小功率光伏并网逆变器控制系统的设计(共35页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上学士学位论文论文题目：小功率光伏并网逆变器控制系统的设计院(部)名 称: 电气工程学院 专 业: 电气工程及其自动化 班 级: 学 生 姓 名: 学 号: 指导教师姓名: 专心-专注-专业小功率光伏并网逆变器控制系统的设计专业： 姓名： 指导教师： 摘 要 随着环境污染和能源短缺问题的日益严重，寻找一种储备大、无污染的新能源已经成为世界各国的重要战略计划。太阳能取之不尽用之不竭，可再生并清洁环保，无处不在、无需运输，最重要的是绝无任何国家实施垄断和控制的可能，已经得到了人类越来越广泛的应用。本文以最大限度利用太阳能、把高质量电能并入电网为主要目标，来研究和设计光伏并网

2、逆变器，具有重要意义。本文中首先讨论几种基于输出特性曲线的最大功率点跟踪（MPPT）的方法。其次经分析小功率光伏并网选择了直流模块式结构的光伏并网系统，并网逆变器中的DC/DC升压电路采用电压型高频链推挽式结构，DC/AC逆变电路采用全桥式逆变结构，并对并网逆变器的控制采用了电流控制方法，使并网逆变器输出的电流跟随给定的电流波形变化，对并网逆变器起到了有效控制作用，经滤波器滤波后并入电网。最后利用MATLAB中的SIMULINK环境进行DC/DC及DC/AC电路仿真实验，实验结果验证了电流控制方法的可行性。关键词 最大功率点跟踪，并网逆变器，电流控制ABSTRACTWith the growi

3、ng energy shortages, looking for a new energy of environmental protection and pollution-free has become an important strategic plan for the world. Solar energy the inexhaustible, renewable and clean environmental protection, everywhere, no transportation, the most important is no monopoly and contro

4、l any country may, has been more and more widely used.In this paper, the maximum use of solar energy and gridding high quality electricity into the main research goal to research and design photovoltaic grid-connected inverter, has important significance. This paper first discusses several methods b

5、ased on output characteristic curve of the maximum power point tracking (MPPT) method. Secondly, after analyzing, low-power photovoltaic chooses the DC modular structure of photovoltaic (pv) grid system; the DC/DC booster circuit of Grid-connected inverter uses voltage mode high frequency link type

6、structure; DC/AC inverter circuit adopts the full bridge inverter structure, and uses current control method to control the Grid-connected inverter, let the output current of grid inverter change by following a given current waveform and have a effective control of the Grid-connected inverter, then

7、the output current will merge into the grid after filtered by the filter. Finally, does a simulation experiment of DC/DC circuit and DC/AC circuit by using the SIMULINK environment of MATLAB. The experiment results validate the feasibility of current control method.Key Words: Maximum Power Point Tra

8、cking (MPPT), Grid-connected inverter, Current control目录1.绪论1.1课题研究背景及意义目前，世界上煤炭、石油、天然气等传统能源频频告急，能源问题已经成为制约全球经济发展的主要原因，这也是最近南海争端的主要原因，有些国家为了取得能源争夺战的胜利不惜动用武器、发动战争。当人们把南海及地球上每个储能角落都开采尽的时候，还能去哪里开采？所以新能源将逐渐代替传统能源，太阳能作为新能源之一以其独有的优势得到了全世界的广泛关注。丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽用之不竭的，可再生并清洁环保，无需运输，最重要的是绝无任何国家实施垄断和控制的可能。

9、太阳能每秒辐射到地球表面的能量约80万KW，如果把到达地面上太阳能的0.1%转换为电能，转换率为5%，那么每年的发电量可达kWh，等同于目前世界上能耗的四十倍1。这几年来随着光伏产业及市场的飞速发展，光伏系统发电开始由边远山村无电地区向内地市区并网发电，同时推动了光伏建筑一体化发展。其中，光伏并网发电市场己经成为世界上光伏工业的最主要研究方向。虽然对现在来说，太阳能光伏发电的成本较高，但是对未来来说，随着科学技术的发展，以及其它传统式能源越来越少的情况下，预计到2030年，新能源在总的能源结构中将超过 30%，然而太阳能光伏发电在世界应用能源中也将超过10%，到2100年，新能源在能源结构中将

10、超过80%，太阳能发电将超过60%。因此，太阳能有着不可估量的发展前景2。1.2国外光伏发电的研究现状到2004年底日本己安装20万户太阳能屋顶，其中仅在2004年里就安装了超过5万套户用光伏并网系统3。截止到2007年世界上新装太阳能容量达到2826MW，仅德国就占47%左右，西班牙占23%左右，美国占8%左右，日本同美国接近。此外，太阳能光伏发电产业在2007年期间融资增加了约100亿美元，从而使得光伏产业的规模逐渐扩大。太阳能电力协会(Solar Electric Power Association，SEPA)近日的一项调查将太平洋煤气电力公司(Pacific Gas and Elect

11、ric Company，PG&E)列为美国顶级公共电力公司，因其2011年新增的太阳能发电系统数量。在SEPA的2011公共设施太阳能电力排名调查中，PG&E从240多家公共电力公司中脱颖而出成为年度太阳能兆瓦级类第一名。该公司连接了可以使所有消费者受益的135MW大型太阳能项目。这包括PG&E自有的扩张太阳能项目，全部完工后可以提供250MW的清洁能源，足够满足个普通消费者家庭的能源需求。1.3国内光伏发电的研究现状光伏并网发电技术的研发对我国来说起步较晚，光伏并网发电技术在近几年才得到我国的重视。据统计，我国光伏发电的产量到2004年才为100MW左右。国家科技部在“十一五”期间投入大量的

12、经费对并网光伏发电系统进行研发。中国科学院电工所等单位在深圳园艺博览会建设的1MW光伏并网电站以及上海交通大学太阳能研究所制定的上海10万个太阳能屋顶发展计划等项目的实施推动了我国光伏并网产业的快速发展。2010年太阳能发电新增装机40万KW，总装机为70万KW。赛诺国际4.3MW的金太阳示范项目，以“合同能源管理”模式利用厂区内闲置屋顶采用用户侧并网方式建设总装机容量为4300KW的屋顶光伏电站，海南天能电力有限公司计划投资6000万元建设该项目，年均发电量约为650万KWh。在国家能源局发布的“十二五“能源规划中，到2020年，我国太阳能将比目前增长30倍3。1.4本文的主要内容本课题的主

13、要内容是选择合适的光伏并网逆变器和通过合适的控制方法确保逆变器的输出功率因数接近1，从而输出最大的有功功率。主要工作概述如下：（1）对太阳能电池方阵进行简单的介绍，考虑到太阳能电池具有强烈的非线性特性，介绍几种最大功率点跟踪方法并进行分析。（2）本文小功率光伏并网系统发电功率选择1kW，对小功率光伏并网系统的工作原理及电路拓扑进行了深入分析，采用了双级式并网系统结构，并网逆变器中的DC/DC升压电路采用电压型高频链推挽式结构，DC/AC逆变电路采用了全桥式逆变结构。（3）研究了并网逆变器的工作原理和控制方法，对并网逆变器的控制采用了电流控制方法，建立了并网逆变器的MATLAB仿真模型，并进行了

14、MATLAB仿真研究。仿真结果表明所采用的控制方法增强了系统的稳定性，减小了输出电流的谐波含量，改善了输出的功率因数。2.光伏电池特性及最大功率点跟踪光伏发电系统的效率由电池板的光电转换效率、MPPT效率和逆变器效率三部分决定2，则高效率的MPPT技术对光伏发电系统提高效率有着十分重要的意义。2.1光伏电池的基本原理及输出特性电池泛指将除机械能以外的能量直接转换为电能的设备或器件，其特点之一是其中没有运动部件，因此具有噪声低的优点。光伏电池是利用光生伏特效应（Photovoltaic Effect）把光能转变为电能的器件，与其他电池类型不同，光伏电池本身不能像干电池、蓄电池、和燃料电池那样，事

15、先将转换的能量存储起来，它只能把接收到的光能立即转换为电能。2.1.1光伏电池的基本原理光伏电池的光电转换最小单元是单体，单体半导体二极管，它是把杂质填入半导体形成的PN结5。当太阳能照射到半导体二极管上时，在该区间内产生电子空穴对，从而导致带电载流子数量增多，这些带电载流子受到内建电场的吸引在空间电荷区内流动，在PN结逐渐形成一个光生电场，其工作原理可以利用图2-1的等效电路图来描述。图中是光伏电池的输出电压即负载电压, 是光伏电池输出的电流即负载电流，是光伏电池的负载。图2-1 光伏电池的的等效电路图图中，代表光子在光伏电池中激发的电流，这个量取决于辐射照度、电池的面积和本体的温度T。显然

16、，与入射光的辐照度成正比，而温度升高时，会略有上升，一般来说，1硅光伏电池在标准测试条件下的值约为1630，当温度每升高1时，值会增加78A。为通过pn结的总扩散电流，其方向与相反，其表达式为 =(-1) （2-1）式中q为电子的电荷，；K为玻尔兹曼常数，；A为常数因子；为光伏电池无光照情况下的饱和电流。由式(2-1)可知其大小与光伏电池的电动势E和温度T等有关。根据图2-1，可得到负载电流为 （2-2）式中为串联电阻，它主要是由电池的体电阻、表面电阻、电极导体电阻、电极与硅表面间接触电阻组成，为旁漏电阻，它是由硅片的边缘不清洁或体内缺陷引起的。东莞市星火太阳能科技有限公司的SFM型号的太阳能

17、电池板电力参数如下表所示：表2-1 太阳能电池板电力参数型号SFM200W-72/5SFM190W-72/5SFM180W-72/5峰值功率 (Pmax)200 W190 W180 W峰值电压 (Vmp)36.26 V36.26 V36.26 V开路电压 (Voc)43.2 V43.2 V43.2 V峰值电流 (Imp)5.52A5.24 A4.97 A短路电流 (Isc)6.07 A5.77 A5.46 A电池片转换效率17.8%16.9%16%太阳能电池板工作环境-40 C to +85 C最大系统电压1000 V DC (IEC) / 600 V DC (UL)二极管3 by pass

18、/ 6 by pass正负公差-3/+3 %测试标准（环境）: 辐照度 1000 W/m2, 环境温度25 C, AM=1.5; 功率公差范围: 3%选择SFM200W-72型号的太阳能电池板如下图所示:图2-2 SFM200W-72型号太阳能电池板2.1.2光伏电池的输出特性正常光照条件下，光伏电池的输出功率特性曲线是以最大功率点为极值的单峰值曲线，图2-1和式（2-2）给出的单二级管模型可以比较精确地描述其工作特性。光伏电池一般情况下，并联电阻比较大，串联电阻比较小。理想电路计算时可以忽略不计，因此可得到理想光伏电池的特性： （2-3）由式（2-3）可得 （2-4）式（2-3）和式（2-4

19、）忽略了和的影响，虽然与其真实的光伏电池会有较小的偏差，但是在本质上同样能够表示光辐照度和温度的作用。由式（2-3）可知，在外电路短路的短路试验即=0时，输出的电流等于。在开路试验，即时，测得光伏电池电压即开路电压。由式（2-4）可计算出光伏电池的开路电压为 （2-5）当光幅照度随着时间变化时，光伏电池的与光幅照度的对数成正比。图2-3为保持光伏电池温度不变，光伏阵列的输出随辐照度和负载变化的-和P-特性曲线。由该特性曲线可以看到开路电压随辐照度图2-3 光伏电池在相同温度不同光照强度下的-和P-特性的变化不明显，而短路电流则随光照强度有明显变化。P-特性曲线中的最大功率点功率随着光照强度的变

20、化同样有明显变化。图2-4 光伏电池在相同光照强度不同温度下的-和P-特性图2-4为保持照度不变，光伏阵列的输出随电池温度和负载变化的-和P-特性曲线。由该特性曲线可以看到开路电压线性的随着温度的不断变化，短路电流也随着温度稍有变化。随温度的不断变化也有较大改变。注意其中指出的温度应为光伏电池本体的温度，而不是光伏电池环境的温度6。2.2光伏电池最大功率点跟踪方法随着外界条件的不同，光伏电池运行的最大功率点也不同。因此，需要对光伏并网发电系统中的光伏电池寻找最大工作点，从而能够将光能最大化的转换为电能。通过一些控制方法来实现光伏电池的最大功率输出运行的技术被称为最大功率点跟踪（Maximum

21、Power Point Tracking，MPPT）技术4。2.2.1定电压跟踪法定电压跟踪法，根据图2-3可以看出，当光伏电池温度不变时，光伏电池输出曲线上P-的最大功率点电压约为定值，则定电压跟踪控制法的控制思路是：通过一定方法控制光伏电池的输出电压恒定在处，使光伏电池运行在最大功率点处。与光伏电池的开路电压之间存在近似的线性关系，即 （2-6）其中的值由光伏电池的特性所决定，一般的取值约为0.8。定电压跟踪法控制的优点是易于实现，控制比较简单，可靠性较高，并且具有很好的稳定性7。但是定电压跟踪控制的精度比较差，尤其是温差变化较大的地区，需要人为的控制才能较好的运行。因此恒定电压控制常与其

22、他闭环MPPT方法组合使用，先用恒定电压控制的光伏发电系统启动过程中使工作点的电压用最短的时间靠近最大功率点电压，然后在用其他闭环的MPPT算法对最大功率点进行精确寻找。该方法能够很好的降低在启动过程中寻找最大功率点造成的能量损耗，减少了不必要的浪费。2.2.2短路电流比例系数法由图2-3可知，在辐照度超过某一直并且温度趋于不变时，光伏电池输出的曲线-最大功率点电流与光伏电池的短路电流有近似的线性关系。即 （2-7）其中的值由光伏电池的特性所决定，通常取值约为0.8。在应用中，可在光伏逆变器中附加有关的开关来控制功率，并通过周期性短路太阳能电池的输出端来测的。该方法和恒定电压控制应用类似，由于

23、测量要将负载断开，所以存在瞬时功率损失，而测量比测量更加复杂，因此该方法实际中较少应用8。2.2.3扰动观察法扰动观察法的原理：首先经扰动输出一个电压值，根据公式分别算出扰动前后太阳能电池板的输出功率，比较扰动前后功率值，若扰动后输出功率大于扰动前的功率，则说明本次扰动能够使太阳能电池板的输出功率增加，之后的扰动再往同样的方向扰动。若扰动后输出功率小于扰动图2-5 定步长扰动观察法的流程图前的功率，则说明本次扰动对太阳能电池板的输出功率不利，之后的扰动则反相的方向扰动。扰动观察法就是按上述的过程如此的反复扰动，从而使其电压的变化逐渐向太阳能电池板输出的功率最大点靠近。扰动观察法按每次扰动的电压

24、变化量是否固定，可以分为定步长扰动观察法和变步长扰动观察法，定步长扰动观察法的流程图如图2-5所示。运用扰动观察法对MPPT进行控制具有易于理解，控制方法简单，测量参数较少，易于实现等优点。扰动观察法的不足之处在于扰动到最大功率点处会出现振荡现象，致使功率损失增加。因此，选择扰动电压的步长大小比较关键，步长较小时虽然可以有效地减小最大功率点处的振荡以及跟踪的速度也会降低，但是会使太阳能电池板长时间处于低功率输出状态9。3.光伏并网逆变器的结构及控制光伏发电系统可以分为离网光伏发电系统和光伏并网发电系统2。离网光伏发电系统与电力系统的电网不相连，作为移动式电源，主要应用在边远无电地区。光伏并网发

25、电系统与电力系统的电网连接，作为电力系统中的一部分，目前，全球光伏发电系统的主流应用方式是光伏并网发电方式，即光伏系统通过并网逆变器并入当地电网，通过电网将光伏系统所发的电能进行再分配。图3-1 光伏并网发电系统图小功率光伏并网发电系统的并网点一般在电网的配电侧，也称作分布式发电系统，其特点主要如下：1）并网点在配电侧；2）电流是双向的，可以从配电网取电，也可以向配电网发电；3）光伏电量主要直接被负载消耗，自发自用；4）分上网电价方式（双价制）和静电量方式（平价制）；5）大部分安装在建筑物上，安装功率受建筑物面积和并网点容量的限制，从1kW到数千万不等。3.1光伏并网系统的体系结构根据光伏电池

26、的不同分布以及功率等级，则把光伏并网发电系统的体系结构分为六种:集中式、交流模块、串型、多支路、主从、和直流模块式10。在大功率等级应用中，集中式结构仍起主导性作用，多支路结构和主从结构也会被应用。在小功率应用中，交流模块是和直流模块式结构将得到很好的发展，串型以及多支路结构也会应用到其中。图3-2 直流模块式结构图由于本文是小功率光伏并网系统，所以采用直流模块式结构，直流模块式结构是学者基于并联多支路结构思想与交流模块式结构思想相结合而提出的，直流模块式结构如图3-2所示。本文选择小功率光伏逆变功率为1KW，由于选择200W的光伏电池板，则需要5个光伏直流模块。直流模块式结构的主要特点是每一

27、个光伏直流模块具有独立的MPPT控制电路，所以能够使每个光伏组件都工作在最大功率点上，最大限度地发挥了光伏组件的效率，且能量转化效率高，具有很高的抗局部阴影和组件电气参数失配能力。采用模块化设计，系统构造灵活，给系统的扩充提供了很大的灵活性，易于标准化，适合批量化生产，降低系统成本等。3.2光伏并网逆变器的拓扑结构光伏并网逆变器是将太阳电池所输出的直流电转换成符合电网要求的交流电再输入电网的设备，是并网型光伏系统能量转换与控制的核心。3.2.1小功率光伏逆变器的设计考虑因素小功率逆变器不同于传统大功率集中式逆变器，小功率逆变器区别于传统逆变器的特点，逆变器输入电压低、输出电压高，单块光伏组件的

28、输出电压范围一般为2050V，而电网的电压峰值约为311V（220VAC）或156V（110VAC），因此，小功率逆变器的输出峰值电压远高于输入电压，这要求小功率逆变器需要采用具备升降压变换功能的逆变器拓扑；而集中式逆变器一般为降压型变换器，其通常采用桥式拓扑结构，逆变器输出交流侧电压峰值低于输入直流侧电压。 小功率逆变器的设计考虑因素： （1）变换效率高：并网逆变器的变换效率直接影响整个发电系统的效率，为了保证整个系统较高的发电效率，要求并网逆变器具有较高的变换效率。 （2）可靠性高：由于小功率逆变器直接与光伏组件集成，一般与光伏组件一起放于室外，其工作环境恶劣，要求微逆变器具有较高的可靠性

29、 （3）寿命长：光伏组件的寿命一般为二十年，小功率逆变器的使用寿命应该与光伏组件的寿命相当。 （4）体积小：小功率逆变器直接与光伏组件集成在一起，其体积越小越容易与光伏组件集成。 （5）成本低：低成本是产品发展的必然趋势，也是小功率逆变器市场化的需求。 3.2.2小功率光伏逆变器的结构图3-3 高频型光伏并网逆变器结构图小功率光伏并网逆变器可分工频型并网逆变器和高频型并网逆变器。高频型并网逆变器与工频型并网逆变器不同之处在于应用了变压器，所以体积和质量可以较小，克服了工频型并网逆变器的主要缺点，虽然在并网系统中，变压器将电能转化成磁能，再将磁能转化为电能将导致能量损耗，随着器件和控制技术的改进

30、高频型并网逆变器的效率也可做到很高11。则本文采用高频型并网逆变器。高频型光伏并网逆变器的结构图如图3-3所示。将光伏并网逆变器分为电压型逆变器和电流型逆变器12，其结构分别如图3-4（a）（b）所示：（a）电压型逆变器结构图 （b）电流型逆变器结构图图3-4 并网逆变器结构图以电流源为输入的逆变器如图3-4（b）所示，为了提供较稳定的直流电流输入则直流侧串联一个较大电感，但该电感可能会使系统的动态响应较差，目前市场范围内并网逆变器以采用电压源输入方式为主13。所以本设计的小功率光伏并网逆变器采用电压源输入。电压型逆变器主要特点：电压型逆变器的直流侧为电压源，或者并联一个大电容，所以电压基本稳

31、定，等同于电压源14。回路呈低阻抗状态。电力系统可视为无穷大容量的恒值交流电压源，如果采用电压型控制对光伏并网逆变器进行控制，则可以看成是电压源与电压源并联运行的电力系统，要确保该电力系统的稳定运行，就需要采用锁相环控制技术来实现光伏并网发电与电力系统同步。由于锁相环控制反应较慢、光伏并网逆变器输出的电压值难以准确控制、还可能有环流情况出现，必须采取一些其它措施，否则相同功率等级的电压源并联很难得到较好的并网效果。如果采用电流控制光伏并网逆变器，则只需控制光伏并网逆变器的输出的并网电流，令其跟踪给定的电流波形，从而达到了并网运行的目的。电流控制方法简单、易于实现、因此使用较为广泛。综上所述，本

32、文设计的光伏并网逆变器采用电压型逆变器，并对电压型逆变器采用电流型控制方法。本文采用电压型高频链推挽式拓扑结构，拓扑结构如图 3-5所示。图3-5是推挽式变换器和全桥逆变器组成的推挽式电压高频链小功率逆变器结构，其输出采用推挽升压电路，适用于低压场合，还满足直流式图3-5 电压型高频链推挽式拓扑模块光伏系统的要求，而后级的全桥逆变器采用高频PWM控制，并通过滤波电感接入220V、50Hz工频电网。此电路的缺点是功率开关耐压应力为输入电压的两倍，同时会出现偏磁现象。图3-6 (a)的为全桥式逆变电路，其中是全桥式电路的四个桥臂，该桥臂是电力电子开关器件。当电力电子开关，闭合，断开时，负载电压为正

33、值；当电力电子开关，断开，闭合时，为负值，输出的波形如图3-6(b)所示。从而实现了电流的逆变，即把直流电能变换为交流电能，通过改变两对电力电子开关的导通与关断频率，就可以改变交流电能的频率。（a）逆变器电路的示意图 （b）阻抗负载时的波形图3-6 逆变器及其波形3.3光伏并网逆变器的控制3.3.1逆变器控制的选择在逆变器的控制中通常采用电流型控制法，按输出电流的控制方式分类可以分为：（1） 电流滞环跟踪方式电流跟踪控制器的PWM逆变器中最常用的为电流滞环跟踪控制如图3-7为电流滞环跟踪方式原理图。电流滞环跟踪方式是将给定电流和并网图3-7 电流滞环跟踪方式原理图电流两者进行对比，和的偏差通过

34、滞环比较器的比较来控制逆变电路中开关通断的PWM信号，该PWM电压信号经驱动电路控制电力电子开关器件的导通与关断，进而实现了对并网电流的控制。电流滞环跟踪比较方式实时控制，响应较快，无需斩波，输出的电压不含特定频率的谐波。电流滞环跟踪控制的精度不但与滞环比较器的环宽有关，也与电力电子开关器件的开关频率有关。当滞环比较器的环宽较大时，可以降低电力电子开关器件的开关频率，但电流波形有较多的失真，从而谐波分量较大。滞环比较器的环宽较小时，电流的波形较好，却增大了电力电子开关器件的开关频率，甚至还能导致电流超调引起震荡，会增大跟踪误差。（2）定时控制的电流滞环跟踪方式图3-9 定时控制的电流滞环跟踪方

35、式原理图图3-9为定时控制的电流滞环跟踪方式的原理图。它是用由时钟定时控制比较器来控制的。时钟每经过一个周期就对判断一次，使得PWM电压信号经过一个周期就改变一次。定时控制的电流滞环跟踪方式可以有效的避免电力电子开关器件的开关频率过高，其缺点为补偿电流跟随的误差是不固定的。（3）实时电流的三角波比较方式实时电流的三角波比较是将给定电流和实际并网电流进行实时值的比较，和的偏差经放大器A后同三角波比较，输出PWM电压信号。实时电流的三角波比较方式跟随电流误差较大，输出的电压中含有与三角图3-10 实时电流的三角波比较方式控制原理图载波相同频率的谐波，并且放大器增益受限，电流响应相对于电流滞环跟踪控

36、制较慢。图3-10为实时电流的三角波比较方式控制原理图。本文设计的DC/AC逆变器的工作目的是将升压至311V的直流电变换成与电网电压的频率和相位相同的电压，使输出的交流电的波形为正弦波，输出的电能功率因数接近于1。在这里我将会选择电流滞环跟踪方式对DC/AC逆变器进行控制，因为这种控制硬件电路简单，而却属实时控制方式，电流响应快，并且不需要利用载波，所以输出的电压波形中不含特定频率的谐波分量，稳定性也较好。3.3.2电流滞环跟踪控制并网逆变器的仿真模型本文利用了MATLAB2010中SIMULINK的SimPower Systems功能模块建立了电压型单相光伏并网系统逆变器及其控制的仿真模型

37、如图所示。（1） 单相光伏并网系统逆变器的DC/DC仿真模型本文中DC/DC电路是采用推挽式电压型高频链逆变器的拓扑结构，它是将太阳能电池板输出电压36V由IGBT组成的推挽电路变为交流，再由升压变压器升压到220V交流电，再由二极管组成的全桥式整流器整流为直流电。经LC低通滤波器滤波后输出平滑的直流。图3-11 单相光伏并网系统逆变器的DC/DC仿真模型图DC/DC仿真模型中的部分参数如下图3-12、图3-13所示：图3-12 变压器参数选择图图3-13 LC低通滤波器参数选择图（2） 单相光伏并网系统逆变器的DC/AC仿真模型本文中DC/AC电路是采用由IGBT组成的全桥式逆变器把直流电逆

38、变为交流220V（峰值电压），经L滤波后采用单相光伏并网方式并入电网（交流220V，频率50Hz）。图3-14 单相光伏并网系统逆变器的DC/AC仿真模型图 图3-17 滞环比较器的参数选择图图3-15 给定电流值与L滤波器参数选择图（3） 单相光伏并网系统逆变器的并网仿真模型4.MATLAB仿真结果及分析4.1 逆变器DC/DC部分输出的结果及分析本文中单相光伏并网系统逆变器的DC/DC仿真输出的电压结果如下图4-1所示。图4-1 DC/DC仿真输出的电压DC/DC仿真模型是将太阳能电池板输出电压36V由推挽电路变为交流，再由升压变压器升压到220V交流电，再由全桥式整流为直流电。经LC低通

39、滤波器滤波后输出平滑的直流。约0.05s后电压稳定，经观察显示输出的结果正确。4.2 逆变器DC/AC部分输出的结果及分析本文是由5个200W太阳能电池板逆变组成的，所以文中小功率光伏发电系统的功率等级为1KW，则并网电流的有效值为，可得给定电流最大值为，为了观察方便取。本文中单相光伏并网系统逆变器的DC/AC仿真波形15，图4-2为给定电流的波形，图4-3为并网电流的波形。图4-4为采用电流滞环跟踪方式控制逆变器的电网电压与并网电流波形图的比较。图4-2 给定电流的波形图4-3 并网电流的波形图4-4 电流滞环跟踪方式控制逆变器电网电压与并网电流波形图电流滞环跟踪控制方式是利用滞环比较器控制

40、逆变器电路开关通断的PWM电压信号，该PWM电压信号经驱动电路控制电力电子开关器件的导通与关断，进而实现了对并网电流的控制。电流滞环跟踪比较方式实时控制，响应较快，输出的电压不含特定频率的谐波。由图4-2，图4-3可以看出并网的电流可以很好的跟踪给定电流，输出的电流波形为正弦波。由图4-4可以看出并网电流（幅值较低的曲线）和电网电压（幅值较高的曲线）保持同相位，使光伏并网逆变器电能的输出功率因数接近于1。以上结果满足了本设计的要求。结 论光伏发电技术的研发无论是从社会经济发展，还是从环境的角度来考虑都具有重大的现实意义。通过光伏并网发电系统把太阳能直接转化为电能，经转换电路，把电能并入电网。其

41、中主要组件是升压电路和逆变器。升压电路将光伏阵列产生的直流电能升压，而逆变器把光伏发电系统产生的直流电转换为符合电力部门的交流电。通过本课题的研究，本文完成的工作可总结如下:(1) 本文对太阳能电池方阵进行简单的介绍，考虑到太阳能电池具有强烈的非线性特性，介绍几种最大功率点跟踪方法并进行分析，为实现最大功率点跟踪功能提供了理论依据。(2)分析了各种光伏并网系统主电路结构，针对小功率光伏并网系统的特点，提出了适于该系统的主电路拓扑结构。电路中采用电压型高频链逆变器并网，该种结构体积小，DC/DC电路和DC/AC电路的控制可以相对独立，从而使控制简单可靠。(3)采用了电流型并网控制方案，建立了并网

42、逆变器的MATLAB仿真模型，并进行了MATLAB仿真研究。对电流滞环跟踪方式控制的逆变器进行了仿真实验，结果验证了该方案的可行性及有效性。参考文献1 余学进 基于DSP2812的光伏并网逆变器研究与设计，山东大学硕士学位论文，2010年，第14页。2 张兴，曹仁贤 太阳能光伏并网发电及其逆变控制，北京：机械工业出版社，2010年，第17页。3 单琳 单相光伏并网发电系统的研究，西安理工大学硕士学位论文，2010年，第13页，第1821页。4 姜子晴 单相光伏发电并网系统的研究，江苏大学硕士学位论文，2008年，第1822页。5 郭勇 光伏并网发电系统关键技术研究，南京航空航天大学硕士学位论文

43、，2010年，第3234页。6 任海兵 户用光伏并网系统，江苏大学硕士学位论文，2006年，第1213页。7 赵争鸣，刘建政，孙晓瑛等 太阳能光伏发电，北京：科学出版社，2005年，第815页。8 周林，武剑，栗秋华等 光伏阵列最大功率点跟踪控制方法，高压电技术，2008年，第34卷，第6期，第16页。9 龙腾飞，丁宣浩，蔡如华 MPPT的三点比较法与登山法比较分析，大众科技，2007年，第8期，第4849页。10 刘邦银，梁超辉，段善旭 直流模块式建筑集成光伏系统的拓扑研究，中国电机工程学报，2008年，第 28 卷第 20 期，第17页.11 孙向东，钟彦儒 高频链逆变技术发展综述，西安理工大学硕士学位论文，2002年，第912页。12 吴红飞 光伏并网微逆变器核心技术小析，光伏国际，2010年，第14页。13 潘建 基于DSP的光伏并网发电系统研究，江南大学硕士学位论文，2008年，第5456页。14 王兆安，刘进军 电力电子技术，北京：机械工业出版社，2008年，第五版，第100106页，第177184页。15 洪乃刚 电力电子、电机控制系统的建模和仿真，北京：机械工业出版社，2010年，第132136页。答 谢