光伏并網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真研究摘要21世紀(jì)以來(lái),隨著清潔能源的不斷推廣使用,不可持續(xù)再生的天然化石利用能源日益遭到枯竭,導(dǎo)致室內(nèi)環(huán)境污染更大,人們將不斷尋找和停止使用清潔的可再生化石能源。太陽(yáng)能電池具有取之不盡、用之不竭、無(wú)任何污染的三大特點(diǎn),受到人們的高度重視。太陽(yáng)能發(fā)電的應(yīng)用和推廣對(duì)全人類也是有益的。因此,研究光伏發(fā)電技術(shù)具有重要意義。光伏組件可以轉(zhuǎn)化為直流太陽(yáng)能發(fā)電裝置,值得進(jìn)一步研究。光伏組件由硅和其他半導(dǎo)體材料制成的光伏電池組成。小型光伏電池可以為微型計(jì)算器提供動(dòng)力,而大型光伏陣列可以為消費(fèi)者甚至電網(wǎng)提供電力。為了真正實(shí)現(xiàn)最高的電機(jī)功率綜合利用率,將電機(jī)采用最小一個(gè)功率點(diǎn)自動(dòng)跟蹤(MPPT)技術(shù)和脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)來(lái)完成光伏并網(wǎng)逆變器陣列的開(kāi)發(fā)。本文將最大功率檢測(cè)點(diǎn)自動(dòng)跟蹤(MPPT)控制技術(shù)部分應(yīng)用于其中DC-DC超高升降降壓逆變電路、DC-AC降壓逆變控制電路、MPPT控制技術(shù)。首先詳細(xì)區(qū)分介紹了舊型DC-DC和新型DC-AC兩種類型拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu),并分別選擇了單橋升壓逆變電路和全新多橋升壓逆變器的單相非直流隔離類型拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu),進(jìn)一步研究了太陽(yáng)能逆變器的控制方法。在Matlab/Simulink中我們仿真了各種太陽(yáng)能光伏逆變器的不同最大電源功率點(diǎn)自動(dòng)跟蹤控制算法，并通過(guò)選擇電導(dǎo)率和增量計(jì)算法技術(shù)作為最大電源功率和節(jié)點(diǎn)自動(dòng)跟蹤的一個(gè)核心控制算法。本文首先介紹了光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的重要性和應(yīng)用發(fā)展以及光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的基本原理,然后介紹了利用逆變器直流/交流技術(shù)設(shè)計(jì)單相太陽(yáng)能逆變電路的方法,并在Simulink仿真模塊中進(jìn)行了驗(yàn)證。最后我們給出了初步結(jié)論和技術(shù)展望,為今后硬件調(diào)試電路的設(shè)計(jì)搭建和軟件調(diào)試應(yīng)用提供了重要理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：逆變器；逆變電路；升壓電路；最大功率點(diǎn)跟蹤；目錄TOC\o"1-3"\h\u1473第1章緒論 374331.1研究背景及意義 3264731.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 462231.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 4213711.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 5324041.3光伏并網(wǎng)逆變器的概述 6217311.3.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成 6171101.3.2光伏并網(wǎng)逆變器的分類 7325841.4課題主要研究?jī)?nèi)容 827711第2章光伏并網(wǎng)逆變器的基本理論 10242902.1光伏并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu) 10146102.2DC-DC升壓電路 11143782.2.1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選 11261402.2.2原理介紹 1176872.3DC-AC逆變電路 1399062.3.1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇 13231372.3.2原理介紹 15310942.4最大功率追蹤概述 17174692.5本章小結(jié) 2210371第3章光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤策略的研究 23142913.1擾動(dòng)觀察法 23306343.2電導(dǎo)增量法 2518494第4章MPPT控制算法基于Matlab的仿真分析 27230144.1MPPT和PWM模塊簡(jiǎn)介 27163054.2電導(dǎo)增量法的波形分析 2838964.3擾動(dòng)觀察法的波形分析 3227226第5章結(jié)語(yǔ) 3822146致謝 3918776參考文獻(xiàn) 4031514附錄A 42緒論研究背景及意義隨著進(jìn)入當(dāng)今世界全球能源經(jīng)濟(jì)高速健康穩(wěn)定發(fā)展,能源已經(jīng)逐漸發(fā)展成為工業(yè)現(xiàn)代化和人類工業(yè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)生產(chǎn)以及農(nóng)業(yè)居民生活不可或缺的組成部分重要經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)動(dòng)力成分。能源問(wèn)題關(guān)乎國(guó)家的民生大計(jì),隨著一次能源的不斷開(kāi)發(fā),能源緊缺已經(jīng)成為我們長(zhǎng)久以來(lái)面臨的難題。能源過(guò)度利用導(dǎo)致的全球變暖,酸雨等現(xiàn)象威脅著人類的生活,研究者一直在尋找替代性能源。如風(fēng)能、太陽(yáng)能、潮汐能,生物質(zhì)能。我國(guó)在"十三五"的布局中明確提出,全面推進(jìn)可再生能源發(fā)電,優(yōu)化資源配置。積極推進(jìn)光伏、陸地和海上風(fēng)力等清潔能源的持續(xù)發(fā)展。我國(guó)的西部以及地中海地區(qū)面積遼闊,有的部分沿海地區(qū)夏季白天光照充足,分布式供熱風(fēng)力電源并網(wǎng)系統(tǒng)用戶可以直接將其組合使用起來(lái)從而形成一個(gè)大型微電網(wǎng)式的供熱電源系統(tǒng),可以為一定溫度區(qū)域內(nèi)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)和負(fù)荷同時(shí)進(jìn)行并網(wǎng)供熱、制冷、提供穩(wěn)定性的電能。太陽(yáng)能作為資源利用分布相對(duì)廣泛,將大量太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成其他電能的一種技術(shù),是一種理想的,高效清潔而且無(wú)污染的發(fā)電技術(shù)。也是最具有研究利用價(jià)值的新能源之一。以前的由于光伏儲(chǔ)能電池的研發(fā)制造工程成本高,利用率低,因此光伏儲(chǔ)能發(fā)電電池只能廣泛應(yīng)用于一些小型的發(fā)電光伏系統(tǒng)或者一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的光伏供電,現(xiàn)在,隨著我國(guó)光伏儲(chǔ)能電池的研發(fā)制造工程成本的不斷降低和光伏能源綜合利用率的不斷提高,再輔之加上我國(guó)特高壓光伏輸電系統(tǒng)技術(shù)的不斷創(chuàng)新突破,光伏電池發(fā)電的廣泛應(yīng)用已經(jīng)得到了極大的推廣普及,在全國(guó)范圍內(nèi)增建了大量的光伏電站。光伏電池也是分布式電源,大部分用于微電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)或是靠近負(fù)荷側(cè),以減少傳輸損耗,具有離網(wǎng)運(yùn)行模式和并網(wǎng)運(yùn)行模式兩種模式。例如:地廣人稀的地區(qū)中的農(nóng)民和牧民用電戶、某些地區(qū)通信鐵塔設(shè)備的用電等。并網(wǎng)模式則是將光伏發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生的電能向電網(wǎng)輸送,這已經(jīng)成為目前人們合理使用太陽(yáng)能的主要方法。太陽(yáng)能光伏綜合發(fā)電成套系統(tǒng)技術(shù)有了質(zhì)的巨大飛躍。發(fā)電站的成本效益在逐年明顯下降,發(fā)電的并網(wǎng)頻率和利用市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)利益也在進(jìn)一步提高,這為大中小規(guī)模投資發(fā)展大型太陽(yáng)能光伏地?zé)岚l(fā)電站的并網(wǎng)利用提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)光伏電池陣列mpptu的技術(shù)應(yīng)用是目前決定光伏系統(tǒng)電池發(fā)電性能效率的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù),受到內(nèi)外界工作環(huán)境和光伏電池組件自身發(fā)電性能因素影響,光伏陣列電池的m-p-u功率曲線通常呈現(xiàn)多峰值的特性REF_Ref13653\r\h[1]。一些采用傳統(tǒng)基于局部采樣處理數(shù)據(jù)的直接的mmppt參數(shù)控制計(jì)算方法,往往因此會(huì)陷入缺乏局部最優(yōu)選擇值而導(dǎo)致失效。群體智能算法為非線性函數(shù)求解極值問(wèn)題提供了新思路,目前已被廣泛運(yùn)用于光伏MPPT控制中REF_Ref13744\r\h[2]。但采用跟蹤式搜索策略的傳統(tǒng)智能算法,在算法后期存在種群聚集現(xiàn)象,導(dǎo)致尋優(yōu)機(jī)制失效、尋優(yōu)精度不高等問(wèn)題。而如何高效的提高遍歷性是群體智能算法作為隨機(jī)搜索算法所面臨的共同問(wèn)題。智能算法廣泛應(yīng)用在光伏電站發(fā)電最大光伏功率點(diǎn)自動(dòng)跟蹤上。已逐漸成為現(xiàn)在醫(yī)學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。例如:FWA于2010年由數(shù)學(xué)TAn和Zhu提出,是一種用于模擬中國(guó)煙花社會(huì)爆炸發(fā)生過(guò)程的新一代群體人工智能算法,主要利用煙花爆炸時(shí)火花位置的隨機(jī)性和發(fā)散性來(lái)達(dá)到區(qū)域搜索的目的。爆炸式搜索行為是FWA獨(dú)有的特點(diǎn),具有很強(qiáng)的探索能力,尋優(yōu)精度高。但也存在一些不足之處,不少學(xué)者提出了很多優(yōu)化煙花算法的辦法。文獻(xiàn)REF_Ref14035\r\h[6]提出一種增強(qiáng)型煙花算法,對(duì)煙花的半徑設(shè)置了動(dòng)態(tài)的上下限,同時(shí)改進(jìn)了子代煙花的選擇策略。文獻(xiàn)REF_Ref14077\r\h[7]和REF_Ref14110\r\h[8]在相關(guān)文獻(xiàn)REF_Ref14035\r\h[6]的研究基礎(chǔ)上分別研究提出了兩種動(dòng)態(tài)高度搜索適應(yīng)煙花檢測(cè)算法和自定義適應(yīng)搜索煙花檢測(cè)算法,兩種煙花算法最優(yōu)化使煙花的最大爆炸功率半徑都可以具有高度自適應(yīng)性,使算法的精度和收斂速度提升。文獻(xiàn)REF_Ref14178\r\h[9]已經(jīng)提出一種具有較強(qiáng)二進(jìn)制反向邏輯學(xué)習(xí)計(jì)算能力的三維煙花反射算法,并將其運(yùn)用于快速求解多維圖形背包中的問(wèn)題。文獻(xiàn)REF_Ref14208\r\h[10]本文提出一種帶有快速引力尋優(yōu)搜索作用算子的快速煙花搜索算法,利用不同粒子間的相互作用可以改善粒子位置上的信息,提升了煙花算法的引力尋優(yōu)搜索速度。目前,如何有效提高計(jì)算尋優(yōu)化的效率和遍歷性依然一直是工業(yè)煙花檢測(cè)算法開(kāi)發(fā)面臨的主要技術(shù)問(wèn)題?，F(xiàn)有煙花算法的研究基礎(chǔ)上提出以下優(yōu)化策略:(1)將自適應(yīng)資源分配策略和群落繼承策略相結(jié)合,煙花根據(jù)所處群落的尋優(yōu)情況調(diào)節(jié)爆炸半徑和火花數(shù)量,使資源的分配更適合個(gè)體的實(shí)際情況,提升種群尋優(yōu)效率。(2)有針對(duì)性的采用tent混沌映射,更高效的提升算法遍歷性。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試函數(shù)的仿真結(jié)果證明了SCFWA性能的提升,并將SCFWA運(yùn)用于光伏最大功率點(diǎn)跟蹤控制中,通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)證明SCFWA比傳統(tǒng)智能算法有更高的尋優(yōu)精度,能有效提高光伏發(fā)電的效率。國(guó)外光伏風(fēng)能發(fā)電設(shè)備產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步比較早,歐美國(guó)家政府早在1997年前后就就提出了"百萬(wàn)屋頂"計(jì)劃,倡導(dǎo)光伏太陽(yáng)能的高效開(kāi)發(fā)和綜合利用。在地方政府的優(yōu)惠政策和社會(huì)資金的大力幫助支持下,美國(guó)和德國(guó)在光伏綜合發(fā)電技術(shù)方面迅速取得發(fā)展,代表出了世界先進(jìn)技術(shù)水平。光伏混合發(fā)電相關(guān)產(chǎn)業(yè)在國(guó)外一直以來(lái)處于迅速繁榮發(fā)展的鼎盛狀態(tài)。2019年年底,烏克蘭的并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)容量已經(jīng)到達(dá)450兆瓦,并且按計(jì)劃2024年年底增加并網(wǎng)太陽(yáng)能容量1.52吉瓦;且容量高達(dá)1吉瓦的光伏風(fēng)能發(fā)電逐漸完成并網(wǎng);國(guó)外最早正在研究光伏風(fēng)能發(fā)電廠的孤島并網(wǎng)模型,在一些偏遠(yuǎn)山區(qū)和海島進(jìn)行光伏發(fā)電,為用戶提供電能,并且采用合適的并網(wǎng)控制策略,能達(dá)到滿足人民需要的電能質(zhì)量。且一些來(lái)自國(guó)際上的知名品牌,例如:德國(guó)的德國(guó)西門(mén)子、英國(guó)的Sony、Bp、美國(guó)的Sony、Sunpower、荷蘭皇家殼牌集團(tuán)等在光伏發(fā)電裝置中做出了巨大的貢獻(xiàn),開(kāi)闊了巨大的市場(chǎng)REF_Ref13744\r\h[2]。國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)與國(guó)外的光伏綜合發(fā)電企業(yè)相比它在我國(guó)起步晚,但是近年來(lái),我國(guó)經(jīng)過(guò)不斷的努力,在光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)方面已經(jīng)躋身到世界前列。光伏電站的設(shè)計(jì),優(yōu)化資源的配置,光伏電站的選址,許多科學(xué)界在投身與這些領(lǐng)域研究。清華大學(xué),浙江大學(xué),上海交通大學(xué)的光伏電站發(fā)電管理系統(tǒng)模擬建模與智能仿真,逆變器并網(wǎng)技術(shù)和孤島檢測(cè)技術(shù),有了很大的突破。許多國(guó)外學(xué)者在最大精度功率點(diǎn)直線跟蹤擾動(dòng)控制策略理論研究中已經(jīng)有較多的研究成果,在一些傳統(tǒng)的電導(dǎo)觀測(cè)增量學(xué)方法以及直線擾動(dòng)控制觀測(cè)增量法的研究基礎(chǔ)上,將一些現(xiàn)代擾動(dòng)控制技術(shù)理論在新學(xué)科以及人工智能算法中的應(yīng)用推廣到最大精度功率點(diǎn)直線跟蹤擾動(dòng)控制策略中。相比之下傳統(tǒng)的最大輸出功率點(diǎn)自動(dòng)跟蹤檢測(cè)技術(shù)使它有了很大的技術(shù)突破。在智能逆變器的智能控制策略上,也有許多研究成果,這些成果使得光伏并網(wǎng)逆變技術(shù)更加成熟,使得并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)波形更好,更能滿足人們的需求。曹瀚天、楊發(fā)友等人針對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器輸出的功率隨外界因素變化,導(dǎo)致最大功率點(diǎn)跟蹤效果不佳,將模糊控制技術(shù)應(yīng)用于光伏發(fā)電的最大功率點(diǎn)跟蹤策略當(dāng)中,使得控制效果更好。王子鵬、鄭麗君將儲(chǔ)能技術(shù)結(jié)合光伏發(fā)電技術(shù),得到光儲(chǔ)互補(bǔ)模型,使得并網(wǎng)點(diǎn)壓更穩(wěn)定,能夠起到削峰填谷的作用,使得供電更加穩(wěn)定。隨著光伏并網(wǎng)發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)的逐步提出和不斷發(fā)展,越來(lái)越多的專家學(xué)者對(duì)其不斷的深入研究,理論的深入研究帶來(lái)社會(huì)資本的大量投入,使得光伏并網(wǎng)發(fā)電的技術(shù)成本越來(lái)越低,光能綜合利用率越來(lái)越高,幾乎所有的發(fā)達(dá)國(guó)家都大力支持和鼓勵(lì)發(fā)展光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè),從而可以達(dá)到有效減小利用化石化工能源的廢氣排放和有效保護(hù)環(huán)境以及減小碳排放的主要目的。光伏并網(wǎng)逆變器的概述光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成光伏風(fēng)能發(fā)電配套系統(tǒng)主要是通過(guò)太陽(yáng)能發(fā)電轉(zhuǎn)化后作為電力滿足現(xiàn)代人類日常生活事業(yè)生產(chǎn)所有必需使用電能的一個(gè)發(fā)電系統(tǒng),光伏風(fēng)能發(fā)電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如下框圖1.1所示。它由光伏電池組件、儲(chǔ)能模塊、逆變模塊,用電設(shè)備,以及光伏控制模塊組成。光伏組件是利用其光伏特性將太陽(yáng)能變?yōu)橹绷麟娦问降哪芰?這種類型的電能不能被直接使用,需轉(zhuǎn)換傳成工頻為50Hz的交流電。光伏控制器兩部分組成,一部分光伏組件的控制模塊,如最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)的控制部分;另一部分是光伏并網(wǎng)逆變器的控制,用來(lái)實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)的策略。蓄電池的用作和光伏輸出電能互補(bǔ),削峰填谷。用電負(fù)荷主要以交流負(fù)載為主。逆變器模塊主要分為兩塊,如電壓型和電流型。其中逆變器是控制環(huán)節(jié)的最重要組成部分,主要是實(shí)現(xiàn)不穩(wěn)定的直流電過(guò)度到穩(wěn)定交流電的過(guò)程,根據(jù)功能的不同分為兩種,并網(wǎng)型和離網(wǎng)型。有電機(jī)主從相互控制和電機(jī)對(duì)等相互控制兩種不同的基本控制策略,光伏并網(wǎng)逆變器設(shè)備并網(wǎng)時(shí),控制策略主要采用pq相互控制,向大規(guī)模電網(wǎng)設(shè)備輸出一定功率值的交流有功和無(wú)功功率;光伏并網(wǎng)逆變電電器設(shè)備離網(wǎng)繼續(xù)工作時(shí),控制策略采用VF控制,向孤島系統(tǒng)輸出恒定的頻率和電壓值;不論光伏逆變器處于離網(wǎng)工作狀態(tài)還是并網(wǎng)工作狀態(tài)時(shí),均可使用下垂(Droop)控制,該控制方法等效為發(fā)電機(jī)的特性。后來(lái)又根據(jù)下垂控制策略提出了虛擬同步發(fā)電機(jī)(VSG)控制特性,更好的滿足并網(wǎng)特性。圖1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)在光伏能源發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)中,太陽(yáng)能光伏發(fā)電組件(例如受惡劣天氣等自然條件因素影響)也會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的再生電能(例如無(wú)法直接將電接入固定用電量的設(shè)備)。因此采用光伏發(fā)電和蓄電池儲(chǔ)能互補(bǔ)是非常有必要的,保證了供電的可靠性。光伏并網(wǎng)逆變器的分類單相單級(jí)結(jié)構(gòu)工頻隔離型單相兩級(jí)結(jié)構(gòu)高頻隔離型單相兩級(jí)結(jié)構(gòu)非隔離型圖1.2光伏逆變器的基本類型本文研究的主要內(nèi)容是分析小功率光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤。分別介紹了光伏逆變器的理論以及光伏逆變器的大致組成部分。重點(diǎn)分析了光伏發(fā)電的MPPT技術(shù)問(wèn)題。對(duì)比分析擾動(dòng)觀測(cè)法和電導(dǎo)增量法下的光伏MPPT跟蹤效果。本文在此應(yīng)用單相兩級(jí)結(jié)構(gòu)非隔離型逆變器于后文的分析中。課題主要研究?jī)?nèi)容太陽(yáng)能項(xiàng)目具有能源儲(chǔ)量無(wú)窮、經(jīng)濟(jì)性和高效性、使用清潔等諸多優(yōu)點(diǎn),世界多地各國(guó)都用它項(xiàng)目來(lái)大量代替我國(guó)傳統(tǒng)的再生能源。隨著現(xiàn)代科學(xué)信息技術(shù)的不斷進(jìn)步,光伏發(fā)電并網(wǎng)智能逆變器的技術(shù)已經(jīng)得到廣大專家學(xué)者的廣泛追捧,生產(chǎn)生活中大部分使用光伏發(fā)電。為了解決目前國(guó)內(nèi)并網(wǎng)控制系統(tǒng)技術(shù)落后,轉(zhuǎn)化利用效率低以及光伏并網(wǎng)控制技術(shù)支持缺乏等突出問(wèn)題,本文對(duì)光伏發(fā)電并網(wǎng)智能逆變器技術(shù)進(jìn)行深入分析學(xué)習(xí),內(nèi)容具體安排摘要如下:第一章主要介紹了光伏發(fā)電并網(wǎng)智能逆變器的技術(shù)研究應(yīng)用意義,國(guó)內(nèi)外光伏發(fā)電并網(wǎng)智能逆變系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用及其發(fā)展,以及光伏系統(tǒng)組成部分,以及詳細(xì)介紹了不同類型種類的智能并網(wǎng)光伏逆變器,以及本文主要研究?jī)?nèi)容。第二章介紹了光伏并網(wǎng)逆變器的基本理論。分別詳細(xì)介紹了光伏發(fā)電并網(wǎng)降壓逆變器的結(jié)構(gòu)組成,主要部分有兩個(gè)Dc-Dc光電升降降壓部分和兩個(gè)Dc-Ac降壓逆變部分,并對(duì)光伏最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)進(jìn)行論述。第三章詳細(xì)介紹了光伏發(fā)電MPPT控制策略。深入學(xué)習(xí)了電導(dǎo)增量法和擾動(dòng)觀測(cè)法,并分別比較它們各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。第四章深入淺出研究光伏發(fā)電并網(wǎng)點(diǎn)在逆變器點(diǎn)的控制策略,并在一個(gè)Matlab/SIMULINK的隨機(jī)仿真模擬環(huán)境中對(duì)不同的點(diǎn)在Mppt中的控制策略算法進(jìn)行隨機(jī)仿真和試運(yùn)行,本文將電導(dǎo)擾動(dòng)增量觀察法和電導(dǎo)擾動(dòng)增量觀察法的功率波形圖算法進(jìn)行隨機(jī)對(duì)比比較分析,選擇一種電導(dǎo)擾動(dòng)增量的方法將其作為最大值的功率控制點(diǎn)也是跟蹤擾動(dòng)控制的一個(gè)核心模擬算法。光伏并網(wǎng)逆變器的基本理論光伏并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)光伏電池并網(wǎng)充電逆變器的充電作用主要是將整個(gè)太陽(yáng)能光伏動(dòng)力電池系統(tǒng)輸出的光伏直流電轉(zhuǎn)換成一種可以提供平時(shí)人們直接充電使用的光伏交流電輸出信號(hào)。其具體工作過(guò)程原理我們可以簡(jiǎn)單地具體描述如下為:一個(gè)太陽(yáng)能光伏燃料電池系統(tǒng)輸出的穩(wěn)定直流電通過(guò)一個(gè)DC-DC交流升電降壓逆變電路進(jìn)行轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的直流電,再通過(guò)一個(gè)DC-AC降壓逆變整流電路進(jìn)行轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定交流電,直接供配電網(wǎng)工作人員使用。如圖2.1所示,給出了本文研究的光伏并網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖。主電路模塊主要由三部分組成:(1)最大輸出功率和節(jié)點(diǎn)自動(dòng)跟蹤(MPPT)。為了有效提高光伏輸出利用率,通過(guò)數(shù)據(jù)尋找并分析跟蹤不同太陽(yáng)能光伏發(fā)電板的最優(yōu)化和輸出利用功率的特點(diǎn),使光伏發(fā)電陣列設(shè)備具有最優(yōu)化的輸出利用功率。(2)DC-DC變換器電路可以對(duì)作用在光伏陣列上的不穩(wěn)定電流進(jìn)行升壓,從而獲得后期所需的穩(wěn)定直流母線電壓。(3)DC-AC交流逆變器的電路主要是將原來(lái)的DC-DC交流變換器電路輸出的直流供電信號(hào)直接進(jìn)行高頻反相,轉(zhuǎn)換后的高頻交流供電信號(hào)以后可直接反相接入城市配電網(wǎng),供給交流負(fù)載[4]。圖2.1光伏并網(wǎng)結(jié)構(gòu)框圖DC-DC升壓電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選DC-DC斬波器是指將給定的直流信號(hào)轉(zhuǎn)換為所需的直流信號(hào)。光伏電池本身輸出的直流電壓信號(hào)是不穩(wěn)定的,經(jīng)常受到光強(qiáng)變化、外部溫度變化等外部條件的干擾。影響光伏組件的輸出電能。經(jīng)過(guò)DC-DC升壓轉(zhuǎn)換,得到穩(wěn)定的直流信號(hào)。圖2.2Boost斬波電路本文選擇的DC-DC類型升波降壓濾波電路及其組成軟件是為一個(gè)Boost所設(shè)斬的濾波升壓電路,如軟件圖2.2所示。原因分析如下:一般來(lái)說(shuō)可以直接用來(lái)進(jìn)行升壓的微波電路主要有Buck-Boost直流斬壓微波升壓電路、Cuk斬波升壓電路和Boost直流斬壓微波升壓電路。在一定儲(chǔ)能條件下,Boost轉(zhuǎn)換電路儲(chǔ)能相對(duì)于一個(gè)Buck-Boost轉(zhuǎn)換電路來(lái)說(shuō),不需要存在兩個(gè)電流線連斷續(xù)續(xù)的問(wèn)題,能夠有效避免過(guò)多較大能量紋波損耗且儲(chǔ)能經(jīng)濟(jì)性良好;相對(duì)于Bcuk斬波轉(zhuǎn)換電路,也不存在需要直接依靠中間兩個(gè)電容進(jìn)行儲(chǔ)能,避免了電路傳遞較大能量過(guò)程不易控制,容易同時(shí)產(chǎn)生較大能量紋波的復(fù)雜問(wèn)題,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。因此,本本主要采用一個(gè)Boost型的斬蕩濾波控制電路REF_Ref14035\r\h[6]。原理介紹(1)開(kāi)關(guān)處于開(kāi)通狀態(tài)等效開(kāi)關(guān)電路如表中圖2.3所示,當(dāng)直流開(kāi)關(guān)輸出處于導(dǎo)線接通電壓狀態(tài)時(shí),電感l(wèi)可以吸收有源能量,直流電源電壓vin給定時(shí)電感l(wèi)所提供有源能量,電容l所釋放出的能量可以維持開(kāi)關(guān)輸出有源電壓。理想工作情況下,開(kāi)關(guān)管q等效于一根開(kāi)關(guān)導(dǎo)線。此種工作情況下高壓電流從敏感電源上的正極輸出流過(guò)來(lái)而電感再負(fù)極流入電容到敏感電源上的負(fù)極,而敏感二極管反向輸出截止,阻止敏感電容向電源地面電壓放出產(chǎn)生電能。且由于電感不斷連續(xù)充能,當(dāng)整個(gè)電感線圈未達(dá)到飽和時(shí),電感線圈中的的有源電流電壓增量常數(shù)為: (2.1) 圖2.3電感吸收能量過(guò)程(2)開(kāi)關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)狀態(tài)圖所示如軟件圖2.4所示,在這個(gè)充電過(guò)程中沒(méi)有電感二極l所釋放出全部能量,由于電感開(kāi)關(guān)二極管不能斷路,電感器所釋放的全部能量電流只能通過(guò)電感二極管給電感輸出端的電容進(jìn)行充電。當(dāng)電感開(kāi)關(guān)二極管電路斷開(kāi)時(shí),由于兩路電感的輸入電流通常不會(huì)發(fā)生突變,電感上的電流變化只能從電感充電工作完畢后的電流值為零開(kāi)始緩慢逐漸減小為0,并且也就是電感只能通過(guò)電感二極管給輸入電容兩端充電,使得輸入電容兩端兼感電壓不斷持續(xù)增加,當(dāng)輸入電容兩端兼感電壓通常大于電路輸入兼容電壓時(shí),升壓過(guò)程結(jié)束。若忽略二極管兩端的電壓變化,則電感上的電流變化量為：

(2.2)在直流電感器的穩(wěn)壓電流連續(xù)放大增加減小模式下,由能量守恒的波函數(shù)摩爾定律進(jìn)行計(jì)算我們可得,其交流傳感穩(wěn)壓電流連續(xù)減小后的增加量大約可以等于其直流傳感穩(wěn)壓電流連續(xù)增大后所減小的增加能量,即,于是我們可以直接結(jié)合式(2.1)、式(2.2)等公式即可得：

(2.3)式中只有D=Ton/ts。若有的D電壓等于0,則具有Vo:Vin=1:1,且由于D的電壓值不一定等于1,所以當(dāng)0≤D<1的電壓變化值在范圍內(nèi)時(shí),則Vo≥Vin,實(shí)現(xiàn)了連續(xù)升壓?？傊?升壓放電過(guò)程的一個(gè)本質(zhì)原理就是升壓電感不斷增加充放電降壓過(guò)程的不斷積累。圖2.4是一種電感開(kāi)關(guān)電流自動(dòng)充放電波電流形圖,當(dāng)電感開(kāi)關(guān)二極管導(dǎo)管接通時(shí),電感自動(dòng)吸收交流能量,完成電流充電充放過(guò)程;當(dāng)電感開(kāi)關(guān)電導(dǎo)管自動(dòng)關(guān)斷時(shí),電感則釋放出大量交流電能,完成電流放電補(bǔ)充過(guò)程。如果輸出電容量能夠滿足一定電流條件,亦即在電容量大于足夠的電流情況下,那么直流輸出輸入端便成為可以在直流放電工作過(guò)程中得到輸出不間斷的最大電流。如果你要持續(xù)這個(gè)通道中斷的所有進(jìn)程,就這樣可以獲取升高的電壓REF_Ref14035\r\h[6]。圖2.4電感電流充放電波形DC-AC逆變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇單相拓?fù)淠孀兤鱀c-Ac在一級(jí)中的拓?fù)淠孀兘Y(jié)構(gòu)主要采用有三種逆變類型:半橋型、全硅半橋型和采用帶兩個(gè)中心軸的抽頭直流變壓器(稱為推力回挽式)的單相逆變集成電路REF_Ref14035\r\h[6]。圖2.5半橋逆變電路圖2.5為新型半橋高壓逆變整流電路工作原理的框圖,由于新型半橋高壓逆變整流電路的進(jìn)入輸出直流電壓只為一般輸入直流輸出電壓的一半,所以如果它的輸出同樣是窄幅值的寬電壓,所以必需的相比輸入直流電壓就可能需要較高的寬幅值。直流側(cè)互相串聯(lián)的兩個(gè)大內(nèi)阻電容側(cè)想要同時(shí)維持均勻電壓,就必須需要兩個(gè)電容特性幾乎完全相同的小電容進(jìn)行分別均壓,然而在各種實(shí)際直流電路中兩個(gè)電容側(cè)的C1、C2特性不能盡可能做到完全相同,在各種實(shí)際直流電路中,需要在兩個(gè)電容側(cè)的C1、C2兩端進(jìn)行并聯(lián)均勻分壓兩個(gè)電阻電容R1、R2,使電容C1、C2兩端的直流電壓盡可能完全相等REF_Ref14077\r\h[7]。（2）推挽式逆變電路推挽式直流逆變轉(zhuǎn)換電路指的是雙端直流逆變轉(zhuǎn)換電路,又可以稱為一種單相帶兩個(gè)中心線的抽頭直流變壓器或是逆變轉(zhuǎn)換電路,其電壓驅(qū)動(dòng)不一定需要任何隔離,變壓器盡管雙端可以磁化,但是對(duì)于開(kāi)關(guān)和導(dǎo)管的電壓應(yīng)力控制應(yīng)該需要做到足夠好,其電壓需要能夠承受2倍的直流逆變電壓,并且同時(shí)開(kāi)關(guān)管由于磁通的不完全平衡使其損耗可能會(huì)比較大,這樣也就會(huì)嚴(yán)重影響逆變電路的電壓轉(zhuǎn)換執(zhí)行效率。（3）全橋逆變電路圖2.6全橋逆變電路圖2.6為全新半橋直流逆變變壓電路整體原理結(jié)構(gòu)圖,全新半橋直流逆變變壓電路結(jié)構(gòu)相對(duì)于普通半橋直流逆變變壓電路不僅僅需要較高的有效輸入輸出電壓,其中的開(kāi)關(guān)變壓管件所承受到的應(yīng)力面積相對(duì)于半橋推挽式小,變壓器件的體積也小,成本低,并且還需要能夠通過(guò)控制輸出電壓脈沖信號(hào)寬度的不斷變化,得到所有必需的交流電信號(hào)的有效輸出值。綜上所述,本文對(duì)于Dc-Ac中的逆變電路設(shè)計(jì)采取全新三橋直流逆變器該電路的總體結(jié)構(gòu)REF_Ref14110\r\h[8]。原理介紹圖2.7是全型半橋直流逆變開(kāi)關(guān)電路工作原理結(jié)構(gòu)圖,下面簡(jiǎn)要介紹全型半橋直流逆變開(kāi)關(guān)電路的基本工作結(jié)構(gòu)原理。橋臂1和橋臂4是頭的一組,橋臂2和3是主指令組的一組,負(fù)載頭連接在頭和橋臂的兩個(gè)連接點(diǎn)之間。圖2.7為全新三橋高壓逆變整流電路最大輸出電流波形圖,當(dāng)電流驅(qū)動(dòng)逆變電路將一個(gè)功率控制開(kāi)關(guān)整流管1與一個(gè)功率控制開(kāi)關(guān)整流管4同時(shí)導(dǎo)電接通時(shí),電流源的方向方程是:Ud正端→V1→l→U0→V4→Ud回到負(fù)端,由于一個(gè)功率控制開(kāi)關(guān)整流管2和一個(gè)功率控制開(kāi)關(guān)整流管3不導(dǎo)電接通,輸出最大電壓V和U0值分別是V和Ud,在功率開(kāi)關(guān)整流管中的漏極和源級(jí)兩端最大輸出電壓就是V而輸入最大電壓值是UdREF_Ref14035\r\h[6]。圖2.7全橋逆變電路輸出波形由于直流電感器的電流不能發(fā)生突變,要始終保持原來(lái)的導(dǎo)通方向,當(dāng)直流控制電路將柵極v1、v4關(guān)斷之后,二極管上的vd2和柵極vd3會(huì)導(dǎo)向接通,能量則經(jīng)過(guò)此導(dǎo)通路徑后返回到直流電感母線上。當(dāng)舊的功率控制開(kāi)關(guān)連接管1和新的功率控制開(kāi)關(guān)連接管4截止時(shí),在一定的截止死區(qū)域和時(shí)間內(nèi)原有v2和新的v3也在正常截止工作狀態(tài),這時(shí)四個(gè)新的功率控制開(kāi)關(guān)連接管都必須處在正常截止工作狀態(tài)。故在此期間,由進(jìn)入輸出穩(wěn)壓電感器和l感器提供電流能量至進(jìn)入輸出穩(wěn)壓負(fù)載和進(jìn)入輸出穩(wěn)壓電容器中。當(dāng)v1、v4與通時(shí)v2、v3處于電流截止的期間時(shí)當(dāng)結(jié)束之后,緊接著剩下來(lái)的就是如果v2、v3導(dǎo)通,則這個(gè)電流表的方向圖就是它在ud中的負(fù)端→v2→l→uo→v3→ud正端,由于它的功率控制開(kāi)關(guān)連接管1和2與功率控制開(kāi)關(guān)連接管4不導(dǎo)電接通,輸出最大電壓值在u0值中的是-ud,在功率開(kāi)關(guān)連接管中的漏極和源級(jí)兩端最大輸出電壓也是,而輸入最大電壓的是UdREF_Ref14178\r\h[9];由于直流電感輸入電流不能發(fā)生突變,要始終保持原來(lái)的導(dǎo)通方向,當(dāng)直流控制電路將柵極V2、V3關(guān)斷之后,這樣二極管上的Vd1和柵極Vd4會(huì)導(dǎo)向接通,能量則經(jīng)過(guò)此導(dǎo)通路徑后返回到直流電感輸入電源線上。當(dāng)四個(gè)功率控制開(kāi)關(guān)管V2和V3截止時(shí),在一個(gè)死區(qū)間的時(shí)間內(nèi)接管V1和V4也在一個(gè)截止工作狀態(tài),這時(shí)四個(gè)新的功率控制開(kāi)關(guān)連接管都同時(shí)處在一個(gè)截止工作狀態(tài)。故在此期間,由進(jìn)入輸出穩(wěn)壓電感器的可以提供輸出能量至進(jìn)入輸出穩(wěn)壓負(fù)載和進(jìn)入輸出穩(wěn)壓電容器中REF_Ref14077\r\h[7]。當(dāng)兩個(gè)功率交流開(kāi)關(guān)二極管1、功率交流開(kāi)關(guān)二極管4或兩個(gè)功率交流開(kāi)關(guān)二極管2、功率直流開(kāi)關(guān)二極管3導(dǎo)線接通時(shí),直流側(cè)電路通過(guò)高壓電感向直流負(fù)載電路提供直流能量;而不是當(dāng)電感二極管上的Vd2、Vd3或柵極Vd1、Vd4導(dǎo)線接通時(shí),電感側(cè)的電流為直流向另一側(cè)。將Uo經(jīng)過(guò)傅里葉變換為: (2.4)基波的幅值，基波的有效值為。要將高頻逆變并網(wǎng)電路輸出產(chǎn)生的方波信號(hào)轉(zhuǎn)換器變?yōu)楦哳l并網(wǎng)電路輸出的正交余弦波或交流高壓電信號(hào),則我們應(yīng)該將其接入高頻濾波器,從而有效濾除方波信號(hào)中的高頻信號(hào)部分,并濾除部分輸出的交流電信號(hào)中的高次諧波使其能合理使用。通過(guò)低通濾波器,使通過(guò)逆變開(kāi)關(guān)電路的進(jìn)入輸出截止頻率達(dá)到f<<fo(低通濾波器截止頻率),且這樣有利于逆變開(kāi)關(guān)電路的f<<fk(最低次低通諧波截止頻率),從而可以使得通過(guò)逆變開(kāi)關(guān)電路進(jìn)入輸出具有理想的交流電信號(hào)[10]。最大功率追蹤概述一般光伏電源陣列電能對(duì)應(yīng)于太陽(yáng)能-光伏電能的綜合轉(zhuǎn)換率很低(9%~17%),所以要使光伏太陽(yáng)能的綜合利用率盡可能地高,則將最大光伏功率點(diǎn)數(shù)的跟蹤管理策略及其應(yīng)用引入到光伏發(fā)電陣列中來(lái)也是非常關(guān)鍵的,在光伏綜合發(fā)電管理系統(tǒng)中便一定能有效使得光伏能量以最大化的功率向任何外界方式傳輸。光伏發(fā)電陣列的內(nèi)部輸出輸入功率與外部電源負(fù)載和它的外界工作環(huán)境條件有關(guān),是一個(gè)非線性功率函數(shù)。收到不同環(huán)境光照強(qiáng)度條件和不同環(huán)境溫度下的作用時(shí),輸出端的功率便率也會(huì)隨之產(chǎn)生較大變化。圖2.9為一定電壓外界工作環(huán)境下的光伏電力陣列電源輸出特性計(jì)算曲線,從如上圖中我們可以明顯看出當(dāng)一定外界工作環(huán)境一定時(shí),光伏電源陣列雖然可以同時(shí)工作在不同的電源工作點(diǎn)下,但只有在某額定工作電壓下的條件下,光伏電源陣列才能具有最優(yōu)的電源輸出工作功率。此時(shí)光伏發(fā)電陣列的每個(gè)工作點(diǎn)位置便是最優(yōu)的功率工作點(diǎn),也被人們稱為最大的高功率工作點(diǎn)(maximumpowerpoint,MPP)。因此我們需要在一定的光電外界條件環(huán)境下通過(guò)手動(dòng)調(diào)整光伏系統(tǒng)陣列的最大工作點(diǎn)功率來(lái)自動(dòng)調(diào)整光伏系統(tǒng)陣列的最大輸出輸入功率,使光伏系統(tǒng)陣列信號(hào)能夠以最大輸出功率進(jìn)行輸出,便是最大輸出功率點(diǎn)自動(dòng)跟蹤REF_Ref15138\r\h[11]。圖2.8光伏陣列輸出特性曲線光伏風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)陣列的主要功能將大量使用太陽(yáng)能板的光電功率轉(zhuǎn)換功能轉(zhuǎn)變成成為其他應(yīng)用電能的一個(gè)根本原因主要上還是由于它的光生伏特效應(yīng),如發(fā)電陣列結(jié)構(gòu)圖2.9所示,光伏發(fā)電陣列不太可能直接吸收光而只是可以直接產(chǎn)生大量無(wú)線電微波信號(hào)。其實(shí)際工作作用原理與燈管發(fā)光光電二極管相似:但是當(dāng)燈管發(fā)射出的太陽(yáng)光直接向外照射到光伏太陽(yáng)電池電子陣列時(shí),半導(dǎo)體內(nèi)部的反共價(jià)電子鍵團(tuán)所反應(yīng)的電子耦合鍵團(tuán)就會(huì)直接吸收更多余的光能從而直接脫離共價(jià)鍵反電子耦合鍵的吸收電能量所束縛,由于吸收光能量的濃度差,經(jīng)過(guò)兩個(gè)共價(jià)擴(kuò)散子的相互運(yùn)動(dòng)后就自然形成了反共價(jià)鍵的電子-空穴對(duì),于是在兩個(gè)pppn共價(jià)電子耦合結(jié)構(gòu)的電極兩端之間就會(huì)形成電動(dòng)勢(shì),當(dāng)沒(méi)有任何外接電源供電器的負(fù)載時(shí),就幾乎可以說(shuō)沒(méi)有更多余的電能可以進(jìn)行直接輸出REF_Ref15197\r\h[12]。圖2.9光伏陣列工作原理圖根據(jù)光伏陣列的工作原理,可得出光伏電池的等效電路REF_Ref15269\r\h[13],如圖2.10所示。二極管上的I及D分別表示一個(gè)整流環(huán)的Ipn光伏驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)陣列驅(qū)動(dòng)電池內(nèi)部輸出的直流光伏能源電流,并聯(lián)D和Rsh，在串聯(lián)Rs。Rsh和其中間的Rs為光伏電源陣列驅(qū)動(dòng)電池內(nèi)部等效并聯(lián)電阻和三相雙向并聯(lián)光伏整流器的串聯(lián)電阻。Iph的電流數(shù)值及其大小主要就是受光伏電源系統(tǒng)電流陣列所含的存在于各處的一些電和外部環(huán)境中因素例如光和電的外部光照強(qiáng)度、溫度等的一些因素直接影響,所以光伏電源系統(tǒng)電流陣列中的電源進(jìn)入輸出的電壓輸入光源電壓電流密度數(shù)值Upv和電源輸出電流密度數(shù)值Ipv也與一些電的外部環(huán)境中因素例如光和電的外部光照強(qiáng)度、溫度等一些因素密切有關(guān)。圖2.10光伏電池等效電路圖最大功率匹配原理圖2.11最大功率匹配的原理圖對(duì)于這個(gè)線性電路，負(fù)載上的功率為。 (2.5)由式(2.5)中的公式表示可知:對(duì)于一個(gè)等效射頻線性電路來(lái)說(shuō),在很小的射頻濾波持續(xù)時(shí)間和很長(zhǎng)度濾波間隔里,可以把光伏傳統(tǒng)系列的陣列等效射頻線性電路和光伏系列DC-DC系列等效線性電路一起用來(lái)看作其實(shí)際上是兩個(gè)等效線性電路。這樣,可以把光伏負(fù)載電源直流陣列的圖可以把它看成一定的光伏負(fù)載直流電源,DC-DC直流電源變換器的內(nèi)部電路圖也可以把它看成外部的電阻性大的光伏負(fù)載[13]。調(diào)節(jié)好的DC-DC直流變換器主電路的等效外部電阻即為自動(dòng)調(diào)節(jié)光伏系統(tǒng)陣列每一直流電源的外部動(dòng)態(tài)負(fù)載,只要能夠使之在不同的動(dòng)態(tài)外界電源環(huán)境下始終保持等于整個(gè)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)陣列的內(nèi)部電阻,兩者間的動(dòng)態(tài)外部負(fù)載一直保持匹配就好了可以在調(diào)節(jié)DC-DC直流變換器的電源輸入側(cè)自動(dòng)獲得光伏系統(tǒng)陣列最大電源輸出輸入功率,實(shí)現(xiàn)整個(gè)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)陣列的最大輸出功率點(diǎn)自動(dòng)跟蹤REF_Ref15357\r\h[14]。所以當(dāng)光伏電池陣列處于空載時(shí),其主要工作點(diǎn)只能接受電源溫度、光照等各種因素的直接影響。當(dāng)光伏電源陣列在一定條件環(huán)境下(無(wú)論光照和外界溫度等各種外界條件環(huán)境不變)能夠帶動(dòng)負(fù)載電流供電時(shí),其實(shí)際工作點(diǎn)則由光伏負(fù)載電流限定。圖2.12一定溫度和光照強(qiáng)度下的I-U曲線圖2.12為光伏系統(tǒng)陣列在一定工作溫度和不同光照強(qiáng)度下的一個(gè)I-U轉(zhuǎn)換曲線,其中兩條直線上的A代表最大負(fù)載功率線,用線和虛線形式表示的兩個(gè)曲線中M代表最大負(fù)載功率部分為等Pm的點(diǎn)和Pm的等效大功率曲線。若電源負(fù)載功率不可能改變而連續(xù)運(yùn)行在一個(gè)A級(jí)節(jié)點(diǎn),由陣列圖2.12可知,它并不是沒(méi)有完全工作在最大供電功率點(diǎn)大于M處,此時(shí)電源負(fù)載和光伏系統(tǒng)陣列就已經(jīng)處于完全失配工作狀態(tài),光伏系統(tǒng)陣列所驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的剩余電能就沒(méi)有被得到充分利用。所以只需要同時(shí)使得電源負(fù)載和曲線同時(shí)運(yùn)行在一個(gè)m點(diǎn)曲線處,則只需要同時(shí)改變一個(gè)I-U和V曲線的最大斜向功率即可只需要同時(shí)改變電源負(fù)載的斜率值,下面我們介紹如何利用一個(gè)Boost模式變換器可以改變光伏電源陣列的外部電源負(fù)載的斜率值,來(lái)快速實(shí)現(xiàn)最大光伏功率點(diǎn)數(shù)的跟蹤REF_Ref15396\r\h[15]。Boost變換器MPPT原理圖2.13Boost阻抗變換圖2.13為一個(gè)Boost輸入阻抗電壓變換的等效示意圖,Boost的一個(gè)輸入輸出電壓和它的輸出輸入電壓的功率關(guān)系公式為(其中是它的輸入輸出電壓,為不是輸出輸入電壓),又由于阻抗變換前后端的功率系數(shù)相等,所以,由此我們可以直接求得等效圖的電阻系數(shù)為: （2.6）可以通過(guò)改變一個(gè)Boost光伏電路的輸入電阻性的大小,即光伏電源陣列的外部的電阻性大于負(fù)載。由式（2.6）計(jì)算原理得當(dāng)外部電源負(fù)載電阻等于光伏電源陣列的一個(gè)等效內(nèi)部電阻時(shí),光伏電源陣列系統(tǒng)對(duì)外部的輸出輸入功率最大,系統(tǒng)控制工作點(diǎn)由中間a或b點(diǎn)垂直移動(dòng)到與Pm等輸出功率的中間M點(diǎn),達(dá)到與Pm相互控制的工作目的。Mppt的工作實(shí)質(zhì)就是不斷通過(guò)改DC-DC改變升降降壓光伏電路中的開(kāi)關(guān)二極管的最大占用凈空比D,從而不斷改變升壓電路中的負(fù)載,使升壓電路能夠工作在光伏發(fā)電陣列的最大輸出功率范圍點(diǎn)REF_Ref15468\r\h[16]。本章小結(jié)本章主要重點(diǎn)介紹了光伏升電并網(wǎng)降壓逆變器的基本技術(shù)理論,確定了本文主要重點(diǎn)研究技術(shù)內(nèi)容,即采用DC-DC光伏升電降壓逆變電路、DC-AC光伏逆變升壓電路、最大光伏功率點(diǎn)自動(dòng)跟蹤器等技術(shù)。首先在關(guān)DC-DC、DC-AC的等效拓?fù)湓O(shè)計(jì)方面對(duì)我進(jìn)行了詳細(xì)的拓?fù)湓碓O(shè)計(jì)介紹以及多種等效拓?fù)浣鉀Q方案的設(shè)計(jì)對(duì)比,選擇了后者前級(jí)為半橋Boost等效升降降壓變換電路,后者前級(jí)為全新半橋等效逆變升壓電路的兩級(jí)非交流隔離式的拓?fù)湓O(shè)計(jì)方案;其次在最大輸出功率點(diǎn)電源跟蹤設(shè)計(jì)研究算法方面,從光伏發(fā)電陣列的光源產(chǎn)生伏特效應(yīng)可以引出等效逆變電路,在等效逆變電路的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上可以進(jìn)行等效電路設(shè)計(jì)分析,利用新的Boost升壓變換器可以改變電路占空比從而實(shí)現(xiàn)改變外部電源負(fù)載的多種方法可以跟蹤最大輸出功率的特點(diǎn)。光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤策略的研究為了大大提高發(fā)電系統(tǒng)中的能量自動(dòng)轉(zhuǎn)換率,并且能充分利用傳統(tǒng)太陽(yáng)能,因此我們引入光伏MPPT技術(shù)。目前常用MPPT電壓控制測(cè)量技術(shù)主要大致分為以下兩類,即非自測(cè)與尋優(yōu)測(cè)量方法及其他自尋優(yōu)測(cè)量方法,其中非自測(cè)與尋優(yōu)測(cè)量方法中常用的主要是一種恒定交流電壓測(cè)量控制法,自測(cè)與尋優(yōu)測(cè)量方法中常用的主要有兩種測(cè)量方法,分別分為是電導(dǎo)擾動(dòng)增量觀察法與電磁擾動(dòng)增量觀察法。下面將分情況分別分析各種方法REF_Ref15563\r\h[17]:擾動(dòng)觀察法擾動(dòng)電壓觀察法（PerturbationandObservation）它在原理上就是供電系統(tǒng)在某特定的重要時(shí)刻將光伏電池陣列進(jìn)入輸出端的電壓波動(dòng)提高或者電流降低,并將其作為參考電壓,通過(guò)觀察光伏陣列輸出變化結(jié)果來(lái)判斷是否提升或者降低參考電壓,直到輸出功率為最大輸出功率,并達(dá)到動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。由于此過(guò)程類似于"干擾"之后觀察,所以稱為擾動(dòng)觀察法REF_Ref15197\r\h[12]。圖3.1擾動(dòng)觀察法尋優(yōu)過(guò)程如下是圖3.1中的增加a階段過(guò)程,如果需要繼續(xù)如此增加反復(fù)直到發(fā)現(xiàn)輸出輸入功率增大減小如此即即為b階段過(guò)程,此時(shí)就即為需要繼續(xù)減小一個(gè)參考輸出電壓即為增加d階段過(guò)程,當(dāng)此時(shí)發(fā)現(xiàn)一個(gè)輸出輸入功率增大變小后,此時(shí)為增加c階段過(guò)程,則時(shí)就需要繼續(xù)增大一個(gè)參考輸出電壓如此即即為a前程過(guò)程,如此增加反復(fù),直到發(fā)現(xiàn)輸出輸入功率減小為最優(yōu)值,最后才能達(dá)到輸出動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。圖3.2擾動(dòng)觀察法流程框圖圖3.2為電磁擾動(dòng)強(qiáng)度觀察法的工作流程示意圖。首先,該檢測(cè)方法首先需要準(zhǔn)確測(cè)得現(xiàn)在光伏燃料電池的驅(qū)動(dòng)電流和光伏電壓,并與上一特定時(shí)刻的電壓采樣幅度值之差進(jìn)行測(cè)量對(duì)比,計(jì)算光伏電流擾動(dòng)變化幅度δi,電壓擾動(dòng)變化幅度δv,以及光伏功率擾動(dòng)變化幅度δp,再按照流程圖3-2中光伏擾動(dòng)判定觀察法的工作流程圖要求進(jìn)行擾動(dòng)判定。完成陣列邏輯數(shù)據(jù)分析后,占空比值為d的最大值可能會(huì)發(fā)生改變,導(dǎo)致光伏系統(tǒng)陣列中的工作點(diǎn)發(fā)生變化。擾動(dòng)觀察法工作點(diǎn)位置判斷公式如式(3.1)所示REF_Ref15716\r\h[18]。 （3.1）擾動(dòng)觀測(cè)法的優(yōu)點(diǎn)是:理論容易,便于工作點(diǎn)位置的變化;擾動(dòng)觀測(cè)法的缺點(diǎn)是:會(huì)工作在最大功率點(diǎn)附近,不斷尋優(yōu)的過(guò)程會(huì)導(dǎo)致工作點(diǎn)的不斷變化,會(huì)損耗部分功率;跟蹤步長(zhǎng)的設(shè)置難以判斷,時(shí)間間隔過(guò)大會(huì)影響跟蹤精度,時(shí)間間隔過(guò)小會(huì)影響工作時(shí)的響應(yīng)速度REF_Ref15818\r\h[19]。電導(dǎo)增量法電導(dǎo)增量法（IncrementalConductanceAlgorithm）是最大輸出功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)技術(shù)研究中的重要方法,是通過(guò)測(cè)量影響光伏發(fā)電陣列的最大輸出輸入電壓從而精確找出陣列輸出最大功率的最優(yōu)值。當(dāng)按下輸出穩(wěn)壓電流的大小變化的數(shù)量大小比上輸出電壓的大小變化的數(shù)量大大等于當(dāng)前特定時(shí)刻輸出電流比與上電壓的負(fù)正比值時(shí),光伏燃料電池組所輸出的光伏功率即為最優(yōu)值。由于光伏太陽(yáng)電池曲線陣列中在一個(gè)P-V一階曲線通常認(rèn)為是一階連續(xù)可導(dǎo)的因此,對(duì)一階曲線定義求全導(dǎo)性質(zhì)的函數(shù),可得: (3.2)兩邊同時(shí)除以dU，可得 (3.3)令dP/dU=0，可得 (3.4)電導(dǎo)增量值算法的基本原理就是通過(guò)比較一個(gè)輸出電導(dǎo)的電流變化的數(shù)量和瞬時(shí)電導(dǎo)增量值的變化大小并從來(lái)幫助判斷為何給定一個(gè)參考的電流隨其變化的運(yùn)動(dòng)方向,直到我們滿足上式(3.4)即為輸出功率的最優(yōu)值。電導(dǎo)增量法流程圖見(jiàn)圖3.4。圖中,時(shí)間為k時(shí)的電壓值為V(k)、時(shí)間為k時(shí)的電流為I(k)。先確定dV值與0是否相等。若V不變化,dI=0,則已經(jīng)尋得輸出功率最優(yōu)值,無(wú)需進(jìn)行其他操作;則要依據(jù)電流變化量的正負(fù)值改變V的值。若電壓變化量不為0,則依據(jù)圖3.4改變V的值REF_Ref16020\r\h[20]。圖3.4電導(dǎo)增量法流程框圖 （3.5）擾動(dòng)觀察法工作點(diǎn)位置判斷公式如式(3.5)所示,這樣便可以根據(jù)變量之間的關(guān)系調(diào)整V的大小,從而使得輸出功率達(dá)到最優(yōu)值。電導(dǎo)量子增量的算法的主要優(yōu)點(diǎn)之處是:測(cè)量誤判準(zhǔn)確率低,跟蹤測(cè)量精度高;但其缺點(diǎn)之處是:由于硬件設(shè)計(jì)要求高,算法技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜所以本文主要采用電導(dǎo)量子增量的算法技術(shù)進(jìn)行了對(duì)Mppt值的控制REF_Ref16050\n\h[21]。MPPT控制算法基于Matlab的仿真分析MPPT和PWM模塊簡(jiǎn)介擾動(dòng)觀察法MPPT模塊擾動(dòng)觀察法需要采集系統(tǒng)的電壓和電流，分別用1和2端口表示，擾動(dòng)步長(zhǎng)分別取0.001和0.01來(lái)比較步長(zhǎng)的選取對(duì)擾動(dòng)法的影響及重要性，擾動(dòng)觀察算法模塊如圖4.1所示。圖4.1擾動(dòng)觀察法MPPT模塊電導(dǎo)增量法MPPT模塊電導(dǎo)增量法也需要采集系統(tǒng)電壓電流，分別用1和2端口表示，擾動(dòng)步長(zhǎng)取0.001，Vb和Ib為記憶模塊，分別表示上一時(shí)刻電壓電流，然后計(jì)算其差值，計(jì)算電導(dǎo)和增量電導(dǎo)，電導(dǎo)增量算法模塊如圖4.2所示。圖4-2電導(dǎo)增量法MPPT模塊在該模塊中可控的正弦調(diào)制信號(hào)從MPPT模塊得到，并輸入到PWM模塊與三角載波進(jìn)行比較，然后得到6路PWM控制信號(hào)[22]。圖4.3PWM模塊電導(dǎo)增量法的波形分析當(dāng)溫度25℃，光照強(qiáng)度為1000W/m2時(shí)，圖4.4-圖4.6為MPPT控制采用電導(dǎo)增量法時(shí)輸出光伏特性曲線。圖4.4為光伏輸出的U-I曲線，圖4.5光伏輸出的P-U特性曲線。當(dāng)光伏電池輸出電流達(dá)到5A時(shí)，光伏電壓輸出為0V；當(dāng)光伏電池輸出電壓達(dá)到36V時(shí)，光伏電壓輸出最大功率為170w。圖4.4光伏輸出的U-I特性曲線圖4.5光伏輸出的P-U特性曲線如圖4.6所示為光伏輸出電壓曲線，圖4.7光伏輸出電流曲線，圖4.8光伏輸出功率曲線。從圖4.6-4.8中可以看出光伏輸出在0.06s時(shí)達(dá)到穩(wěn)定，電壓穩(wěn)定值為8V，電流穩(wěn)定值為17A，功率的穩(wěn)定值為136w。圖4.6條件不變時(shí)光伏輸出電流曲線圖4.7條件不變時(shí)光伏輸出電壓曲線圖4.8條件不變時(shí)光伏輸出功率曲線當(dāng)溫度25℃，光照強(qiáng)度按600W/m2，0.2s時(shí)800W/m2，0.4s時(shí)1000W/m2依次變化，如圖4.9所示為條件變化時(shí)光伏輸出電流曲線。圖4.9條件變化時(shí)光伏輸出電流曲線圖4.10條件變化時(shí)光伏輸出電壓曲線，圖4.11條件變化時(shí)光伏輸出功率曲線。圖4.10條件變化時(shí)光伏輸出電壓曲線圖4.11條件變化時(shí)光伏輸出功率曲線通過(guò)仿真得到其輸出功率特性曲線，如圖4.11所示。從圖可看出，系統(tǒng)大約0.05s跟蹤到最大功率，當(dāng)外部條件變化時(shí)，光伏電池的MPPT控制模塊能快速跟蹤到最大功率點(diǎn)處，但是功率波動(dòng)在80~140W之間，波動(dòng)60W左右。應(yīng)用遞推最小二乘法對(duì)在局部遮陰情況下的P-V特性曲線進(jìn)行實(shí)時(shí)濾波預(yù)處理。擾動(dòng)觀察法的波形分析當(dāng)溫度25℃，光照強(qiáng)度為1000W/m2時(shí)，圖4.12-圖4.14為MPPT控制采用擾動(dòng)觀察法時(shí)輸出光伏特性曲線。圖4.12為光伏輸出的U-I曲線，圖4.13光伏輸出的P-U特性曲線。當(dāng)光伏電池輸出電流達(dá)到9A時(shí)，光伏電壓輸出為0V；當(dāng)光伏電池輸出電壓達(dá)到18V時(shí)，光伏電壓輸出最大功率為140w。圖4.12光伏輸出的U-I特性曲線圖4.13光伏輸出的P-U特性曲線如圖4.14所示為光伏輸出電壓曲線，圖4.15光伏輸出電流曲線，圖4.16光伏輸出功率曲線。從圖4.14-4.16中可以看出光伏輸出在0.06s時(shí)達(dá)到最大值，電壓值約為8V，電流約為18A，功率的穩(wěn)定值為140w。4.14條件不變時(shí)光伏輸出電流曲線圖4.15條件不變時(shí)光伏輸出電壓曲線圖4.16條件不變時(shí)光伏輸出功率曲線圖4.17條件變化時(shí)光伏輸出電流曲線圖4.18條件變化時(shí)光伏輸出電點(diǎn)壓曲線圖4.17條件變化時(shí)光伏輸出功率曲線當(dāng)溫度25℃，光照強(qiáng)度按600W/m2，0.2s時(shí)800W/m2，0.4s時(shí)1000W/m2依次變化，如圖4.17所示為條件變化時(shí)光伏輸出電流曲線，如圖4.18所示為條件變化時(shí)光伏輸出電壓曲線。通過(guò)仿真得到其輸出功率特性曲線，如圖4.19所示。從圖可看出，系統(tǒng)大約0.02s跟蹤到最大功率，當(dāng)外部條件變化時(shí)，光伏電池的MPPT控制模塊能快速跟蹤到最大功率點(diǎn)處，但是功率波動(dòng)在80~140W之間，波動(dòng)60W左右。對(duì)比MPPT控制方法采用電導(dǎo)增量法和擾動(dòng)觀察法時(shí)，可知兩種方法均能跟蹤到最大功率點(diǎn)，但是采用電導(dǎo)增量法時(shí)，得到的光伏輸出波形更為穩(wěn)定，明顯控制效果更佳，魯棒性較好。結(jié)語(yǔ)本文在光伏逆變并網(wǎng)技術(shù)中，選擇光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)展開(kāi)研究。簡(jiǎn)單介紹了光伏并網(wǎng)逆變技術(shù)的基本理論詳解介紹了光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤控制策略。介紹電導(dǎo)增量法和擾動(dòng)觀察法，對(duì)比分析他們的優(yōu)缺點(diǎn)，并進(jìn)行Simulink仿真實(shí)驗(yàn)分析。下面詳細(xì)介紹本文取得的主要成果：本文對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器進(jìn)行概述，主要是它的組成