｅｔｈａｔｔｈｉｓｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｗｏｒｋｉｎｇａｔｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒＣａｎｂｅｔｔｅｒｔｒａｃｋｔｈｅＰＶｃｅｌｌｓｏｎｐｏｉｎｔ．Ｔｈｅｐａｐｅｒａｌｓｏｖｅｒｉｆｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｆｆｅｃｔｓｔｈｅ西南交通大学硕士研究生学位论文第１Ｉｌ页ｔｒａｃｋｂｙｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｓｔｅｐｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒＳＵｍＳｕｐｓｏｍｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓａｎｄａｌｓｏｇｉｖｅｓｓｏｍｅｓｕｇｇｔｉｏｎｓａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓａｂｏｕｔＰＶｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｓｙｓｔｅｍ．ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｔｈｒｅｅ·－ｐｈａｓｅＰＶｇｒｉｄ·—ｃｏｎｎｅｅｔｅｄ；Ｉｎｖｅｒｔｉｎｇｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｋｉｎｇ；Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；Ｍａｘｉｍｕｍ西南交通大学曲南交通大罕学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权两南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行榆索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１．保密口，在年解密后适用本授权书；２．不保密既使用本授权书。（请在以上方框内打“４’’）学位论文作者签名：ｊ闻古职日期：川．莎．乒指日导期掷守师，丁；孙卉ｒ厂ｂ扦∥西南交通大学学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本论文的创新点：在光伏发电广泛应用的今天，研究三相光伏发电并网系统，采用基于ＳＰＷＭ的三角波比较电流型并网逆变器控制策略，通过仿真实验取得不错效果。并对影响并网电流纹波的因素进行了一定的分析。在跟踪最大功率方面，应用扰动观测法进行功率的控制，采用不同的扰动步长进行仿真实验，并取得了较好的跟踪效果。闭士职≯１．；．≮西南交通大学硕士研究生学位论文第１页第一章弟一早１．１太阳能光伏发电研究的意义绪论珀下匕在人类文明的历史长河中，人类不断地从自然界索取、探求适合生存和发展所需的各种能源，能源的利用水平折射出人类文明的前进步伐。从原始社会开始，由地球在长达５０万年的历史中积累下来的化石矿物能源，即常规能源（煤、石油、天然气等）一直是人类所用能源的基础。但是常规能源的储量正随着人类文明的高度发展而迅速枯竭。从资源的角度看，地球的矿物能源储量是有限的，按目前消耗的速度计，石油还可供开采４０年左右，天然气约６０年，煤大约２００年。全球能源消耗的年增长率约为２％，近３５年来世界能源消费量已经翻了一番。人们预计：到２０２５年全球能源消耗还将再增加一倍。常规能源的大量利用对人类生存环境也有着日趋严重的破坏作用。到２０世纪末人们开始意识到：由于每年燃烧常规能源所产生的Ｃ０２排放量约２１０亿吨左右，已经使地球严重污染，而且目前Ｃ０２的年排放量还在呈上升趋势。Ｃ０２造成了地球的温室效应，使全球气候变暖。经过较为准确的推算，如果全球变暖１．５＂－＇４．５。Ｃ，最严重的后果是海平面将上升２５＂－＂１４５厘米。沿海低洼地区将被淹没，这将严重影响到许多国家的经济、社会和政治结构。此外，大量燃烧矿物燃料，会在大范围内形成酸雨，将严重损害森林和农田。目前全球已有数以千计的湖泊酸性度不断提高，并己接近鱼类无法生存的地步。酸雨还损坏石造建筑、破坏古迹、腐蚀金属结构，甚至进入了饮用水源，释放出潜在的毒性金属（如镉、铅、汞、锌、铜等），威胁人类健康。人类文明的高度发展与生存环境的极度恶化，形成了强烈的反差。这些都促使人们必须去开发新的能源。因此自然能发电技术的应用受到越来越普遍的重视，洁净广泛的太阳能正适合于作为可再生的替代能源。太阳能作为一种新型的绿色可再生能源，与其他新能源相比是最理想的可再生能源。特别是近几十年来，随着科学技术的不断进步，太阳能及其相关产业成为世界发展最快的行业之一。因为它具有以下的特点：（１）储量丰富。太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用量巨大。太阳每秒钟辐射的能量大约是１．６＂１０２３ｋＷ，其中到达地球的能量高达８牛１０１３ｋＷ相当于西南交通大学硕士研究生学位论文第２页燃烧６水１０９吨标准煤。按此计算，一年内到达地球表面的太阳能总量折合成标准煤约１．８９２木１０６亿吨，是目前世界主要能源探明储量的一万倍。相对于常规能源的有限性，太阳能储量是无限的，取之不尽，用之不竭。这就决定了开发利用太阳能将是人类解决常规能源匮乏枯竭的最有效途径。（２）清洁性和经济性。太阳能像风能、潮汐能等洁净能源一样，其开发利用几乎无任何物质的排放，既不会留下污染物，也不会向大气中排放废气，加之储量的无限性，是人类理想的替代能源。（３）分布范围广泛。纬度的不同和气候条件的差异造成了太阳能辐射的不均匀，但相对于其他能源来说，太阳能对于绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用。这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好前景。太阳能的开发利用主要有光热利用、光伏利用、光化学利用等三种形式。光热利用是将太阳能转换为热能储存起来，其中太阳能热水器是光热利用最成功的领域。除此之外还有太阳房、太阳灶、太阳能温室、太阳能干燥系统、太阳能土壤消毒杀茵技术等。这些技术尤其在我国的北方和西部应用较广并且成效显著。以光伏电池技术为核心的光伏利用成为太阳能开发利用中最重要的应用领域，利用光伏发电，具有明显的优点：（１）结构简单，体积小且轻。（２）容易安装运输，建设周期短。（３）维护简单，使用方便。ｒ４）清洁、安全、无噪声。（５）可靠性高，寿命长，并且应用范围广。１．２国内外研究的现状太阳能光伏发电产业是２０世纪８０年代以来世界上增长最快的高新技术产业之一。目前国际上对太阳能资源已经十分重视。２０世纪７０年代以来，鉴于常规能源供给的有限性和环保压力，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能和可再生能源的热潮。利用太阳能发电的光伏发电技术被用于许多需要电源的场合，上至航天器，下至儿童玩具，光伏电源无处不在。西方一些发达国家纷纷出台有关政策和法规来扶持光伏并网产业。１９９０年德国率先提出并实施“一千屋顶计划９９９在居民住宅屋顶上安装太阳能并网发电系统。由于采取了一些优惠政策，项目结束时共安装１～５ｋＷ的屋顶太西南交通大学硕士研究生学位论文第３页阳能并网发电系统２０５６套。１９９９年１月进一步提出了“十万屋顶计划＂，到２０００年安装太阳能发电系统容量超过４０ＭＷ。现在德国的太阳能发电市场已从探索阶段发展成为繁荣的专业市场。日本从２０世纪７０年代开始连续制订和实施了几个太阳能发电发展５年计划，到１９９６年底己安装２７００套并网户用太阳能发电系统，每套容量平均为３ＭＷ。同时，日本政府又提出“３０年计划９９９预计到２０３０年光伏发电总容量达１００ＧＷｐ。目前日本的光伏组件产量己超过美国居世界第一位。意大利１９９８年实施“全国太阳能屋顶计划”，总容量为５０ＭＷｐ。在这类系统中，规模最大的是１９９７年６月美国总统克林顿在联合国环境发展会议上宣布的“百万太阳能屋顶计划’’，到２０１０年将安装１０１．４万套光电系统，总安装容量高达３０２５ＭＷｐ。欧盟在１９９７年１１月２６日发表了名为《能源的未来：再生能源》的欧盟战略与行动白皮书提出，到２０１０年在欧盟范围内要安装１００万套太阳能发电系统，其中５０万套为屋顶太阳能并网发电系统，需要光伏组件１０００ＭＷ，另外５０万套是为乡村供电的独立太阳能发电系统。这就需要将目前３０ＭＷ的光伏组件的年产量扩大１００倍（３ＧＷ）。按ＮＲＥＬ（美国国家可再生能源实验室）的估计，到２０１５年太阳能发电电价将可与常见能源电价相当。多数人认为到下世纪中叶，太阳能发电量将占世界总发电量的１５．２０％，必将超过核电成为人类的基本能源之一。世界光伏产业发展迅速，最近１０年太阳电池组件生产的年平均增长率达到３３％，最近５年的年平均增长率达到４３％。２００４年比上年增长６１．２％，成为当今发展最迅速的高新技术产业之一。２００４年世界光伏电池／组件产量达到１２００ＭＷ，其中日本生产６１０ＭＷ，占５０．８％；欧洲３２０ＭＷ，占２６．７％；美国１３５ＭＷ，占１１．２５％；其它国家１３５ＭＷ，占１１．２５％。我国从１９５８年起就进行光伏器件研究，７０年代初成功地制造出空间光伏电源。７０年代中期后，中国自制的光伏航标灯、太阳灯塔、气象及通讯用光伏电源开始使用，光伏应用逐渐扩大到地面并形成了中国的光伏产业。８０年代，先后引进了美国的单晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池生产设备，是中国的光伏工业开始起步。目前我国大约有４０多个研究机构和大学参与光伏技术研究与开发活动。研究领域涉及太阳电池、光伏材料、光伏系统和部件等。光伏系统的研究与开发取得了很大进展，主要包括１００～５００Ｗ控制／逆变成套设备、ｌ～５ｋＷ光伏水泵系统、光伏照明系统、光伏电视系统、光伏通讯系统、气象站光伏电源，集中式光伏电站以及５ｋＷ光伏并网示范系统等。在光伏部件方面，主要有高效率１０ｋＷ，１５ｋＷ逆变器及３０ｋＷ正弦波逆变器等；同时还成功地研制出新型太阳电池及组件特性测试系统等等。据不完全统计，至西南交通大学硕士研究生学位论文第４页１９９７年我国安装各类光伏系统总量（包括进口系统）已达ｌ１ＭＷ。近年来，太阳能光伏发电技术在我国得到了推广应用，先后建成２０ｋＷ以上光伏电站７座，其中１９９８年在西藏安多县海拔４５００米处，建成世界最高的光伏电站，功率ｌＯＯｋＷ。从总体上来讲，中国的光伏发电产业，与国外发达国家相比还有很大差距，存在的主要问题是：（１）生产规模小。目前的４个单晶硅光伏电池生产厂，基本上保持在１９８７＂＂１９９０年引进时的生产规模和技术工艺水平。各厂在引进时都称年生产能力为１ＭＷ，但各厂都在不同的工艺环节上存在着“瓶颈”。因此实际年生产能力都在０．５ＭＷ左右，所以中国晶体硅光伏电池的全国总计年生产能力仅为２ＭＷ。１９９８年我国单晶硅光伏电池组件的年产量为１．８ＭＷ，仅占世界光伏电池总产量的１．１４％。生产的规模化程度，比国外的５＂＂２０ＭＷ的生产规模低一个数量级。（２）技术水平较低。目前我国商品单晶硅光伏电池组件的光电转换效率多在１１％～１２％之间；组件的封装水平较低，有的组件经过３～５年的使用有发黄、起泡、焊线脱落、效率下降等现象；组件的实际使用寿命，也不如国外产品。至今尚无多晶硅光伏电池的生产工厂。非晶硅光伏电池厂只能生产单结电池，稳定性较差，转换效率较低，尚不能生产双结和三结电池。（３）平衡设备薄弱落后。光伏发电用的控制器、逆变器等关键平衡设备，至今尚无具有一定规模的、拥有较先进生产和检测设备的专业工厂生产。仅在几个研究所等单位有小量的生产，技术性能不够高，可靠性较低，品种规格少，价格也高，更谈不上研究开发更先进的产品。（４）专用材料的国产化程度不高。银浆、低铁钢化玻璃、ＰＶＦ等关键封装材料尚未真正实现国产化。我国曾把专用材料的国产化列入“八五”攻关计划，虽然取得了一定成果，但性能仍然不如国外产品，各生产厂为保证产品质量，目前许多专用材料仍然依靠从国外进口。（５）成本价格高。目前晶体硅光伏电池组件的生产成本约为２６＂－＇３０元／Ｗ，平均售价约为４０＂－－＇４５元／Ｗ，成本和售价均高于国外产品，在国际市场上缺乏竞争力。１．３太阳能光伏发电的前景目前，国际上光伏发电已进入加速发展阶段，近两年太阳电池组件的年增长率高达３０％左右。另外发达国家先后宣布的太阳能屋顶计划强有力地支持了光伏产业的发展，预计今后１０年内太阳电池将以平均２０％的年增长率增长。估计我国的光伏产业也将以此速度增长。单晶硅、多晶硅及非晶硅太阳电池西南交通大学硕士研究生学位论文第５页将在今后２０年内各占相当市场，光伏电池会扩大到一定的产量。多晶硅薄膜及染料光敏化电池目前预测其产量还为时过早。以现有的基础来看，单晶硅、多晶硅及非晶硅太阳电池仍是我国目前产业化发展的主要产品。我国目前尚有约２０００万户、６０００＂－＇－＇７０００万的农村人口还没有用上电，很多的有电县镇严重缺电，因此光伏市场的潜力是巨大的。我国光伏系统成本每年下降约３－－－，５％，在未来几年，我国户用光伏系统的用量将大幅度增长，预计总量将达到２０ＭＷ。预计在５年内我国也将有几个１０＂－－３０ＭＷ年生产能力的太阳电池工厂建立或扩建而成，到２０１０年后将出现年产１０ＭＷ的生产线。通讯及工业的光伏系统将从目前的４０＂－＇５０％的市场份额到２０１０年下降到２０＂－＇３０％，户用及民用光伏系统将从目前的３０％上升到４０＂－＇５０％。在未来几年，我国也将开始发展并网式屋顶光伏系统，但预计其系统功率将远不如发达国家，市场份额将不超过５％，但在２０２０年后并网系统将会得到防范发展。１．４本论文的主要工作太阳能光伏发电并网具有广阔的发展前景。本课题正是在这一思想的指导下进行对光伏发电并网系统的研究。主要内容如下：（１）首先简单介绍太阳能光伏发电的原理和其系统的组成部分。并介绍了光伏并网的基本知识和相关的要求。（２）分析了光伏并网的电路拓扑结构，选取合适的拓扑最为研究的对象。（３）研究太阳能光伏发电逆变并网的控制方法。选定采用基于ＳＰＷＭ的三角波比较电流型三相并网的控制策略。利用ＭＡＴＬＡＢ软件对系统进行建模和仿真。（４）针对并网电流的纹波现象，用仿真的方法来进行分析影响电流纹波的主要因素。（５）通过分析比较几种最大功率点跟踪的方法后，本文采用扰动观察法来进行功率点的控制。对通过改变步长的取值来比较它对功率跟踪的影响。西南交通大学硕士研究生学位论文第６页第二章太阳能光伏发电系统２．１太阳能光伏发电系统２．１．１光伏发电系统的分类太阳能光伏发电系统按供电方式大致可以分为独立发电系统、并网发电系统和混合发电系统三大类【ｚＪ。典型的独立发电系统如图２．１所示，利用蓄电池和太阳能电池构成独立的供电系统来向负载提供电能．当太阳能电池输出电能不能满足负载要求时，由蓄电池来进行补充。而当其输出的功率超出负载需求时，就会将电能储存在蓄电池中。图２－１独立运行的光伏发电系统结构框图一般的并网发电系统如图２．２所示，将太阳能电池控制系统和民用电网并联，当太阳能电池输出电能不能满足负载要求时，由电网来进行补充。而当其输出的功率超出负载需求时，将电能输送到电网中。图２－２并网光伏发电系统结构框图混合型光伏发电系统如图２．３所示，它区别于以上两个系统之处是增加西南交通大学硕士研究生学位论文第７页了备用发电机组。当光伏阵列发电不足或蓄电池储量不足时，可以启动发电机组，它既可以直接给交流负载供电，又可以经整流器后给蓄电池充电，所以称为混合型光伏发电系统。图２－３混合型光伏发电系统结构框图由于昼夜和四季的更替以及天气变化等因素的影响，光伏发电存在发电量不稳定的缺陷，所以独立发电系统往往需要采用较大容量的蓄电池作为储能元件来平衡供电。然而系统中增加蓄电池后会带来维护费用的增高，系统体积增大和环境污染等问题。而并网发电系统可以很好的解决这些问题，同时伴随着光伏发电产业由边远农村地区逐步向城市并网发电和光伏建筑方向的快速迈进，在未来光伏并网发电是光伏发电的主流趋势。常用的光伏并网发电系统可以按照系统功能分为两类：一种为不含蓄电池环节的“不可调度式光伏并网发电系统＂，另一种为含有蓄电池组的“可调度式光伏并网发电系统＂。不可调度式光伏并网发电系统如图２＿４所示，并网逆变器将光伏阵列产生的直流电能转化为和电网电压同频、同相的交流电能，当主电网断电时，系统自动停止向电网供电。白天，当光伏发电系统产生的交流电能超过本地负载所需时，超过部分馈送给电网；其它时间，特别是夜间，当本地负载大于光伏发电系统产生的交流电能时，电网自动向负载补充电能。图２－４不可调度式光伏并网发电系统西南交通大学硕士研究生学位论文第８页可调度式光伏并网发电系统如图２．５所示，它和前者相比最大的不同之处是系统中配有储能环节（目前通常采用蓄电池组）。蓄电池组的容量大小可以按具体需要配置。可调度式光伏并网发电系统与前者比较，它可以实现不间断供电（ｕＰｓ）、作为电网终端的有源功率调节器、抵消有害的高次谐波分量、提高电能质量、电网调峰、有助于改善电网的运行质量。光伏阵列ＩＩ重要的负载不重要的交流负载●厂心变流器卜—啦配电开关蓄电池组瞳要的负载配电开关图２－５可调度式光伏并网发电系统可调度式光伏并网发电系统和前者相比，最大的不同之处是系统中配有储能环节（目前通常采用蓄电池组），蓄电池组的容量大小按具体需要配置。可调度式光伏并网发电系统与前者比较，它可以实现不问断供电（ＵＰＳ）、作为电网终端的有源功率调节器、抵消有害的高次谐波分量、提高电能质量、电网调峰、有助于改善电网的运行质量。然而，由于蓄电池组寿命短、成本高、体积大等缺点使得可调度式光伏并网发电系统的应用规模远小于不可调度式光伏并网发电系统。光伏并网发电系统按其发电方式又可分为：（１）集中式并网光伏系统，系统所发电力直接进入电网，节省了起着储能作用的蓄电池所占的成本，但这种方式显然不能发挥太阳能分布广泛，地域广阔等的特点。（２）分布式并网光伏系统，即户用型光伏并网系统，它可与建筑物结合形成屋顶光伏系统，通过设计可以降低建筑造价和光伏发电系统的造价。在分布式并网光伏系统中，白天不用的电量可以通过逆变器将这些电能出售给当地的公用电力网，夜晚需要用电时，再从电力网中购回。典型的户用型光伏并网系统如图２．６所示。西南交通大学硕士研究生学位论文第９页网图２－６典型的户用型光伏并网系统由此可见，如果分布式光伏并网发电系统能够普遍地应用到用户家中，不但分利用了太阳能资源分布广泛的特点，还可以达到改善电网质量、加强电网的调峰能力、抗灾害能力和延伸能力等目的。目前，对于分布式光伏并网发电系统的研究一方面是太阳能电池的研究，使电池每发出一瓦电的造价降低至可以实用的阶段；另一方面就是针对并网发电的逆变系统的研究，如提高系统的效率和稳定性，太阳能电池最大功率点的控制，系统对电网调峰作用等等。２．１．２光伏发电原理太阳能电池的工作原理如下：光伏电池发电是基于半导体的光生伏特效应将太阳能辐射直接转换为电能。在晶体中电子的数目总是与核电荷数相一致，所以Ｐ型硅和Ｎ型硅对外部来说是电中性的。如将Ｐ型硅或是Ｎ型硅放在阳光照射下，仅是被加热，外部看不出变化。尽管通过光的能量电子从化学键中被释放，由此产生的电子一空穴对，但是在很短的时间内电子又被捕获，即电子和空穴“复合＂当Ｐ型材料和Ｎ型材料相接，将在晶体中Ｐ型和Ｎ型材料之间形成界面，即一个Ｐ．Ｎ结。此时在界面层Ｎ型材料中的自由电子和Ｐ型材料中的空穴相对应。由于正负电荷之间的吸引力，在界面层附近Ｎ型材料中的电子扩散到Ｐ型材料中，并且将在原子作用力允许的范围内，与Ｐ型材料中的电子缺乏实现平衡。与此相反，空穴扩散到Ｎ材料中与自由电子复合。这样在界面层周围形成一个无电荷区域。在之前Ｐ型材料和Ｎ型材料是电中性的，这样通西南交通大学硕士研究生学位论文第１０页过界面层的电荷交换形成两个带电区：通过电子到Ｐ型材料的迁移在Ｎ型区形成一个正的空间电荷区和在Ｐ型区形成一个负空间电荷区。至今为止，大多数光伏电池厂家都是通过扩散工艺，在Ｐ型硅片上形成Ｎ型区，在两区交界就形成一个Ｐ－Ｎ结。光伏电池的基本结构就是一个大面积的平面Ｐ．Ｎ结。由于在结区附近的电子和空穴的相互扩散，从而在结区形成一个有Ｎ区指向Ｐ区的内建电场。光伏电池在无光照时，在界面层附近的相反的空间电荷相互作用，使载流子的继续交换停止。在界面层附近的空间电荷区的厚度一般为０．５＂－＇１微米左右。对于光伏电池来说，界面层应当处于硅片表面的附近位置。如果光线照射在光伏电池上并且在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在Ｐ型硅和Ｎ型硅中将电子从共价键上激发，以致产生电子．空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的Ｎ区和空穴带负电的Ｐ区运动。通过界面层的电荷分离，将在Ｐ区和Ｎ区之间产生一个向外的可测试的电压。此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。对晶体硅电池来说，开路电压的典型值为０．５＂－＇０．６Ｖ。用一个电流表也可测量电流的强度。通过光照在界面层产生的电子．空穴对越多，电流越大。界面层吸收的光能越多，界面层即电池面积越大，在光伏电池中形成的电流也越大。对于光伏电池来说，光能到电流的转换仅是在界面层附近才是有效的。这取决于光线在界面层周围被吸收和尽可能地将能量传输给晶体。因此，光伏电池的光线入射的一面应该相应做的薄～些，以便光线可几乎无衰减地到达界面层。总而言之，在光照条件下，只有具有足够能量的光子进入Ｐ．Ｎ结区附近才能产生电子．空穴对。对于晶体硅光伏电池来说，太阳光谱中的波长小于１．１微米的光线都可以产生光伏效应。对不同的材料的光伏电池来说，尽管光谱响应的范围是不同的，但是光电转换的原理是一致的。在Ｐ．Ｎ结的内电场作用下，Ｎ区的空穴向Ｐ区运动，而Ｐ区的电子向Ｎ区运动，最后造成在光伏电池受光面有大量负电荷的积累，而在电池的背面有大量正电荷积累。如果在光伏电池的上下表面做上金属电极，并用导线接上负载，在负载上就有电流通过。只要太阳光照不断，负载上就一直有电流通过【ｌ】。太阳能电池单体是光电转换的最小单元，尺寸一般为４ｃｍ２到１００ｃｍ２不等。太阳能电池单体的工作电压约为Ｏ．５ｖ’工作电流约为２０～２５ｍＡ／ｃｍｚ，一般不能单独作为电源使用。将太阳能电池单体进行串并联封装后，就成为太阳西南交通大学硕士研究生学位论文第１１页能电池组件，其功率一般为几瓦至几十瓦，是可以单独作为电源使用的最小单元。太阳能电池组件再经过串并联组合安装在支架上，就构成了太阳能电池方阵如图２．７所示，可以满足负载所要求的输出功率。褫麟麟麟麟麟勰溅图２－７太阳能电池单体、组件和方阵常用的太阳能电池主要是硅太阳能电池。晶体硅太阳能电池由一个晶体硅片组成，在晶体硅片的上表面紧密排列着金属栅线，下表面是金属层。硅片本身是Ｐ型硅，表面扩散层是Ｎ区，在这两个区的连接处就是所谓的ＰＮ结。ＰＮ结形成一个电场。太阳能电池的项部被一层抗反射膜所覆盖，以便减少太阳能的反射损失。２．１．３光伏发电系统组成光伏发电系统是由太阳能电池方阵、控制器、蓄电池组、直流／交流逆变器等部分组成，其系统组成如图２．８所示。充放电控制器充放电控制器是能自动防止蓄电池组过充电和过放电并具有简单测量功能的电子设备。由于蓄电池组被过充电或过放电后将严重影响其性能和寿命，充放电控制器在光伏系统中一般是必不可少的。充放电控制器，按照开关器件在电路中的位置，可分为串联控制型和分流控制型：按照控制方式，可分为普通开关控制型（含单路和多路开关控制）和ＰＷＭ脉宽调制控制型（含最大功率跟踪控制器）。开关器件，可以是继电器，也可以是ＭＯＳＦＥＴ模块。但ＰＷＭ脉宽调制控制器，只能用ＭＯＳＦＥＴ模块作为开关器件。西南交通大学硕士研究生学位论文第１２页太图２－８太阳能电池发电系统示意图太阳能电池方阵由太阳能电池组件按照系统需求串、并联组成，在太阳光照射下将太阳能转换成电能的输出，它是太阳能光伏系统的核心部件。直流／交流逆变器逆变器是将直流电变换成交流电的电子设备。由于太阳能电池和蓄电池发出的是直流电，当负载是交流负载时，逆变器是不可缺少的。逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统，将发出的电能馈入电网。逆变器按输出波形，又可分为方波逆变器和正弦波逆变器。方波逆变器，电路简单，造价低，但谐波分量大，一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统。正弦波逆变器，成本高，但可以适用于各种负载。从长远看，ＳＰＷＭ脉宽调制正弦波逆变器将成为发展的主流。蓄电池蓄电池将太阳电池组件产生的电能存储起来，当光照不足或晚上，或者负载需求大于太阳电池组件所发的电量时，将存储的电能释放以满足负载的能量需求，它是太阳能光伏系统的储能部件。太阳能电池发电系统对所用蓄电池组的基本要求是：（１）自放电率低；（２）使用寿命长；（３）深放电能力强；（４）充电效率高；（５）少维护或免维护；（６）Ｔ作温度范围宽：（７）价格低廉。目前太阳能光伏系统常用的是铅酸电池，对于较高要求的系统，通常是采用深放电阀控式密封铅酸蓄电池等【８】。太阳能光伏供电系统的基本工作原理就是在太阳光的照射下，将太阳电池组件产生的电能通过控制器的控制给蓄电池充电或在满足负载需求的情况西南交通大学硕士研究生学位论文第１３页下直接给负载供电，如果日照不足或者是在夜间则是由蓄电池在控制器的控制下给直流负载供电，对于含有交流负载的光伏系统而言，还需要增加逆变器，将直流电转换成交流电。光伏系统的应用具有多种样式，但是其基本的原理大同小异。对于其他类型的光伏系统只是在控制机理和系统的部件上根据实际的需要有所不同而略有不同。２．２太阳能光伏并网系统２．２．１太阳能光伏并网系统组成太阳能光伏发电系统目前主要用在无电或是缺点的边远地区，作为独立的电源给家用电器及照明设备供电。随着电力紧张、环境污染等问题的日趋严重，与公用电网联网运行的太阳能光伏发电系统已经显出越来越强的竞争力。太阳能光伏发电的并网运行，将省去独立光伏体统中的储能环节，从而大大减少了电站的维护。由于蓄电池的寿命较短，省去蓄电池以后，发电系统的寿命可与太阳能电池的寿命相当。对于家庭住宅而言，配备光伏发电系统，可缓和白天电力紧张的局面。展望未来，并网运行的太阳能光伏发电必将发展成为重要的发电方式之一。光伏并网发电系统由光伏阵列、变换器和控制器等组成。变换器将光伏电池的输出直流电逆变成正弦交流电并入电网，控制器控制光伏电池最大功率点跟踪和逆变器并网电流的波形、频率和功率，使光伏发电系统向电网输送的功率达是光伏电池工作的最大功率。典型的光伏并网系统包括：光伏阵列、ＤＣ—ＤＣ变换器、逆变器和继电保护装置１３Ｊ。三相光伏发电并网系统的主电路如图２－９所示。太阳能电池方阵通过正弦波脉宽调制逆变器向电网输送电能，逆变器馈送给电网的电力容量由光伏方阵功率和当时当地的日照条件决定。西南交通大学硕士研究生学位论文第１４页＋Ｕ０图２－９三相光伏发电并网系统电路图在这个电路中，光伏电池发出的直流电经过逆变器之后转换成交流电，通过滤波电感成为符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。◆甏ｉ◆凰ｉ图２．１０光伏发电并网系统实物图如图２－１０所示是光伏发电并网系统的实物图。并网系统中光伏电池板方阵所产生电力除了供给交流负载外，多余的电力反馈给电网。在阴雨天或夜晚，太阳电池组件没有产生电能或者产生的电能不能满足负载需求时就由电网供电。西南交通大学硕士研究生学位论文第１５页２．２．２光伏并网系统逆变器要求并网光伏发电系统的核心是并网逆变器，而此系统中需要专用的逆变器，以保证输出的电力满足电网电力对电压、频率等电性能指标的要求。因此并网时，对逆变器提出了较高的要求，主要有：（１）要求逆变器输出正弦波电流。光伏电站回馈给公用电网的电力，必须满足电网规定的指标，如逆变器的输出电流不能含有直流分量、逆变器输出电流的高次谐波必须尽量减少，不能对电网造成谐波污染等。（２）要求逆变器在负载和日照变化幅度较大的情况下均能高效运行。光伏电站的能量来自太阳能，而太阳辐照度随气候而变化，这就要求逆变器能在不同的日照条件下均能高效运行。（３）要求逆变器能使光伏方阵工作在最大功率点。太阳能电池的输出功率与日照、温度、负载的变化有关，即其输出特性具有非线性。这就要求逆变器具有最大功率跟踪功能，即不论日照、温度等如何变化，都能通过逆变器的自动调节实现方阵的最佳运行。（４）要求逆变器具有体积小、可靠性高的特点。对于家用的光伏系统，其逆变器通常安装在室内或墙上，因此对其体积、质量均有限制。另外，对整机的可靠性也提出较高的要求。由于太阳能电池的寿命在２０年以上，因此其配套设备也必须与其相当。（５）可以在市电断电情况下逆变器在日照时能够单独供电口１。２．２．３光伏并网系统的拓扑结构一、单级式并网逆变器拓扑考虑光伏阵列输出电压较低的情况，单级式并网逆变器必须能在一个功率变换环节内实现众多功能，包括直流升压、最大功率点跟踪、ＤＣ／ＡＣ逆变以及光伏阵列和电网之间的隔离。因此这种拓扑结构包括有变压器。这种拓扑结构的优点是成本低，体积小，效率高，损耗少。但是因为要在同一级实现众多功能，所以会有设计复杂的缺点。二、两级式并网逆变器拓扑现在的光伏并网发电系统大多采用两级式的并网逆变拓扑结构。它一般包括ＤＣ—ＤＣ级和ＤＣ—ＡＣ级，前级实现升压和最大功率跟踪功能，后级实现西南交通大学硕士研究生学位论文第１６页将直流电转变成交流电并网的功能。本文的并网系统就是采用两级式并网拓扑机构。三、多级式并网逆变器拓扑多级拓扑设计会增加并网逆变器的复杂程度和成本，但这也给同时实现多种功能带来可能。包括：逆变桥低开关频率；ＤＣ／ＤＣ变换器正弦半波输出；因此多级拓扑设计可以在降低损耗的同时达到很好的最大功率点跟踪特性。但系统采用多级拓扑的同时也会带来功率损耗过大的缺点，为此多级式拓扑结构在并网系统中并不常用。西南交通大学硕士研究生学位论文第１７页第三章三相光伏发电并网控制方法研究３．１三相逆变主电路原理与分析３．１．１三相逆变主电路原理与选择逆变器主电路功率器件的选择：逆变器的主功率元件的选择至关重要，目前使用较多的功率元件有双极结型晶体管（ＢＪＴ），功率场效应管（ＭＯＳＦＥＴ），绝缘栅晶体管（ＩＧＢＴ）和可关断晶闸管（ＧＴＯ）等。ＩＧＢＴ是ＭＯＳＦＥＴ管和双极型功率晶体管组合在一起的复合功率器件。它既有ＭＯＳＦＥＴ管的通断速度快，输入阻抗高，驱动功率小和驱动电路简单等特点，又具有大功率双极晶体管的容量大和阻断电压高的优势【ｌ３ｌ。鉴于此本文采用ＩＧＢＴ作为主电路的功率器件。对于三相逆变电路，用三个单相逆变电路可以组合成。但是在三相逆变电路中，应用最广的还是三相桥式逆变电路。采用ＩＧＢＴ作为开关器件的电压型三相桥式逆变电路如图３．１所示，可以看成由三个半桥逆变电路组成。Ｎ图３．１三相桥式逆变电路三相并网逆变器结构图如图３—２所示，并网逆变器的作用是将光伏电池阵列发出的直流电逆变成交流电并且传输到电网上去。西南交通大学硕士研究生学位论文第１８页＋Ｕ０图３－２三相全桥逆变器并网结构图图３．２中，Ｌ为交流输出电感，Ｃ为直流侧支撑电容，也即前级Ｂｏｏｓｔ电路的输出电容，Ｔ１￣Ｔ６为ＩＧＢＴ主开关器件，Ｄ１－Ｄ６是其反并联二极管。对六个开关管进行适当的ＰＷＭ控制，就可以调节输出电流式（Ｄ为正弦波，并且与网压“．Ⅳ（ｔ）保持同相位，达到输出功率因数为１的目的。３．１．２光伏并网逆变器分类光伏并网系统逆变器按控制方式分类，可以分为电压源电流控制、电压源电压控制、电流源电流控制和电流源电压控制四种方式。电压源型逆变器是采用电容作为储能元件，在直流输入侧并联大电容用作无功功率缓冲环节，构成逆变器低阻抗的电源内阻特性，即电压源特性。以电流源为输入方式的逆变器，其直流侧需串联一个大电感作为无功元件储存无功功率，构成逆变器高阻抗的电流源特性，提供稳定的直流电流输入【１ｌ】【１２】。但是串入大电感往往会导致系统动态响应差，因此目前世界范围内大部分并网逆变器均采用以电压源输入为主的方式。电压型逆变器一般需要在直流测接有平波电容，根据器件的开关动作，输出一连串的方波电压，方波的幅值箝位在直流电压上，逆变器是个电压源。目前，逆变器与电网并网运行的输出控制模式可分为电流型控制模式和电压型控制模式。电流型控制模式的原理则是以输出电感电流作为受控目标，系统输出与电网电压同频同相的电流信号，整个系统相当于一个内阻较大的西南交通大学硕士研究生学位论文第１９页受控电流源。电压型控制模式的原理是以输出电压作为受控量，系统输出与电网电压同频同相的电压信号，整个系统相当于一个内阻很小的受控电压源。通常，市电电网可视为容量无穷大的交流电压源，并网逆变器的输出可以控制为电压源或者电流源。若控制并网系统的输出为一个交流电压源，那么太阳能并网系统和公用电网实际上就是两个交流电压源的并联。要保证整个光伏并网系统的稳定，就需要严格地同时控制并网系统输出电压的幅值和相位。由于输出电压幅值是不易精确控制的，并且锁相回路的响应速度较慢等原因，此外这种并网系统和电网之间还可能会出现环流。所以会导致整个系统不能稳定运行，甚至会发生故障。因此，光伏逆变器的输出经常被采用成输出电流型控制模式，这样并网系统和电网实际上就是一个交流电流源和电压源的并联。逆变器的输出电压幅值自动被钳位为电网电压，通过采用控制技术实现并网电流与电网电压的相位同步，保证系统输出的功率因数为ｌ。实际系统中，还可以通过调整并网系统输出电流的大小及相位来控制系统的有功输出与无功输出。在逆变器并网运行系统中，本文采用电流型控制模式，将并网逆变器的输出电流作为被控制量，实时的控制输出电流以使逆变输出电流与电网电压同频同相，达到并网发电的目的。３．２光伏发电并网系统的控制目标光伏并网系统是将太阳能电池板发出的直流电转化为正弦交流电，从而向电网供电的一个装置。并网光伏逆变器的控制目标为：控制逆变电路的输出为稳定的、高品质的正弦波，且与电网电压同频、同相。同时希望通过调节光伏电池工作电压使光伏阵列工作在最大功率点。如果并网逆变器的输出采用电流控制，则只需控制逆变器的输出电流以跟踪电网电压，即可达到并联运行的目的。由于控制方法简单，因此使用比较广泛。因此，本系统采用电压源输入、电流源输出的控制方式。选择三相中的其中一相输出进行分析。将并网逆变器的输出电流，…，作为被控制量，并网逆变工作方式下的等效电路和电压电流矢量图如图３—３所示，其中乩“为电网三相中的Ａ相电压、％，为并网逆变器交流侧Ａ相电压，厶ｗ为输出的Ａ相电感电流。因为并网逆变器的输出滤波电感的存在会使逆变电路的交流侧电压西南交通大学硕士研究生学位论文第２０页与电网电压之间存在相位差０，即：为了满足输出电流与电网电压同相位的关系，逆变输出电压要超前于电网电压一定的相位。Ｌ％ｋ图３．３并网等效电路和电压电流矢量关系３．３光伏发电并网系统控制策略采用电流型输出的并网系统，输出电流的控制方式一般有滞环电流控制，固定开关频率控制，空间矢量控制，无差拍控制，重复控制，定时比较控制等方法。这些方法都各有各自的优缺点。目前运用较广的几种光伏并网系统电流控制的方法：ＳＰＷＭ控制、空间矢量控制、定时比较控制和滞环电流控制。空间矢量法空间矢量（ＳＶＰＷＭ）控制策略是依据逆变器空间电压（电流）矢量切换来控制逆变器的一种控制策略。它放弃了正弦波脉宽调制，而是采用逆变器空间电压矢量的切换来获得准圆形旋转磁场，从而在不高的开关频率条件下，使逆变器的输出获得较好的性能。采用ＳＶＰＷＭ控制的并网系统，主要具有电压利用率高、动态响应快等优点。目前运用的ＳＶＰＷＭ控制技术主要分两类：一种是具有固定开关频率的ＳＶＰＷＭ电流控制，即利用同步旋转坐标系（ｄ，ｑ）中电流调节器输出的空间电压矢量指令，再采用ＳＶＰＷＭ使逆变器的空间电压矢量跟踪电压矢量指令，从而达到电流控制的目的；另一种是利用基于滞环电流控制的ＳＶＰＷＭ，即利用电流偏差矢量或电流偏差变化率矢量空间分布给出最佳的电压矢量切换，使电流偏差控制在滞环宽度以内，这实际是一种变开关频率的ＳＶＰＷＭ。定时比较法为了解决滞环电流控制中ＰＷＭ开关频率不固定，开关频率过高而带来西南交通大学硕士研究生学位论文第２１页的开关损耗，可以采取固定开关频率的方法，如图３４所示，利用一个定时控制的比较器，每个时钟周期对电流误差判断一次，ＰＷＭ信号需要至少一个时钟周期才会变化一次，器件的开关频率最高不会超过时钟频率的一半；缺点是电流跟随误差是不固定的。使用定时比较，可以看出定时比较控制策略在参考电流变化较快的地方，跟踪效果不好。如果载波较低的时候，电流毛刺较大。时钟信号——————◆Ｐ１｜｜『Ｍ信号图３．４定时比较控制方式滞环电流法电流滞环瞬时比较方式的原理图如图３．５所示。以△ｔ作为滞环比较器的环宽，当指令电流ｔ‘和实际并网电流ｔ的差值超过环宽时，就产生ＰＷＭ信号。如果△ｔ．确定，则输出电流的误差范围不变。△ｔ。越小，则输出电流误差越小，但是开关频率也越高。这种方法是实时控制，电流响应快，控制准确。但是当滞环的环宽固定，电流跟踪的误差范围是固定的，但开关器件的开关频率是变化的，这将导致电流频谱较宽，增加了滤波器设计的难度，可能会引起间接的谐波干扰。滞环比较器——————◆Ｐ１｜｜ｒＭ信号图３－５滞环比较方式的电流控制图重复控制技术是一种基于内模原理的控制方法，它把作用于系统外部的信号模型植入系统控制器内部以构成高精度反馈控制的设计原理。重复控制可以消除周期性干扰产生的稳态误差，但它的缺点是动态响应慢。因此，重复控制经常与其它控制方法相结合，形成复合控制方法来改善系统输出。无差拍控制是一种基于被控制对象精确数学模型的控制方法。无差拍控西南交通大学硕士研究生学位论文第２２页制的基本思想是根据逆变器的状态方程和输出反馈信号来推算出下一个开关周期的ＰＷＭ脉冲宽度。它要求脉宽必须当拍计算当拍输出，否则会破坏系统特性，甚至会影响系统稳定性。近年来，带负载电流观察器的无差拍控制获得了一些进展，但其缺点是算法复杂，且当采样频率不高时误差较大。３．４基于ＳＰＷＭ三角波比较并网控制的研究３．４．１控制系统模型的建立ＳＰＷＭ三角波比较控制策略可以解释为：用参考电流ｔ＋与并网电流‘的实时值进行比较，两者的差值经ＰＩ调节与三角波比较，最后输出ＰＷＭ信号去驱动功率开关器件。此方法的电流跟踪特性和ＰＩ参数有关，对于ＰＩ电路响应快的系统，必须提高三角波载波频率，以改善输出波形。这种方式输出电流的谐波比滞环比较方式少，因此常用于对于谐波和噪声要求较高的地方。控制方框图如图３－６所示：ｋ节萄一图３－６———————◆ＰＷ班比较器ＳＰＷＭ电流控制图三相光伏并网系统的主电路拓扑结构为一个三相逆变桥，通过功率器件的转换，直流能量转换成适合于馈入电网的交流能量。由于电网呈现出电压源的特性，因此馈入电网的能量应以电流源的形式出现。通过交流侧电感的滤波作用，将逆变桥的输出转换成适合于馈入电网的正弦波电流。桥路功率开关器件的通断由ＳＰＷＭ波控制。整个并网系统的控制结构如图３．７所示。西南交通大学硕士研究生学位论文第２３页＋Ｕ０图３－７三相并网系统的控制结构在图３．７中，对逆变器输出端电路，取三相并网电流中的其中Ａ相即滤波电感上电流乙为状态变量，列出状态方程可得：Ｌｄ衍Ｉ＇ｅｔ＝Ｇｏ一％一乙月（３—１）其中既是逆变器输出的Ａ相电压，吒是电网的Ａ相电压。公式（３．１）两边同时进行拉普拉斯变换㈣可得：ｋ（ｓ）＝五纛（虬（Ｊ）一ｕ“（ｓ））＝Ｇｌ（ｓ）（虬（ｓ）一吒（ｓ））其中ＧＩ（Ｊ）为控制对象传递函数，Ｒ为负载电阻。（３－２）忽略功率开关器件Ｔ１＂－＇Ｔ６开关延时及死区时间的非线性影响，ＳＰＷＭ控制方式下的桥式逆变环节为一个纯滞后环节，可以等效为一个小惯性环节，它的传递函数可以表示为：Ｇ２（ｓ）＝丽Ｋ１０ｋＨｚ时，丁则为１００微秒。（３—３）其中，Ｔ为逆变器的开关周期，Ｋ为逆变器的增益。如果开关频率取西南交通大学硕士研究生学位论文第２４页并网逆变器一般使用ＰＩ反馈控制方式。由式（３—２）和（３．３）．－－－；得到系统的并网电流闭环结构图，如图３．８所示。而对于控制系统而言，电网电压可视为一个外部的扰动量。图３．８系统的并网电流闭环结构图当不对逆变系统进行任何控制的情况下，逆变系统的传递函数为：尺（ｓ）＝Ｇ１（ｓ）Ｇ２（ｓ）＝丽Ｋ木ｉ１鬲（３＿４）３．４．２控制系统中ＰＩ参数设计ＰＩ控制器在与被控制对象串联时，相当于在系统中增加了一个位于原点的开环极点，同时也增加了一个位于Ｓ左半平面的开环零点。位于原点的极点可以消除或者减小系统的稳态误差，改善系统的性能。在实际工程中，ＰＩ控制器通常用来改善系统的稳态性能∞１。系统在不加ＰＩ调节控制时，它的开环传递函数是：Ｒ（ｓ）＝Ｇ１（ｓ）Ｇ２（ｓ）２焘木高（３－５）矿１将内环系统设计成一个二阶系统，下面我们用二阶最佳工程设计法对内环ＰＩ调节器参数进行设定。二阶闭环系统闭环传递函数的一般形式是：１郇）＝霹矗鬲‘互＜互）ｏ。６’根据控制理论，使二阶系统的输出获得理想的动态品质，即该系统的输出量快速完全跟踪给定量，可推导出二阶品质最佳系统的开环传递函数为：西南交通大学硕士研究生学位论文第２５页中ｏ（ｓ）＝Ｉ＝—÷＝４２Ｔｌｓ（１＋去√２互ｓ）式（３．７）即为二阶品质最佳的基本公式。令ＰＩ调节器传递函数为：（３－７）一一Ｋｐｓ＋Ｋ，：拳ｓ３Ｂ８，Ｋｌ其中，Ｋ，为积分时间常数，巧为调节器的比例系数。为使调节器抵消并网逆变器系统中较大的时间常数三Ｒ，可选择：Ｌ笠＝三于是可得控制系统的开环传递函数为：（３．９）脚删郫）２｝蔫写Ｒ＝工Ｒ‰㈤㈨竖Ｊ＋１Ｋｌ１ＲａＫＫＩ、去一丁＝三厨于是可得：㈦…Ｋ一：ｊＬ。２枨丁代入到公式（３．９）中可得：Ｋｐ（３－１２）２丽Ｌ（３·１３）校正后系统的开环传递函数为：西南交通大学硕士研究生学位论文第２６页闭环传递函数为：∞）＝怒＝两１２木ｌＯ。４ｓ（１０。ｓ＋１）２宰１０＿４Ｊ＋２水１０叫ｓ２删＝丽１（３．１４）（３．１５）取Ｔ＝１００ａｓ，则公式（３．１４）和（３—１５）可以变形为：Ｇ（ｓ）＝面意而＝万而丽Ｉ而＝万万≤旨而Ｇｃ（垆羔２矛而１＝瓦而考丽２乃（乃＋１）ｏ。６’（３－１７）该电流跟踪控制环节的设计核心是基于传统ＰＩ控制技术的，属于经典控制理论的范畴，ＰＩ参数的整定是建立在逆变器传递函数模型确定的基础上的，式（３．３）给出的逆变器传递函数是一种经验模型，因此，给出的Ｐ，Ｉ参数的计算值是一种理论指导值，实际调试中因为小时间常数、分布参数的影响，需对Ｐ、Ｉ的参数值予以适当调型２１】。３．４．３三相逆变并网控制系统仿真本文采用ＭＡＴＬＡＢ软件来进行控制系统的仿真。ＭＡＴＬＡＢ中的ｓｉｍｕｌｉｎｋ是它其中的一个软件包，用于可视化的动态系统仿真，用来提供一个系统级的建模与动态仿真工作平台，以模块组合的方法来使用户快速、准确地创建动态系统的计算机模型｝ｌ引，以便模拟线性系统或非线性系统、连续系统、离散系统或者二者的混合系统。利用ｓｉｍｕｌｉｎｋ对系统进行仿真与分析，可以对系统做适合的实时修正或者按照仿真的最佳效果来调试及整定控制系统的参数，以提高系统的性能，减少设计系统过程中反复修改的时间，实现高效率地开发实际系统的目标【４Ｊ。本文的三相光伏发电并网系统在仿真过程中各个的参数选择如下：仿真参考电流，耐的频率为５０Ｈｚ（光伏阵列实际的输出电压和经过最大功率跟踪后给出的参考电压做差，其误差信号经过ＰＩ调节器环节之后作为参考电流的幅值），电感Ｌ为１０ｍＨ，电阻尺为１欧姆，Ｔ＝ｌＯＯｇｓ，开关频率无为１０ｋＨｚ。这里直流电压侧乩选择为４００Ｖ。其中参考电流的相位和频率和电网电压是一致的。逆变器输出并网电流西南交通大学硕士研究生学位论文第２７页波形要与参考电流同频、同幅、同相，方可并网。图３－９为给出的三相参考电流。１０≤０．１０＼７一＼７～＼／＼‘’…’’７。’１＼／｛＼／＼／一＼／·‘、ｌＩ…７‘…．．＼…／＼／＼／．ｆ土（１／Ｘ………ｆ．！～／、／、／、＼７＼／，．．＼∥．…．＼／Ｉ。。＼）轷叠＼／／｛ｊ图３－９三相参考电流通过仿真可以得出并网的三相电流如图３．１０所示：ｔ，ｓ图３．１０并网三相电流西南交通大学硕士研究生学位论文第２８页其中Ａ相并网电流与Ａ相参考电流的比较如图３．１１所示：／／｜俄…一凇敬ｊ７＼俄…。沦…一淞…一…～蟛…一Ｖ…．．城…一Ｖ…一域…～崔…～谢………图３．１１并网Ａ相电流与参考电流Ａ相比较厂＼．Ａ从仿真图的结果来看，采用基于ＳＰＷＭ的三角波比较电流跟踪控制的并网方法，能够使并网电流较好的跟踪参考电流，基本保持了同幅，同频和同相，从而实现光伏发电并网的目的。不过还是有些不足之处，单环控制系统仍然存在着一定的幅值和相位差，输出并网电流波形有一定的波动。西南交通大学硕士研究生学位论文第２９页第四章影响并网电流效果因素分析４．１滤波电路中电感Ｌ的设计并网系统中的电抗器即电感是连接光伏发电系统和电力系统的重要部分。电感量的大小影响电流的变化速度，连接电感Ｌ的取值越小，光伏发电系统输出的电流兵变化越快；Ｌ取值越大，‘变化就越慢。要使光伏发电系统流入电网的电流氏能够迅速地跟踪给定电流信号《＝，。ｓｉｎｃｏｔ，则其变化率能力识／ｄｔ须大于给定信号的变化率旃：／ｄｔ即击√破＞碳／衍。由于并网电流就是流经电感Ｌ的电流，所以讨论并网电流纹波的大小就是研究电感Ｌ上电流的纹波大小。纹波越小，高次谐波的污染越小，电能的质量越高；取三相并网中的一相分析，其并网等效电路如图４．１所示＋夸叫图４．１并网等效电路电感两端的电压材，：Ｌ篁＆（４．１）由图４．１所示可以得出：耽＝％一％甜＝％一‰ｓｉｎＣＯｔ所以有（４。２）工等＝％一％ｓｉｎ耐△Ｚ（４．３）其中％为直流母线电压，ｚ，删为电网电压瞬态量，叱为电网侧电压幅值，△ｆ是为ＰＷＭ脉宽瞬时值，是按正弦规律变化的非线性量。根据冲量定理，在单个载波周期的窄脉冲时间内，直流电压％与电网电西南交通大学硕士研究生学位论文第３０页压％在电感Ｌ产生的电流，其效果近似相等，如图４－２所示Ｕ图４．２电压冲量等效图根据吒与‰的关系有／＇／ｎｅｔ＝砜ｓｉｎ０３ｔ所以可以得到（４－４）％ｏａｔ＝乩ｓｉｎＯ）ｔ·Ｔ丁：上｛Ｋ其中Ｔ是载波的周期，而五是开关频率由公式（４．－４），（４．５）和（４．６）可以得出（４．５）（４．６）Ａｔ＝＝—Ｕｍｓｉ—ｎｅａｔＵ艴｝Ｋ（４．７）．将公式（４．７）带入到公式（４．３）中，可以变形得到／警一倒岫．＝—————————————————二＝－型￡—一ＬｊＸ（４．８）西南交通大学硕士研究生学位论文第３１页由此公式可以得出：纹波电流△ｔ与三、％和五的选择有关，％越大，△ｔ越大，五、五越大，△ｔ越小。对公式（４．８）两边关于Ｃ０ｔ求导可以得出怒＝Ｕ２７２ｓｉｎｃｏｔｃｏｓａ，ｖ卜厶，㈤９，有此公式可以得出，在并网电流的峰值点，ｃｏｓ甜＝０，善磐：０。纹波ｄ（ｔａｔ）电流△ｔ是一个非线性变化量，当并网电流与电网电压同相时，在峰值点纹波电流取最大值【２２】。与此同时，通过公式（４—８）可以看出电感Ｌ和电压％之间的相互关系，由此出发，可以迸一步分析，来确定参数电感Ｌ和％的选择范围。假设允许的最大纹波电流为并网电流有效值的１０％，则由公式（４．８）可假设稳态时电感Ｌ上产生的压降值为％，则有％＝Ｌ其中乞为并网电流有效值。根据并网输出的等效电路和矢量关系可以有ｏ馘：一Ｖ２鲫牝ｃｏＬ㈤㈩（４—１１）％≥压扣丽＝压扣了五丽（４－１２）公式（４．１２）中，当调制比ｍ＝ｌ时取等号。当并网电流与电网电压相位西南交通大学硕士研究生学位论文第３２页Ｕａｃ≥√２√哦＋２２０２＝√２√（Ｌ·ｃｏＬ）２＋２２０２－２Ｕ·２２０ｃｏｓ８（４－１３）由公式（４．１０）和（４．１２）可以推导出：．Ｕｍ——————二血Ｌ——一ＳＬ≤』—生——一ｌｏ％Ｌｆ足Ｉ．ｃｏｓｉｎｃｏｔ一事ｓｉｎ２耐．＼降－２２０２（４．１４）公式（４．１４）规定了电感Ｌ的范围。所以在开关频率．厶确定之后，电感Ｌ的取值范围与％之间存在了相互制约关系，在实际应用中需要折衷进行考虑。因为％越高，要求的电感Ｌ的值越大，否则会使纹波电流△ｆ，的值过大，超过纹波电流的指标要求。所以在实际应用中需要进行综合考虑。４．２参数取值对仿真波形的影响４．２．１滤波电感的取值当直流电压％和开关频率保持不变时，电感Ｌ取ｌｍＨ时，Ａ相并网电流和Ａ相参考电流比较如图４．１所示一Ｚ一……／＼７‘＼＼＼ｙ＼忿……：≠’≮……一雾毒……一髟：≮……．．＼／ｌ≠‘卜…一≠＋…－．．Ｚ．Ｌ／｜／＼／＼ｙ＼＼＼＼ｌ＼＼＼／＼＼＼＼＼＼＼＼＼、、／＼∥／移ｆｆ．＼＼＼／／／＼＼＼／／＼｜ＩＩ｜＼／／＼、７．｜廿００４００６００８ｏ．１图４－１不同电感取值的并网电流仿真图西南交通大学硕士研究生学位论文第３３页从上述输出的仿真波形图我们可以看出，电感的值取值对电流的纹波和幅值均有明显的影响，电感太小，电流的纹波太大，并且电流的幅值也不能很好的跟踪指令电流的幅值，所以电感Ｌ的取值在并网过程中十分的重要。４．２．２直流电压的取值当电感Ｌ和开关频率取值恒定时，我们取直流电压为４３０Ｖ时三相并网电流如图４．２所示；Ａ相并网电流和Ａ相参考电流比较如图４．３所示。图４．２三相并网电流西南交通大学硕士研究生学位论文第３４页ｔ，ｓ图４．３Ａ相电流与Ａ相参考电流比较直流电压为３８０Ｖ时三相并网电流如图４＿４所示；Ａ相电流和参考电流比较如图４—５所示。ｌ，ｓ图４－４三相并嘲电流西南交通大学硕士研究生学位论文第３５页图４．５Ａ相电流与参考电流比较从上面几个仿真波形图可以看出：直流电压对并网电流的效果也有较大的影响。直流电压过大，会导致电流纹波较大；直流电压过小会导致逆变并网电流的幅值达不到指定的要求。西南交通大学硕士研究生学位论文第３６页第五章光伏发电最大功率跟踪太阳能电池在工作时，随着日照强度、环境温度的不同，其端电压将发生变化，使输出功率也产生很大的变化，故太阳能电池本身是一种极不稳定的电源。如何在不同的日照，温度的条件下输出尽可能多的电能，提高系统的效率，这就在理论和实践上提出了太阳能电池阵列的最大功率点跟踪问题。５．１太阳能电池５．１．１太阳能电池等效电路在太阳能光伏电池板的电气特性方面，由于光伏电池板是由很多光伏电池组成的，而每一个太阳能电池都是由具有Ｐ－Ｎ界面的半导体组成，并且直接将光能转换成电能输出，所以我们可以将光伏电池板在阳光的照射下工作的等效电路如图５．１所示。譬ｌ，名‘ｙ｜图５－Ｉ光伏电池板的等效电路其工作原理是：当光照恒定时，由于光生电流０不随光伏电池的工作状态而变化，因此在等效电路中可以看作是一个恒流源。光伏电池的两端接入负载Ｒ后，光生电流流过负载，从而在负载的两端建立起端电压Ｖ。其中■表示太阳能电池在光照条件下产生的电流，口表示一个Ｐ－Ｎ界面西南交通大学硕士研究生学位论文第３７页的二极管，尺。。和尺。分别表示电池内部等效的并联、串联电阻。通常情况下，由于Ｒ。。很大，Ｒ。很小，为了简化分析过程，可以将二者忽略不计。Ｒ，表示电池的负载，Ｉ和Ｖ分别对应太阳能电池的输出电流和输出电压。由太阳能电池板的等效电路和半导体Ｐ－Ｎ结特性，我们可以用下式来表示太阳能的输出电流和输出电压的关裂”】：卜％ｏ哪ｐＬｏ，［ｅｘｐ（赤云）‘１】式中各个符号分别代表：Ｖ６‘１’Ｊ。——太阳能电池板的逆向饱和电流靠。——太阳能电池板的并联个数刀。——太阳能电池板的串联个数ｑ——一个电子的电量１．６×１０。１９ｃｋ——玻尔兹曼常数１．３８ｘ１０埘，／ＫＴ——太阳能电池板的表面温度Ａ——太阳能电池板的理想因数Ａ＝Ｉ～５５．１．２光伏电池在不同条件下输出特性广泛用于描述电池电气特性的两个最重要的参数是开路电压和短路电流【６】。ｖ－Ｉ特性曲线显示了通过太阳能电池板传送的电流与电压在特定的太阳辐照度下的关系。如果太阳能电池组件电路短路即Ｖ＝０，此时的电流称为短路电流Ｉ一如果电路开路即Ｉ－－０，此时的电压称为开路电压Ｖ０。太阳能电池组件的输出功率等于流经该组件的电流与电压的乘积，即Ｐ＝Ｖ＊Ｉ。图５．２所示为光伏电池在特定光照温度下的功率曲线图。ＩｌｓｃＩｍ图５．２光伏电池输出曲线图西南交通大学硕士研究生学位论文第３８页Ｉ：电流Ｖ：电压Ｉｏ短路电流Ｉ。：最大工作电流Ｖｎ，：开路电压ＶＩ：最大工作电压太阳能电池的内阻会呈现出强烈的非线性。当光伏组件的输出功率达到最大点时，称为最大功率点；该点所对应的电压，称为最大功率点电压ｖｍ（又称为最大工作电压）；该点所对应的电流，称为最大功率点电流Ｉ。（又称为最大工作电流）；该点的功率，称为最大功率Ｐｍ。太阳能光伏电池的工作状态容易受外界环境的影响，因此它的伏安特性显现出强烈的非线性。影响光伏电池工作特性的主要因素有两个，即光照强度和温度。图５．３所示就是在光伏电池工作在不同光照强度和温度条件下输出的伏安特性。Ｕ（Ｖ）（ａ）光强变化时Ｕ（Ｖ）（ｂ）温度变化时图５．３光伏电池的伏安特性由图５．３可知，光伏电池阵列的输出电流在很大程度上受光照强度的影响，随光照强度的增强而增大。而开路电压随着电池结温的上升而下降，同时短路电流会稍稍增大。光伏电池在不同光照强度和温度下的Ｐ．Ｖ输出特性如图５４所示。随着太阳能电池温度的增加，开路电压减少，大约每升高１０Ｃ每片电池的电压减少５ｍＶ，最大功率也随着减少大约Ｏ．４％。所以太阳直射的夏天，尽管太阳辐射量比较大，如果通风不好，导致太阳电池温升过高，也可能不会输出最大功率。西南交通大学硕士研究生学位论文第３９页８０７０６０５０８０７０６０５０４０３０２０１０４０３０２０１０Ｕ（Ｖ）（ａ）温度变化时Ｕ（Ｖ）（ｂ）光照强度变化时图５－４光伏电池功率和电压关系５．２最大功率跟踪的方法最大功率点跟踪控制（ＭＭＰＴ）策略是通过检测光伏阵列的输出功率，采用一定的控制策略使光伏电池在当前条件下尽可能的输出最大功率，通过改变当前的工作点电压情况来满足最大功率跟踪的要求。这样即使光伏电池的结温过高使得阵列的输出功率减少，系统仍然可以运行在当前条件下最佳状态。５．２．１恒定电压法（ＣＶＴ）通过分析不同日照强度下光伏电池输出功率曲线可知，从图５—５中可以看出：当温度一定时，太阳电池的最大功率点几乎落在同一根垂直线的两侧邻近，这就有可能把最大功率点的轨迹线近似地看成某一特定电压的一根垂直线，亦即只要保持太阳电池的输出端电压为常数且等于某一日照强度下相应于最大功率点的电压，就可以大致保证在同一温度下太阳能电池输出最大功率。把最大功率点跟踪简化为恒电压跟踪（ＣＶＴ），这就是ＣＶＴ控制的理论依据。西南交通大学硕士研究生学位论文第４０页ｌＪ（Ｖ）Ｕ臃图５－５不同光照下光伏电池输出曲线实现ＣＶＴ的原理如图５－６所示。图中Ｕ１是给定工作点电压，对应于某一温度下的最大功率点；Ｕ是太阳电池的实际输出电压。给定电压和实际电压比较后经过ＰＩ调节，调节结果与三角波比较得到ＰＷＭ脉冲，驱动功率器件，从而调节太阳电池的负载阻抗。不同的ＰＷＭ脉宽对应不同的负载阻抗。一Ｕ１图５－６ＣＶＴ法控制原理图ＣＶＴ方式具有控制简单，可靠性高，稳定性好，易于实现等优点，比一般光伏系统可望多获得２０％的电能，较之不带ＣＶＴ的直接耦合要有利得多。但是，这种跟踪方式忽略了温度对太阳电池开路电压的影响。以单晶硅太阳电池为例，当环境温度每升高１摄氏度时，其开路电压下降率为０．３５％～０．４５％。这表明太阳电池最大功率点对应的电压也随环境温度的变化而变化。对于四季温差或日温差比较大的地区，ＣＶＴ方式并不能在所有的温度环境下完全地跟踪最大功率＂¨驯。５．２．２电导增量法电导增量法（ＩｎｃｒｅｍｅｎｔａｌＣｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ）也是ＭＰＰＴ控制常用的算法之一。西南交通大学硕士研究生学位论文第４１页因为Ｐ＝ＵＩ，通过光伏阵列Ｐ—Ｕ曲线可知最大值‰处的斜率为零。所以有：一ｄＰ：Ｉ＋Ｕ·旦：０ｄＵｄＵ即有一ｄｌ：一三ｄＵＵ电导的负值时，光伏阵列工作在最大功率点。（５．２）（５－３）公式（５．３）为达到最大功率点的条件，即当输出电导的变化量等于输出图５．７电导增量法的控制流程图电导增量法通过比较光伏阵列的电导增量和瞬间电导来改变控制信号。西南交通大学硕士研究生学位论文第４２页这种控制算法同样需要对光伏阵列的电压电流进行采样。电导增量法控制精确，响应速度比较快，适用于大气条件变化较快的场合。但是对硬件的要求特别是传感器的精度要求比较高，系统各个部分响应速度要求也比较的快，因为整个系统的硬件造价也会比较高。电导增量法的控制流程图如图５．７所示【１６】【７１。图５．７中玑、Ｌ为检测到光伏阵列当前电压、电流值，以、厶为上一控制周期的采样值。Ｘ为需要增加或者减少的电压值。这种ＭＰＰＴ控制算法最大的优点是在光照强度发生变化时，光伏阵列输出电压能以平稳的方式跟踪其变化。电导增量法是以改变太阳电池的输出来达到最大功率点的，但是逻辑判断式已经改变，将会减少振荡，从而更能适应瞬息万变的环境。理论上而言，电导增量法是非常完美的，能够精确地跟踪到最大功率点，但是忽略了一个重要的问题，那就是测量仪器的精度问题，它对测量仪器的精度要求近乎苛刻，但我们知道，误差是在所难免的，因此这种方法同样会有比较大的误差。５．２．３模糊控制法由于太阳光照强度的不确定性、光伏阵列温度的变化、负载情况的变化以及光伏阵列输出特性的非线性特征，要实现光伏阵列最大功率点的准确跟踪需要考虑的因素是很多的。针对这样的非线性系统，使用模糊逻辑控制方法进行控制，可以获得比较理想的效果。在光伏发电系统中使用模糊逻辑方法实现ＭＰＰＴ控制，可以通过ＤＳＰ比较方便的执行，其中控制器的设计主要包括以下几个方面的内容：１．确定模糊控制器的输入变量和输出变量。２．归纳和总结模糊控制器的控制规则。３．确定模糊化和反模糊化的方法。４．选择论域并确定有关参数。使用模糊逻辑方法进行光伏系统的ＭＰＰＴ控制，具有较好的动态特性和精度，具有十分广阔的应用前景。图５．８所示为光伏发电系统中采用的模糊逻辑控制方法控制流程图１７Ｊ。西南交通大学硕士研究生学位论文第４３页’反模糊化上输出Ｉｏｕｔ（ｎ）上ｄＰ／ｄｌ（ｎ－１）＝ｄＰ／ｄｌ（ｎ）Ｉｏｕｔ（ｎ—１）＝ｌｏｕｔ（ｎ）’Ｌ给定并网电流ｌｏｕｔ上结束图５．８模糊逻辑控制算法流程图５．２．４其他控制方法最优梯度法它是一种以光伏阵列的Ｐ－Ｖ特性曲线为基础的多维无约束最优化问题的数值计算法。它的基本思想是选取阵列输出功率作为目标函数的正梯度方向，作为每步迭代的搜索方向，逐步逼近功率函数的最大值。此方法可以在Ｐ—Ｖ特性曲线的全域内进行最大功率跟踪，但需要进行反复的叠代计算，并且计算公式复杂。西南交通大学硕士研究生学位论文第４４页间歇扫描法这种方法是在定电压跟踪法的基础上得来的，只是用定时的扫描代替了从厂商处得来Ｖｍａｘ值。这种方法的思想是定时扫描一段阵列电压，同时记录下不同电压下对应的电流值，经过比较不同点的太阳电池阵列的输出功率就可以方便地得出最大功率点，而不需要一直处于搜寻状态。这种间歇扫描方法测定所需要的时间只是毫秒级（５．１０ｍｓ），而定时扫描的时间间隔可以放宽至秒级。通过扫描计算出在该日照及温度条件下的最大功率及其相应的电压Ｖｍａｘ并实时控制ＰＷＭ的输出以使系统工作在与该Ｖｍａｘ相应的工作点上。这种方法一般不会产生振荡。５．３最大功率跟踪的实现５．３．１ＭＰＰＴ控制策略的选取本本采用干扰观测法来实现最大功率跟踪（ＭＰＰＴ）。其原理是每隔一定的时间增加或者减少电压，并观测其后的功率变化方向，来决定下一步的控制信号。下面将干扰观测控制策略简述如下：光伏系统控制器在每个控制周期用较小的步长改变光伏阵列的输出，改变的步长是一定的，方向可以是增加也可以是减小，控制对象可以是光伏阵列的输出电压或者电流，这一过程称为“干扰＂。然后，通过比较干扰周期前后光伏阵列的输出功率，如果输出功率增加，那么继续按照上一周期的方向继续“干扰＂过程，如果检测到输出功率减小，则改变“干扰”的方向。这样光伏阵列的实际工作点就能逐渐接近当前最大功率点，最终在其附近的一个小范围往复达到稳态。如果采用较大的步长进行“干扰”，这种跟踪算法可以获得较快的跟踪速度，但是到达稳态后的精度相对较差，较小的步长正好相反【７】【１７】。其流程算法图如图５－９所示：干扰光测法的实质就是基于光伏输出功率的计算和采样电压和电流值计算功率的变化。比较前一个和当前的电压值来检测功率变化，计算出参考电压％用于产生ＰＷＭ的控制信号。图５－９中Ｖ（ｋ）、Ｉ（ｋ）是新测量的值，根据这两个值计算功率Ｐ（ｋ）＝Ｖ（ｋ）×Ｉ（ｋ）。比较ｋ点前一个测量点功率值的大小。功率值的变化决定下一步变化的西南交通大学硕士研究生学位论文第４５页方向。如果功率增加，那么搜索方向不变，如果功率减小，搜索方向相反。搜索方向由Ｖ俅）是否大于Ｖ（ｋ－１）决定。Ｃｐ为扰动步长，它决定功率跟踪速度的快慢。如果步长取的较大，则系统响应快，但不准确；同样道理，如果步长选择较小，则系统反应慢，但相对精确。通过对光伏电池工作点电压的不断调整，最终可以搜索到最大功率点。图５－９干扰观测法流程图５．３．２最大功率跟踪过程中主电路的选择在两级光伏发电并网系统中，变换器可以分为直流（ＤＣ．ＤＣ）和交流逆变（ＤＣ－ＡＣ）两部分。其中ＤＣ．ＤＣ变换器的有两个任务：一是将光伏电池板侧输西南交通大学硕士研究生学位论文第４６页出的低压直流电变换成所需要的稳定直流高压；二是通过改变占空比实现最大功率跟踪的控制。ＤＣ．ＡＣ变换器主要任务是完成将直流电逆变成高品质的正弦波交流电。从控制策略上来讲，他们是相互独立的，可以分开单独设计。ＤＣ．ＤＣ变换器也称为斩波器，是利用电力电子器件的通断控制，将直流电压断续地加到负载上，通过改变通断时间比即占空比来来改变输出电压平均值。光伏系统中运用的ＤＣ．ＤＣ转换器一般有Ｂｕｃｋ、Ｂｏｏｓｔ、Ｂｏｏｓｔ．Ｂｕｃｋ以及Ｃｕｋ等几种拓扑结构，本论文采用Ｂｏｏｓｔ升压电路来控制光伏系统的工作电压点。它的优势有三点：首先此电路使光伏电池直流电压输出更加灵活；其次一般光伏电池的输出电压比较低，而后级并网时又需要较高的直流输入，此电路刚好满足这样的升压要求；再次此电路本身具有较高的效率。Ｂｏｏｓｔ变换器的基本电路图如图５．１０所示。电路由开关管ＭＯＳＦＥＴ功率管，二极管ＶＤ，电感Ｌ，电容Ｃ和负载Ｒ组成，完成将太阳能电池输出的直流电压Ｅ升压到Ｕ。。＋图５—１０Ｂｏｏｓｔ转换器的基本电路图在ｔ。。时间内，开关管导通，其等效电路如图５．１ｌ所示，此时二极管ＶＤ是反向偏置，使输入与输出隔离，电源Ｅ通过导通的开关管给电感供电，在电感电压“，＝Ｅ作用下，电感电流ｆ，线性增长，电感储能。在ｔ。矿时间内，开关管关断，在电感上自感电势及电源电压共同作用下，ＶＤ导通，将电源能量以及电感储能共同供给负载，其等效电路如图５一１２所示，此时电感电压Ｕ，＝Ｅ—ｕ０。西南交通大学硕士研究生学位论文第４７页＋图５．１１Ｂｏｏｓｔ转换器导通模式＋图５—１２Ｂｏｏｓｔ转换器关断模式电感电压／．１，一周期内积分平均为零，所以可得髓。。＋（Ｅ—Ｕ０）ｔｏｇ＝０（５－４）由此求得Ｂｏｏｓｔ变换器的输入、输出电压关系为ＵｎＥｆ。＋ｌｏ矿Ｔ１１一口（５．５）乞矿丁一ｏ其中口＝生，因为口≤１，所以可得Ｕｏ≥Ｅ二，。故此变换器为升压变换关系。若忽略电路变换损耗，输入、输出功率相等即Ｅ１＝ＵｏＩｏ（５－６）式中，，为输入电流ｉ平均值，厶为输出电流ｆｏ平均值，则可以求得变换西南交通大学硕士研究生学位论文第４８页器的输入、输出电流关系为生：旦＝１一口ｌＵｑ（５．７）因此电流连续是Ｂｏｏｓｔ变换器相当～个升压的“直流’’变压器【５１。根据电感电流在周期开始是否从零开始，是否连续，可分为连续的工作状态或不连续的工作状态两种模式。由于电路在断续工作时电路，电感电流的不连续，就意味着太阳能输出的电能在每个周期内都有一部分被浪费掉了，而且纹波也会大些。因此电路的参数的选择应让电路工作在连续导电得模式下，如图５．１３所示为Ｂｏｏｓｔ电路在连续导电模式下的稳态波形：—ｌｒＩ●一ＤＴ—◆ｔＪ——一下７ＩＩＩ：ｌ≥令专套≤己。７ｔｌ芝咋，ｉ芏‰一吃ｉ；７ｌｔｔｔ图５．１３Ｂｏｏｓｔ电路在连续导电模式下的稳态波形通过对Ｂｏｏｓｔ电路的分析，可以看出，只要通过占空比的改变，可以实现Ｂｏｏｓｔ电路输入输出电压比值的调整，从而来调整输入电压即光伏电池工作点的电压，让其工作在最大功率点处。所以通过改变占空比，最终可以获得光伏电池的最大功率点电压和光伏电池的最大功率，实现最大功率点跟踪的功能。西南交通大学硕士研究生学位论文第４９页５．３．３干扰观测法的建模和仿真结果在Ｂｏｏｓｔ电路中电流连续时有Ｅｔ。。＝Ａ／￡Ｌ＝（Ｕ０一￡）ｔｏｆｆ（５—８）又因为￡ｏｗ．Ｔｔｏ．＋ｔｏ∥＝去＝击ｒ：三｛㈣９，（５．Ｉｏ）其中虬是电感电流屯的纹波，Ｅ为输入电压，Ｕｏ为输出电压，口为占空比，厂为开关频率。由公式（５－８），（５－９）和（５．１０）可以得到￡＝堕｛挝Ｌ（５．１１）所以可以根据估算纹波的值来确定Ｌ的取值。Ｂｏｏｓｔ电路处于导通模式时，电容上电压纹波可以表示为△％＝ｚ１￡ｏ．ｉｃｄｔ＝。１－－ｆ＇Ｉｏｄｔ＝了Ｉｏｔｏｎ（５一１２）因虮＝砑＝等，可以得出ｃ＝！Ｑ竺｛龇ｃ（５．１３）电容取值可以大致有△”估算出来Ｂｏｏｓｔ变换器是通过控制电压的方法将不控的直流输入变为可控的直流输出的一种变换电路。在太阳能发电中，变换器的作用是从太阳能方阵中吸收最大电流并且提升电压。通过Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件建立仿真模型可以，最大功率跟踪控制仿真模型和系统控制仿真模型分别如图５．１４和图５．１５所示：西南交通大学硕士研究生学位论文第５０页５．１４最大功率“Ｅ踪控制仿真模型｝芦Ｈｉ砖磐兰ｊ习＿＿＿＿ｊ广————［＝｛二蜒羹＝堙兰一———墼！■二二二图５－１５整个系统控剖仿真模型在仿真模型中参数设定如下所示：西南交通大学硕士研究生学位论文第５１页太阳能光伏阵输入日照取１０００Ｗ／ｍ２，电池温度设在２５＂Ｃ。Ｌ＝３０９Ｈ，电容Ｃ＝２．４ｍＦ。采样周期Ｔ＝０．０００１ｓ。仿真时间设为Ｏ．１秒｝＿厂—广ｊ，Ｉ—ｈ，‘＿＾—‘’，＋’一、●＿、＿＾．————二＾＾厂至１５１０ｆ｛７≠００期０．０２０．０３０．０４０．０５０．０６０．０７０．∞０．∞０．１ｔ／ｓ图５．１６输出电压仿真曲线图∞加∞∞．厂．．ｐ吖’，、一Ｉ．＾．＾。＾．＾＾／－ｆ’乏正柏∞加伯００｛Ｚ０．０１ｔ≮７ｌｌ０．０２０．０３０．０４０．０５０．０６０．０７０．０８０．０９０．１ｔ／ｓ图５．１７输出功率仿真曲线图西南交通大学硕士研究生学位论文第５２页通过采用不同的步长进行仿真比较，得出效果最好的最大功率跟踪。当ｃｐ＝０．０１时，经过仿真ＤＣ．ＤＣ输出的电压和功率如图５．１６，５．１７所示：当采用ｃｐ＝Ｏ．００５时，输出的电压和功率如图５．１８，５．１９所示：３０Ｊ一．，２５／２０圣１５１０万｜不／；／．｜．００．０１０．０２５００．０３０．０４０．０５ｔ／ｓ０．０６０．０７Ｂ０８０．０９０．１图５－１８输出电压仿真曲线图／一，！；，…—一．ＪＩ／∥｛，／ｌ一｛；／’图５—１９输出功率仿真曲线图西南交通大学硕士研究生学位论文第５３页当采用ｃｐ＝Ｏ．ＯＯｌ时，输出的电流，电压和功率如图５．２０，５．２１和５．２２所示３２．５／■７一一２／１．５．／ｔ｝菩１７０．５０≯００．０１０．０２０．０３０．０４０．０５０．０６０．０７０．０８０．０９０．１－０．５Ｖｓ图５—２０输出电流仿真曲线图／一，７：一一●一●…。。。：：／－ｒ／‘／。：；／）乏譬…。５谚一；／：／：０一／ｌ：００．们０．０２０．０３０，０４０．０５ｔ／ｓ０．０６０．０７０．０８０．０９０．１图５—２１输出电压仿真曲线图西南交通大学硕士研究生学位论文第５４页８０７０７，。６０／‘，５０７’毫４０皿３０．？｝｛／２０１０？≯５．４小结本章首先通过分析光伏电池工作原理，以及光伏电池在不同环境下电气特性的变化。研究了太阳能电池的最大功率点跟踪的基本原理。在介绍了现在常用的几种最大功率点跟踪的方法后，采用扰动观察法来进行最大功率的西南交通大学硕士研究生学位论文第５５页跟踪。通过ＭＴＡＬＡＢ软件搭建仿真模型，通过仿真结果的分析，得出只要扰动步长选择合适，这种方法可以较好的跟踪最大功率点。当然也存在一定的不足之处：该控制方法系统最终只能在光伏阵列最大功率点附近震荡运行，导致一定功率的损失。跟踪步长对跟踪精度和响应速度无法兼顾。西南交通大学硕士研究生学位论文第５６页结论与展望结论本论文对太阳能三相光伏发并网电系统做了较全面的研究，主要进行了以下几方面的工作：首先分析了研究太阳能光伏发电的意义和必要性，并简单介绍了光伏发电系统的分类和组成。其次在分析光伏并网所满足要求之后，主要研究了三相光伏并网的控制策略。本文采用了基于ＳＰＷ～Ｉ的三角波比较电流型控制的并网方法，通过利用ＭＡＴＬＡＢ软件搭建模型进行仿真实验。实验结果表明了并网电流能够较好的跟踪参考电流。同时分析了并网过程中的电流纹波的问题，通过改变不同的电感和直流侧电压来分析纹波电流给并网效果带来的影响。最后本文还进行了光伏发电最大功率跟踪的研究，通过分析研究最后采用了扰动观测来实现系统的最大功率跟踪问题。采用不同的扰动步长，进行仿真实验分析比较，最终得到了较为理想的仿真结果。在对三相光伏并网系统研究的过程中，由于时间关系和个人能力的不足，尚存在一些不足之处。如并网电流依然存在一定的纹波效果，用扰动观测法进行最大功率跟踪时候在最大功率点会有较小的波动等，这些都是需要进一步解决的问题。除此之外还需要考虑孤岛效应问题等。展望鉴于目前光伏电池发电与电网联网时，其发电量相对电网容量来说还是很小的，因此它对整个电网稳定性的干扰和影响是很小的。但是当光伏发电并网的容量增加到一定程度时，由于光伏发电系统的并网功率变化具有随机性，因此，它的扰动将有可能影响电网的稳定，也就是说光伏并网发电系统在提供有功能量的同时，也会对电网带来安全性的危害。随着可再生能源发电系统的迅速发展，这一问题将会越来越严重。对于这一问题的研究，也是今后大规模光伏并网所要努力解决的问题。为了适应高容量，大规模的光伏发电系统并入公共电网，同时保证电网的安全稳定性，调节光伏并网的输出功率将成为必须解决的问题。输出功率的调节或许可以从储能技术，新型并网逆变器等方面进行解决。西南交通大学硕士研究生学位论文第５７页致谢回首往事，历历在目。不知不觉在西南交通大学的研究生学习生涯已经接近到了尾声。三年的学习生活当中，在导师郭世明教授的细心教导和无微不至的关怀下，使得我的科研学习能力，组织能力和与人沟通协调的能力都得到了大幅度的提高和改善。在论文完成的过程当中，不断得到郭老师的教诲和点拨，使我在面对很多的难题和挫折的时候大受启发。郭老师优秀卓越的教师品德和敢于攻克科研难题的学习精神，在生活和学习中时刻感染着我，激励着我，让我有不断的动力和明确的目标。在此深深的表达我对郭老师的谢意并深深的祝福着郭老师。感谢３１１１实验室全体兄弟姐妹们在学习生活中对我的关心与照顾，他们给予我太多的快乐和美好的记忆，没有你们我的研究生生活不会这么丰富多彩，也不会在学习上取得成功，谢谢你们。‘感谢我的父母生我养我的大恩大德，没有你们，就没有我今天的一切。你们永远是我生活学习的动力源泉。感谢母校这七年来对我教育和培养。您让我改变了太多太多。我会带着您的“埃实扬华，自强不息”百年精神走向社会，积极工作，以优异的表现来报答您对我这么多年的栽培。我将永远深爱着您。祝愿您在明天将绽放出更美的奇葩。最后，衷心感谢在百忙中抽空评阅本论文的专家和教授们！西南交通大学硕士研究生学位论文第５８页参考文献［１］沈辉，曾祖勤．太阳能光伏发电技术．化学工业出版社，２００５．９［２］王长贵，王斯成．太阳能光伏发电实用技术．化学工业出版社，２００５．４［３］沈锦飞．电源变换应用技术．机械工业出版社，２００７．８［４］薛定宇，陈阳泉．基于ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的系统仿真技术与应用．清华大学出版社，２００２．４［５］贺益康，潘再平．电力电子技术．科学出版社，２００５．３［６］ＭｕｋｕｎｄＲ．Ｐａｔｅｌ．ＷｉｎｄａｎｄＳｏｌａｒＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓＯｐｅｒａｔｉｏｎ．ＣＨＩＮＡＤｅｓｉｇｎ，Ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄＭＡＣＨＩＮＥＰＲＥＳＳ，２００９．１［７］赵争鸣，刘建政等．太阳能光伏发电及其应用．科学出版社，２００５．１０［８］冯垛生，宋金莲等．太阳能发电原理与应用．人民邮电出版社，２００７．４［９］王正林，郭阳宽．过程控制与Ｓｉｍｕｌｉｎｋ应用．电子工业出版社，２００６．７［１０］蒋珉，柴干等．控制系统计算机仿真．电子工业出版社，２００６．７［１１］王兆安，黄俊．电力电子技术．机械工业出版社，２００７．２［１２］郭世明，黄念慈．电力电子技术．西南交通大学出版社，２００４．１［１３］曲学基，曲敬凯，于明扬．逆变技术基础与应用．电子工业出版社，２００７．１［１４］高嵩，李传琦，邹其洪．自动控制理论实验与计算机仿真．国防科技大学出版社，２００４．９［１５３杨庚辰．自动控制原理．西安电子科技大学出版社，２００４．２［１６］赵庚申，王庆章．最大功率点跟踪原理及实现方法的研究．太阳能学报，２００６年第１０期［１７］李炜，朱新坚．光伏系统最大功率点跟踪控制仿真模型．计算机仿真，２００６年第６期［１８］杨帆，彭宏伟等．太阳能电池最大功率点跟踪技术探讨．电子器件，２００８年第４期［１９］蔡先武．光伏并网系统中的最大功率点追踪控制．电子工业专用设备，２００８年第３期［２０］周林，武剑等．光伏阵列最大功率点跟踪控制方法综述．高电压技术，２００８年第６期［２１］任海兵．户用光伏并网系统的研究．江苏大学硕士论文，２００６［２２］雷元超，陈春根，沈骏等．光伏电源最大功率点跟踪控制方法研究仁．西南交通大学硕士研究生学位论文第５９页电工电能新技术，２００４，２３（３）：７６＂－８０。［２３］李文婷，刘宏，陈慧玲国内外太阳能光伏发电发展综述．青海电力，２００４年２３（４）：３—６【２４］阎继睿．光伏发电系统高效逆变器的研制．陕西水力发电，２０００，１６（２）：５９—６０［２５］谢磊，余世杰等．光伏充电器中最大功率点跟踪的设计．第八届光伏论文集［２６］胡宇航．光伏并网系统逆变器接口装置的控制方法研究．硕士论文，２００４［２７］王环，金新明．光伏并网逆变器最大功率点的跟踪控制．电子产品世界，２００４【２８］张菡．基于ＤＳＰ的绿色能源并网逆变系统的设计．硕士论文，２００６［２９］王晖科．三相光伏并网逆变器的设计与仿真硕士论文．郑州大学硕士论文，２００４【３０］姚志垒，王簧等．一种新的逆变器并网控制策略的研究．中国电机工程学报，２００６【３１］欧阳名三，余世杰．一种太阳能电池ＭＰＰＴ控制器实现及测试方法的研究．电子测量与仪器学报，２００４年１８期：３０．３４【３２］Ｊ．Ａ．Ｇｏｗ，Ｃ．Ｄ．Ｍａｎｎｉｎｇ．ＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＳｍａｌｌＳｅａｌｅＳｔａｎｄ－ａｌｏｎｇｏｒＣｏｎｖｅｒｔｅｒＳｙｓｔｅｍＳｕｉｔａｂｌｅｆｏｒＵｓｅｉｎＧｒｉｄ·ＣｏｆｍｅｅｔｅｄＡＰＰｌｉｅａｔｉｏｎｓ，ＩＥＥＥＰｒｏｃ—ＥｌｅｅｔｒｐｏｗｅｒＡｐｐｌ．Ｖ０１．１４７，ＮＯ．６，Ｎｏｖｅｎｂｅｒ２０００【３３１孙佩石，胡长生．在光伏逆变电源中应用的消谐波ＳＰＷＭ方法．电气传动，２００１年第３期：３８－４１［３４］苏建徽，余世杰，赵为．硅太阳电池工程用数学模型．太阳能学报，２００１，第四期［３５］吴忠军，刘国海，廖志凌等．硅太阳电池工程用数学模型参数的优化设计．电源技术，２００７，１１（６）：８９７．９００［３６］宁铎，高继春．发展太阳能光伏发电的意义及前景．西北轻工业学院学报，２００２，２０（１）：８２．８３【３７］徐海荣，钟史明．充分利用我国太阳能资源开发太阳能光伏产业．沈阳工程学院学报（自然科学版），２００６，２（４）：２９９．３４４［３８］戴欣平，马广，杨晓红．太阳能发电变频驱动系统的最大功率追踪控制法．电机工程学报，２００５，２００５．６（８）［３９］汪海宁．光伏并网功率调节系统及其控制的研究．合肥工业大学博士论文，【４０］徐鹏威．三相光伏并网系统控制技术研究．华中科技大学硕士论文，２００７．２西南交通大学硕士研究生学位论文第６０页［４１］郑诗程，丁明．户用光伏并网发电系统的研究与设计．电力电子技术，２００５，３９（１）：５５．５７ｆ４２］焦在强，许洪华．单级式并网光伏逆变器．可再生能源，２００４，（５）：３４．３６［４３］李政动．小型太阳光电能能量转换系统研制．硕士学位论文，２００２［４４］李思贤．数位式单向低功率太阳光能转换系统．硕士学位论文，２００３『４５］尤如瑾．世界太阳光电产业现状与展望．机械工业出版社，２００５，第２６３期：１５６～１６６［４６］丁明，王敏．分布式发电技术．电力自动化设备，２００４，第２４卷第７期：３１￣３６【４７］李安定．太阳能光伏发电系统工程．北京：北京工业出版社，２００１：４２￣４３［４８］高纪庆．推进光伏并网发电与建筑结合的应用．新能源与新材料，２００４．５［４９］文１Ｊ恩科等．光伏电池及其应用．北京：科学出版社，１９９１：８１＂－＇９５［５０］刘文明．光伏电源系统的研究与设计．济南：山东大学，２００４［５１］陈晓高．户用光伏并网系统及其控制方法的研究．青岛科技大学硕士论文，２００６【５２］李进国，金新民．小功率光伏并网逆变器控制系统的设计．北方交通大学学报，２００３，２７ｆ２）：５７～６１。【５３］陈兴峰，曹志峰，许洪华，焦在强．光伏发电的最大功率跟踪算法研究．可在生能源，２００５，（１）：８～ｌｌ。［５４］余世杰，何慧若，曹仁贤．光伏水泵系统中ＣＶＴ及ＭＰＰＴ的控制比较．太阳能学报，１９９８，１９（４）：３９４＂－－３９８。【５５］叶满园．以电导增量法实现ＭＰＰＴ的单级光伏并网逆变器．电力电子技术，２００６（４）：３０—３２．［５６］房俊龙，黄丽华等．电力系统分析．中国水利水电出版社，２００７．１【５７］ｔ正林，王胜开，陈国顺．ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ与控制系统仿真．电子工业出版社，２００６．７［５８］张亮，郭仕剑，王宝顺．ＭＡＴＬＡＢ７．Ｘ系统建模与仿真．人民邮电出版社，２００６．１１［５９］周渊深．电力电子技术与ＭＡＴＬＡＢ仿真．中国电力出版社，２００５．１２［６０］ＮａｂｉｌＡ．Ａｈｍｅｄ．ＭａｓａｆｕｍｉＭｉｙａｔａｋｅ．ＡＳｙｓｔｅｍＣｏｍｂｉｎｉｎｇＳｏｌａｒＰｈｏｍｖｏｌｔａｉｃａｎｄＳｔａｎｄ－ＡｌｏｎｅＨｙｂｒｉｄＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＴｕｒｂｉｎｅｗｉｔｈＳｉｍｐｌｅＭａｘｉｍｕｍＷｉｎｄＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔＴｒａｃｋｉｎｇＣｏｎｔｒ０１．ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＭｏｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ［６１］Ｚ．Ｙｅ，Ｒ．Ｗａｌｌｉｎｇ，Ｌ．Ｇａｒｃｅｓ，Ｒ．Ｚｈｏｕ，Ｌ．Ｌｉ，Ｔ．Ｗａｎｇ．Ｓｔｕｄｙ西南交通大学硕士研究生学位论文第６１页ｏｆＡｎｔｉ．ＩｓｌａｎｄｉｎｇＣｏｎｇｏｌｆｏｒＧｒｉｄ．ＣｏｎｎｅｃｔｅｄＩｎｖｅｒｔｅｒｓ．ＩＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴｌ０ＮＳＯＮＰＯＷＥＲＤＥＬＭＲＲＹ，２００４．［６２］杨海柱，金新明．最大功率跟踪的光伏并网逆变器的研究．北方交通大学学报，２００４年２８期：６５－６８［６３］ＴＩｋｅｇａｍｉ，ＴＭａｅｚｏｎｏ，ＦＰａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＰＶＮａｋａｎｉｓｈｉ，ｅｔａ１．ＥｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆＥｑｕｉｖａｌｅｎｔＣｉｒｃｕｉｔＭｏｄｕｌｅａｎｄＩｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏＯｐｔｉｍａｌＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＰＶＳｙｓｔｅｍ．ＳｏｌａｒＥｎｅｒｇｙＭａｔｅｒｉａｌｓ＆ＳｏｌａｒＣｅｌｌｓ６７（２００ｌ１ＰｒａｃｔｉｃｅｆｏｒＵｔｉｌｉｔｙＩｎｔｅｒｆａｃｅｏｆ『６４］ＩＥＥＥＳｔｄ９２９—２０００ＲｅｃｏｎｍｍｅｎｄｅｄＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｓｐｏｎｓｏｒｅｄ２１ｏｎｂｙＩＥＥＥＳｔａｎｄａｒｄｓＣｏｏｒｄｉｎａｔｉｎｇＣｏｍｍｉｔｔｅｅＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓ，ＰｕｂｌｉｓｈｅｄｂｙｔｈｅＩＥＥＥ．ＮｅｗＹｏｒｋ，ＮＹｈｐｒｉｌ２０００西南交通大学硕士研究生学位论文第６２页攻读硕士学位期间发表的论文１．闫士职，尹梅，李庆等．太阳能光伏发电并网系统相关技术研究．电子元器件应用．２００９年第ｌ期２．尹梅，闰士职等．基于Ｐ８７Ｃ５９１的机车通风机节能控制系统．国外电子元器件．２００８年第１２期３．李庆，闫士职等．基于Ｐ８７Ｃ５９１单片机的ＣＦ卡接口电路设计．中国电工技术学会电力电子学会会刊．２００８年１０月基于太阳能光伏发电并网系统的研究

作者：

学位授予单位：被引用次数：

闫士职

西南交通大学2次

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