單級式單相太陽能光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)設(shè)計研究

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1、單級式單相太陽能光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)設(shè)計研究　　摘要轉(zhuǎn)換效率是太陽能光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)問題。當(dāng)前，多級式變換的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)多被系統(tǒng)采用，盡管其結(jié)構(gòu)控制較為簡單，但由于變換級數(shù)的增加，難于提高該結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換效率。因此，擁有高效低功耗、高可靠性、電路簡單等諸多優(yōu)點的單級式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)越來越成為太陽能光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)設(shè)計的第一選擇。隨著現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)以及電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，克服系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)帶來的控制難題成為可能。關(guān)鍵詞太陽能；光伏；單級式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；并網(wǎng)逆變系統(tǒng)；濾波中圖分類號：TM615文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671-7597（2013）24-0015-025近年來，

2、為緩解常規(guī)能源消耗和能源結(jié)構(gòu)不合理等問題，太陽能光伏發(fā)電作為新能源核心產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，且逐漸以供應(yīng)分布式能源的主體為目標(biāo)。并網(wǎng)系統(tǒng)與獨立系統(tǒng)是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的兩種主要方式，而并網(wǎng)系統(tǒng)主要被作為分布式或者集中式的太陽能發(fā)電站來應(yīng)用。光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲能設(shè)備使用的是蓄電池，并不與電網(wǎng)直接連接，白天儲存其太陽能電池需要輸出的電能，而夜晚向供電負(fù)荷直接提供電力。本文就單級式單向太陽能光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)進(jìn)行分析討論。因單級式太陽能光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)在控制時既要對并網(wǎng)電流的相位和幅值進(jìn)行控制，且還要對太陽能電池最大功率點進(jìn)行跟蹤，因此，提高系統(tǒng)工作安全性和穩(wěn)定性及整個系統(tǒng)的工作效率，

3、是目前太陽能光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中主要面對的問題。另外，由于控制系統(tǒng)相對復(fù)雜實際應(yīng)用中較少采用該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。但與多級式系統(tǒng)相比，單級式系統(tǒng)工作效率要高許多，而工作效率是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中極其關(guān)鍵的。隨著現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)以及電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，克服系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)帶來的控制難題也成為可能。1設(shè)計MPPT控制方案5日照溫度和強(qiáng)度會對光伏陣列的開路電壓和短路電流造成影響，如帶來系統(tǒng)效率降低等問題。為了對太陽能進(jìn)行充分利用，MPPT方式必須應(yīng)用于并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中，以便于在任何環(huán)境下，光伏陣列能夠得到最大功率輸出。雖然有諸多光伏陣列的最大功率跟蹤方法，但現(xiàn)階段應(yīng)用較多的有：模糊控

4、制法、間歇掃描法、電導(dǎo)增量法、擾動觀測法、恒定電壓法等。方法各有千秋，具體應(yīng)用時要根據(jù)系統(tǒng)所處環(huán)境進(jìn)行選擇。最大功率點的跟蹤采用變步長擾動觀測法，這時，系統(tǒng)先對光伏陣列所輸出的電流和電壓進(jìn)行采樣，并對電網(wǎng)周期內(nèi)電流電壓的平均值分別進(jìn)行計算，光伏陣列平均輸出功率的計算用兩者平均值的乘積，之后對比上一時刻輸出功率。如果相比于上一時刻功率，當(dāng)前時刻功率較小，說明跟蹤方向此時已經(jīng)與最大功率點發(fā)生偏離，給定電壓需要按照與原來給定電壓變化法相反的方向去改變；如果相比上一時刻功率當(dāng)前時刻功率較大，這說明跟蹤方向是正確的，且應(yīng)繼續(xù)維持該電壓變化方向。若原本已增加給定電壓，可繼續(xù)增加，

5、若是減少給定電壓，應(yīng)繼續(xù)減少。2并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計2.1直流電壓的控制控制直流電壓是光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)控制的關(guān)鍵組成。太陽能電池最大功率點跟蹤需要確保電壓的穩(wěn)定性和采樣的快速性，這也是系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行的必要前提，因此，采用PI控制直流電壓。2.2并網(wǎng)電流的控制5光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)，其原理就是將太陽能電池的直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)檎医涣麟娔芎笙螂娋W(wǎng)提供電力的裝置，也是一個有源逆變系統(tǒng)。電網(wǎng)電壓與系統(tǒng)輸出電流的相位頻率一致就是系統(tǒng)的控制目標(biāo)?？刂齐娏鞣譃橹苯与娏骺刂坪烷g接電流控制。直接電流控制的穩(wěn)定性較高，響應(yīng)電流較快。而間接電流控制無需電流反饋控制，控制較為簡單，但是自身也

6、存在缺陷，如對系統(tǒng)參數(shù)的波動敏感、直流分量包含于交流側(cè)電流中、系統(tǒng)電流動態(tài)響應(yīng)較慢等?？臻g矢量控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、雙環(huán)電流控制、滯環(huán)電流控制等是直接電流控制的方法。在此舉例說明系統(tǒng)采用SPWM并網(wǎng)逆變電流跟蹤方式控制，如圖1所示。圖中為電網(wǎng)電壓前饋環(huán)節(jié)；為濾波環(huán)節(jié)；為逆變環(huán)節(jié)；為PI調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)；為實際并網(wǎng)電流。圖1并網(wǎng)電流控制圖3設(shè)計并網(wǎng)逆變系統(tǒng)主回路單級式單相橋式逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)成并網(wǎng)系統(tǒng)，D1至D4是對應(yīng)的反并聯(lián)二極管，而T1至T4是功率器件，從而構(gòu)成逆變橋，如圖2所示。圖2單級式單相橋式并網(wǎng)逆變主電路圖電網(wǎng)電壓和逆變電壓的適配采用工頻變壓器來實現(xiàn)，且隔離逆

7、變系統(tǒng)和電網(wǎng)電壓。直流側(cè)的濾波器作用是將直流側(cè)兩倍于電網(wǎng)頻率的電壓紋波濾除，用Cin表示。交流側(cè)的T型濾波器由L1、C、L2組成，可確保并網(wǎng)電流質(zhì)量，并將濾除交流側(cè)電流諧波。根據(jù)相關(guān)技術(shù)資料設(shè)計系統(tǒng)主回路元器件參數(shù)。4總結(jié)5利用風(fēng)力發(fā)電、燃料電池發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、小型水力發(fā)電等可再生能源的發(fā)電系統(tǒng)，可為電網(wǎng)發(fā)展緩慢、電力延伸困難地區(qū)的交通、通信、路燈照明等提供電力能源，并且主要在離網(wǎng)型村落供電系統(tǒng)、可再生能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和戶用電源系統(tǒng)中應(yīng)用。光伏發(fā)電最終將實現(xiàn)并網(wǎng)運行，今后交流光伏發(fā)電系統(tǒng)也必將成為光伏發(fā)電的主流。太陽能光伏發(fā)電利用半導(dǎo)體材料的電