并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的建模和仿真實(shí)現(xiàn)

PAGE7PAGE并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的建模和仿真實(shí)現(xiàn)PAGEPAGE7摘要新型可再生能源在當(dāng)今可持續(xù)發(fā)展社會(huì)中擔(dān)任至關(guān)重要的角色。太陽(yáng)能是可再生能源系統(tǒng)中重要一員，受到各國(guó)廣泛關(guān)注。作為太陽(yáng)能的一種重要應(yīng)用方式，光伏發(fā)電被認(rèn)為是21世紀(jì)最具潛力的發(fā)電方式之一。本文對(duì)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中的最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）技術(shù)與并網(wǎng)電流控制進(jìn)行深入研究分析。詳述了光伏電池的工作原理并推導(dǎo)出數(shù)學(xué)模型，在中搭建其工程應(yīng)用模型。同時(shí)，采用變量分析法仿真分析1Soltech1STH-215-P型光伏電池的輸出特性與輻照強(qiáng)度和環(huán)境溫度的關(guān)系。介紹了最大功率追蹤算法原理，分析比較了三種典型的MPPT算法。并針對(duì)傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法在外界環(huán)境劇烈變化時(shí)發(fā)生誤追蹤問(wèn)題，提出一種恒壓估計(jì)與擾動(dòng)觀測(cè)結(jié)合的新型算法，并在Matlab/Simulink中編寫相應(yīng)算法并搭建模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明，在外界環(huán)境劇烈變化時(shí)，新型擾動(dòng)觀察法能夠精準(zhǔn)追蹤到最大功率點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法的誤跟蹤問(wèn)題。詳細(xì)推導(dǎo)了逆變器在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系和靜止坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程，并簡(jiǎn)要介紹了SVPWM原理及實(shí)現(xiàn)方法。針對(duì)光伏逆變器存在諧振的問(wèn)題，提出了基于控制器的雙環(huán)控制策略。在中搭建光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)模型，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所選控制策略的有效性。關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)，MPPT，并網(wǎng)逆變器，雙環(huán)控制ABSTRACTNewrenewableenergyhoststheessentialpostintoday'ssustainabledevelopmentsociety.Photovoltaicisanimportantmemberofrenewableenergysystem,whichhascausedconcernfromvariouscountries.Asanvitalapplicationofsolarenergy,photovoltaicpowergenerationissupposedtobeoneofthe21mostpotentialmodes.Inthispaper,themaximumpowerpointtracking(MPPT)technologyandgrid-connectedcurrentcontrolinthetwo-stagethree-phasegrid-connectedPVpowergenerationsystemarestudiedandanalyzedindepth.TheworkingmechanismofPVcellsisdilated,anditssimplifiedmathematicalmodelisdeduced.Atthesametime,therelationshipbetweentheoutputcharacteristicsof1Soltech1STH-215-PPVcellsandirradiationintensityandenvironmentaltemperaturewassimulatedandanalyzedbyvariableanalysismethod.ThetheoryofMPPTalgorithmisintroduced,andthreerepresentativeMPPTalgorithmsarebrokendownandcompared.Anewalgorithmcombiningconstantpressureestimationanddisturbanceobservationwasproposedtosolvetheproblemoffalsetrackingcausedbythetraditionaldisturbanceobservationmethodwhentheexternalenvironmentchangeddramatically.ThecorrespondingalgorithmwaswritteninSimulinkandthemodelwasbuiltforsimulationverification.Theresultsshowthatthenewperturbationobservationmethodcanaccuratelytrackthemaximumpowerpointwhentheexternalenvironmentchangesdramatically,whichsolvesthemistrackingproblemofthetraditionalperturbationobservationmethod.Thestateequationsoftheinvertersinrotatingcoordinateandrestframearederivedindetail,andtheprincipleandimplementationmethodofSVPWMarebrieflyintroduced.Aimingattheresonanceproblemofinverters,adoubleclosed-loopcontrolpolicyisproposedbasedonPIcontroller.APVgrid-connectedmodelisputupinMatlab/Simulink.Thesimulationresultsprovetheavailablityofthedominatemethod.Keywords:PVgrid-connected；MPPT；grid-connectedinverter；double-loopcontrol目錄20350_WPSOffice_Level1摘要 Ⅰ20350_WPSOffice_Level1ABSTRACT Ⅱ20350_WPSOffice_Level1目錄 Ⅳ20350_WPSOffice_Level1第1章緒論 122953_WPSOffice_Level21.1課題背景與意義 119640_WPSOffice_Level21.2課題研究現(xiàn)狀綜述 222953_WPSOffice_Level31.2.1國(guó)外光伏發(fā)電現(xiàn)狀 219640_WPSOffice_Level31.2.2國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電現(xiàn)狀 322898_WPSOffice_Level21.3光伏并網(wǎng)控制策略 422898_WPSOffice_Level31.3.1MPPT控制 422898_WPSOffice_Level31.3.2并網(wǎng)控制29954_WPSOffice_Level21.4本文完成的主要工作 522953_WPSOffice_Level1第2章光伏電池建模及仿真 717098_WPSOffice_Level22.1光伏電池的工作原理 71787_WPSOffice_Level22.2光伏電池的工程應(yīng)用數(shù)學(xué)模型 817657_WPSOffice_Level22.3光伏電池的輸出特性 829122_WPSOffice_Level22.4本章小結(jié) 1019640_WPSOffice_Level1第3章最大功率跟蹤策略的研究 1125549_WPSOffice_Level23.1MPPT控制的基本原理 1124171_WPSOffice_Level23.2傳統(tǒng)的MPPT控制算法綜述 111787_WPSOffice_Level33.2.1恒定電壓法 1129122_WPSOffice_Level33.2.2電導(dǎo)增量法 1224171_WPSOffice_Level33.2.3擾動(dòng)觀測(cè)法 133715_WPSOffice_Level23.3新型擾動(dòng)觀察法 1410194_WPSOffice_Level23.4搭建仿真模型并分析 153715_WPSOffice_Level33.4.1仿真模型搭建 15724_WPSOffice_Level33.4.2仿真結(jié)果分析 16724_WPSOffice_Level23.5本章小結(jié) 1722898_WPSOffice_Level1第4章三相光伏并網(wǎng)逆變器的建模和分析 1820974_WPSOffice_Level24.1三相光伏并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型 181396_WPSOffice_Level34.1.1三相靜止abc坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 191236_WPSOffice_Level34.1.2兩相靜止αβ坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 20906_WPSOffice_Level34.1.3兩相旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型 211396_WPSOffice_Level24.2SVPWM控制 2228883_WPSOffice_Level34.2.1SVPWM控制原理 2221781_WPSOffice_Level34.2.2SVPWM控制實(shí)現(xiàn) 251236_WPSOffice_Level24.3本章小結(jié) 2729954_WPSOffice_Level1第5章并網(wǎng)逆變控制策略的研究 28906_WPSOffice_Level25.1并網(wǎng)逆變控制策略概述 284164_WPSOffice_Level35.1.1間接電流控制 2811305_WPSOffice_Level35.1.2直接電流控制 2828883_WPSOffice_Level25.2基于PI控制器的雙閉環(huán)控制策略 3116953_WPSOffice_Level35.2.1并網(wǎng)電流直接反饋 3111848_WPSOffice_Level35.2.2逆變器側(cè)電流直接反饋控制 3226565_WPSOffice_Level35.2.3并網(wǎng)電流反饋與電容電流前饋的雙環(huán)控制策略 3326565_WPSOffice_Level35.2.4基于PI控制器的電壓外環(huán)控制策略27714_WPSOffice_Level25.3并網(wǎng)光伏全系統(tǒng)仿真分析 3526413_WPSOffice_Level35.3.1光伏系統(tǒng)仿真模型搭建 3520155_WPSOffice_Level35.3.2仿真結(jié)果分析 3621781_WPSOffice_Level25.4本章小結(jié) 3817098_WPSOffice_Level1結(jié)論與展望 391787_WPSOffice_Level1參考文獻(xiàn) 4117657_WPSOffice_Level1致謝 45PAGEPAGE7第1章緒論1.1課題背景與意義全球工業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展促進(jìn)世界經(jīng)濟(jì)的日益繁榮，帶來(lái)了人口總數(shù)的急速增多，生活水平也顯著提高，然而這些都離不開大量能源的支撐。尤其是傳統(tǒng)化石燃料，他們正在慢慢走向枯竭。中國(guó)當(dāng)下消費(fèi)能量約占全球消費(fèi)能源總量的15%，主要能源獲取途徑的比例大約為：80%以上的能源是利用火力發(fā)電，16%的能源以水電獲取，2%為核電獲取，只有不到1%是利用新能源發(fā)電[1-3]。因此，就能源結(jié)構(gòu)和能源安全而言，盡快實(shí)現(xiàn)清潔能源的開發(fā)并且加以高效利用就至關(guān)重要。目前，清潔能源包括很多種，太陽(yáng)能是其中重要的一員，它的主要應(yīng)用方式是產(chǎn)生工業(yè)需求量極大的電能。太陽(yáng)能產(chǎn)生電能是運(yùn)用硅晶體的光伏效應(yīng)原理，將光能通過(guò)導(dǎo)體硅轉(zhuǎn)換成電能，因此也稱為光伏發(fā)電[4]。與傳統(tǒng)火電相比，光伏發(fā)電具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[5],可歸納為：光伏儲(chǔ)量豐富并且可再生。地球上的太陽(yáng)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人類目前的需求，此外，太陽(yáng)能不會(huì)像傳統(tǒng)化石能源那樣走向枯竭。

（2）光伏可以實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電，可就近供電，不需要長(zhǎng)距離輸電，減少輸電工程成本和避免了長(zhǎng)距離輸電線路所造成的不必要電力損耗，因此符合電力經(jīng)濟(jì)性要求。

（3）光電轉(zhuǎn)換無(wú)任何中間過(guò)程，不存在傳統(tǒng)化石燃料發(fā)電的多能量轉(zhuǎn)換照成能量損耗問(wèn)題。從相關(guān)能源發(fā)電理論來(lái)看，光伏發(fā)電理想發(fā)電效率達(dá)到80％以上，具有非常可觀的開發(fā)效益。

（4）光伏發(fā)電過(guò)程中只消耗太陽(yáng)能，沒(méi)有其他能源參與，是一種獨(dú)立發(fā)電方式。該發(fā)電方式也不排放任何對(duì)環(huán)境不利的氣體如溫室氣體等，是一種真正意義上的環(huán)境友好型能源利用方式。

（5）光伏發(fā)電不受水資源限制，不需要傍水而建。分布式光伏發(fā)電甚至可以依附在建筑物上而不需要專門的光伏電站，比較常見的如屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)。因此，光伏電站建設(shè)土地成本低，在一線城市可節(jié)省寶貴的稀缺土地資源。

（6）光伏發(fā)電系統(tǒng)一般由光伏電池和自動(dòng)控制器組成，基本可實(shí)現(xiàn)無(wú)人看守自動(dòng)發(fā)電，全程工作人員參與度少，維護(hù)成本低。

（7）光伏發(fā)電系統(tǒng)工作年限長(zhǎng)。近年來(lái)，光伏電池循環(huán)儲(chǔ)-放電技術(shù)漸漸成熟，大大延長(zhǎng)了電池的使用年限，使得光伏發(fā)電系統(tǒng)理論上可工作30年之久。

（8）光伏電站能夠根據(jù)用電負(fù)荷大小，將光伏電池可通過(guò)串并聯(lián)組成電池陣列，可發(fā)電量彈性大，便于調(diào)度。

太陽(yáng)能電池是一種開發(fā)潛力巨大的新型綠色電源，與傳統(tǒng)燃料發(fā)電方式相比，光伏發(fā)電能源質(zhì)量高，無(wú)燃料枯竭威脅且發(fā)電過(guò)程無(wú)噪聲污染，對(duì)環(huán)境友好；光伏發(fā)電還可實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電，供配用靈活，這些優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)能源發(fā)電所無(wú)法具有的。但在實(shí)際工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)光伏發(fā)電仍存在一些不足:

(1)太陽(yáng)能分布分散且輻照強(qiáng)度不穩(wěn)定：太陽(yáng)能能源分布密度小，需要較大的電池板面積，且容易受到工作環(huán)境影響，周圍溫度和輻照強(qiáng)度將直接影響電池的輸出特性。

(2)光伏電站固定成本較高：光伏電池的能量轉(zhuǎn)換利用率不高，必須通過(guò)龐大的電池板陣列來(lái)保證所需發(fā)電量，這又提高了光伏電池總成本，發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)衰減明顯?？墒请S著薄膜電池的開發(fā)利用技術(shù)不斷完善成熟，光伏發(fā)電成本有望得到降低。

(3)光伏電池生產(chǎn)過(guò)程不環(huán)保：光伏發(fā)電過(guò)程對(duì)環(huán)境無(wú)污染，制造光伏電池卻具有高能耗、高污染特點(diǎn)，這也是制約光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大重要因數(shù)。1.2課題研究現(xiàn)狀綜述1.2.1國(guó)外光伏發(fā)電現(xiàn)狀20世紀(jì)70年代后，歐美各國(guó)開始投資建設(shè)光伏電站，并且在并網(wǎng)技術(shù)方面取得了很大的進(jìn)展。各國(guó)政府看好光伏發(fā)電的前景，都大力支持光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。美國(guó)是從20世紀(jì)80年代開始大力推動(dòng)光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展，數(shù)據(jù)顯示，太陽(yáng)能是美國(guó)發(fā)展最快的發(fā)電形式，在2016到2017年間增長(zhǎng)了41%,預(yù)計(jì)到2050年，太陽(yáng)能將占美國(guó)總裝機(jī)容量的21%[6-7]。以俄亥俄州為例，截至2018年2月，俄亥俄已安裝了176MW的太陽(yáng)能，4個(gè)正在開發(fā)的太陽(yáng)能項(xiàng)目總計(jì)達(dá)550MW,預(yù)計(jì)到2030年，俄亥俄州將實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能裝機(jī)2.2GW,涉及36億美元的投資，每年維持800個(gè)直接就業(yè)崗位和1700多個(gè)間接就業(yè)崗位，并將每年提高州GDP10億美元，可見太陽(yáng)能光伏發(fā)電的前景十分廣闊。

德國(guó)是最先實(shí)施屋頂計(jì)劃的國(guó)家，1993年在政府及電力公司的全力支持下，德國(guó)的1000屋頂計(jì)劃成功進(jìn)入到實(shí)施環(huán)節(jié)，由于效果較好，該項(xiàng)計(jì)劃隨后就升級(jí)為2000屋頂計(jì)劃門。這類光伏發(fā)電系統(tǒng)用戶獲得德國(guó)政府35%的補(bǔ)貼和大約十年的無(wú)息貸款，并且德國(guó)還新制定了光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)，極大促進(jìn)了當(dāng)?shù)毓夥l(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的進(jìn)步和升級(jí)。

日本由于自身土地的缺乏，更加側(cè)重于建筑設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能空間利用，特別是從20世紀(jì)90年代開始，每年都會(huì)有數(shù)萬(wàn)套新建的屋頂光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)投入使用，而且創(chuàng)新設(shè)計(jì)成瓦和玻璃形式的光伏電池組件既實(shí)用又美觀，受到建筑公司的青睞[8]。1.2.2國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電現(xiàn)狀與同緯度的其他國(guó)家相比，中國(guó)太陽(yáng)能資源并不缺乏，與歐洲國(guó)家相比有一定的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)關(guān)于光伏電池的探索始于1958年，并在第二年初開發(fā)出實(shí)用的太陽(yáng)能電池[9]。

對(duì)我國(guó)的光伏發(fā)電歷程進(jìn)行分析，可以看出存在兩次主要的跨越期。1978年之后，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)快速發(fā)展等有利因素的促進(jìn)，我國(guó)也在短時(shí)間內(nèi)引入大量光伏組件生產(chǎn)設(shè)備，推動(dòng)了光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)初,我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了第二次發(fā)展巔峰，隨著國(guó)際項(xiàng)目和政府項(xiàng)目的陸續(xù)啟動(dòng)，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)再次實(shí)現(xiàn)大跨步發(fā)展。2007年末，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展首次超越了歐洲和日本，建立了一個(gè)從原料到生產(chǎn)再到光伏發(fā)電的全過(guò)程產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)。這個(gè)時(shí)期，我國(guó)有五十多家企業(yè)從事電池板生產(chǎn)，總產(chǎn)量高達(dá)1188MW,光伏發(fā)電系統(tǒng)裝機(jī)容量也有了100MW的突破。在政策方面，我國(guó)于2011年制定了關(guān)于太陽(yáng)能利用的“十二五”規(guī)劃，大力推進(jìn)分布式太陽(yáng)能光伏發(fā)電,標(biāo)志著我國(guó)光伏安裝市場(chǎng)進(jìn)入了全面擴(kuò)展階段;隨后的2012年，國(guó)網(wǎng)公司也為推進(jìn)這項(xiàng)工作提出了并網(wǎng)服務(wù)工作指導(dǎo)意見,首次對(duì)其施行10kV直接免費(fèi)接入；2013年，發(fā)布了《關(guān)于做好分布式電源并網(wǎng)服務(wù)工作的意見》，允許戶把用剩余的電反賣至電網(wǎng)，使光伏產(chǎn)業(yè)的并網(wǎng)普及難題得到了一定程度的緩解，同時(shí)加速打開了我國(guó)市場(chǎng)。根據(jù)國(guó)家新能源規(guī)劃，預(yù)計(jì)在2050年可實(shí)現(xiàn)600GW的太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)組突破，提高光伏發(fā)電比重[10]。1.3光伏并網(wǎng)控制策略1.3.1MPPT控制由于光伏電池的輸出關(guān)系曲線在均勻光照條件下為單峰值曲線，因此在特定的工作環(huán)境下存在唯一的最大功率輸出點(diǎn)（MPP），為了提高光伏陣列的利用效率，需要對(duì)光伏電池進(jìn)行最大功率點(diǎn)追蹤（MPPT）控制[11-12]，下面是一些控制方法的介紹。定電壓(CVT)法[13]:恒定電壓法是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出光伏電池輸出電壓受環(huán)境因素尤其是輻照強(qiáng)度影響較小，故調(diào)節(jié)負(fù)載電壓到最大功率點(diǎn)電壓附近可實(shí)現(xiàn)最大功率輸出。其本質(zhì)并不是一種動(dòng)態(tài)控制手段，不能實(shí)時(shí)對(duì)最大功率點(diǎn)進(jìn)行追蹤。這種方法最大的不足是忽略了溫度對(duì)光伏陣列輸出電壓的影響，對(duì)于日溫差較大的地區(qū)，CVT法無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)最大功率輸出，降低光伏電池的效率。擾動(dòng)觀察法[14-15]:擾動(dòng)法觀測(cè)法是通過(guò)不斷重復(fù)性的給光伏電池陣列的施加一電壓干擾，比較擾動(dòng)后其輸出功率的變化值與輸出電壓變化值，如果兩者變化值符號(hào)相反，說(shuō)明已經(jīng)越過(guò)峰值點(diǎn)，則在下一周期在相反的方向加電壓擾動(dòng)，否則保持?jǐn)_動(dòng)的方向不變。該方法實(shí)質(zhì)上是一個(gè)自尋峰過(guò)程，算法編制簡(jiǎn)單易操作，但是當(dāng)控制系統(tǒng)跟蹤到最大功率點(diǎn)后，會(huì)在其附近發(fā)生劇烈振蕩，導(dǎo)致不必要的功率缺失。

電導(dǎo)增量法[16]:電導(dǎo)增量法與擾動(dòng)觀測(cè)法相比最大的優(yōu)勢(shì)在于，其能夠判斷當(dāng)前的輸出點(diǎn)與最大功率點(diǎn)之間的關(guān)系，無(wú)需試探性的施加電壓擾動(dòng)，從而有針對(duì)性的對(duì)輸出電壓做出相應(yīng)的調(diào)整，該方法控制精確，跟蹤速度快，對(duì)外界環(huán)境變化的反應(yīng)能力強(qiáng)，但是要求采樣數(shù)據(jù)要足夠精確，且控制閾值設(shè)定有一定困難。

智能控制的快速發(fā)展使得模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能控制算法也在光伏發(fā)電MPPT控制上得到一定應(yīng)用[17]。尤其是模糊控制，光伏陣列輸出的不確定性以及陣列自身輸出的復(fù)雜非線性，使得模糊控制成了最大功率跟蹤控制的理想控制方式。

1.3.2并網(wǎng)電流控制技術(shù)并網(wǎng)電流控制是光伏發(fā)電控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，電流控制的目的是要實(shí)現(xiàn)對(duì)并網(wǎng)功率因數(shù)的單一控制并使并網(wǎng)電流符合國(guó)家入網(wǎng)要求?？紤]一般情況下發(fā)電設(shè)備發(fā)出與電網(wǎng)電壓同頻同相的三相交流電流后并網(wǎng)，所以在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器也要發(fā)出與電網(wǎng)電壓同步的交流電才可并網(wǎng)，故一般選用電壓型逆變器[18-19]。目前，對(duì)三相系統(tǒng)各量進(jìn)行自動(dòng)控制時(shí)，主要在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系和靜止坐標(biāo)系下完成，有比例控制（PI）、滯環(huán)控制、比例諧振控制（PR）等控制方式[20]。相較于靜止坐標(biāo)系，在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的控制策略可以實(shí)現(xiàn)將輸出電壓和電流轉(zhuǎn)化為直流量，減少控制系統(tǒng)的靜態(tài)誤差。本文選用的基于PI控制下的雙環(huán)控制就是將電網(wǎng)電壓與并網(wǎng)電流轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流量，實(shí)現(xiàn)直流側(cè)母線電壓穩(wěn)定的同時(shí)保證并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓同頻同相，并且在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下便于控制并網(wǎng)的功率因數(shù)。1.4本文完成的主要工作本文就兩級(jí)式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)展開探討，重點(diǎn)分析光伏并網(wǎng)的兩大關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)-最大功率跟蹤控制（MPPT）環(huán)節(jié)和并網(wǎng)逆變控制環(huán)節(jié)展開深入研究。主要內(nèi)容概述如下：介紹了光伏發(fā)電背景及研究現(xiàn)狀，就光伏并網(wǎng)所涉及的兩大關(guān)鍵控制技術(shù)做了簡(jiǎn)要說(shuō)明。介紹光伏電池基本原理及推導(dǎo)出其簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型在Matlab/Simulink仿真平臺(tái)中搭建光伏電池工程應(yīng)用仿真模型，選取1Soltech1STH-215-P型光伏電池進(jìn)行仿真研究并總結(jié)其輸出特性。介紹最大功率跟蹤算法原理，分析比較三種典型的MPPT算法，并提出一種基于BOOST升壓電路的新型擾動(dòng)觀察法，應(yīng)用Simulink進(jìn)行仿真驗(yàn)證。介紹三相逆變器的拓?fù)浼捌漭敵隽吭谌N坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程；分析了SVPWM控制原理及實(shí)現(xiàn)方法；分析LCL型濾波器的抑制諧振的方法，提出一種基于PI控制器的電流電壓雙閉環(huán)控制策略，并在Simulink搭建并網(wǎng)逆變器及其控制器模型。在Matlab/Simulink中搭建并網(wǎng)光伏系統(tǒng)模型，調(diào)節(jié)控制器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)單一功率因數(shù)并網(wǎng)。第2章光伏電池建模及仿真2.1光伏電池的工作原理基于光伏效應(yīng)的光伏電池，在均勻輻照強(qiáng)度下，單片光伏電池的等效電路如圖1所示[21]。圖2-1光伏電池等效電路由可以得出：（2-1）式中：為光生電流；為暗電流；為漏電流；為負(fù)載電流。其中：（2-2）式中：為負(fù)載電壓；為二極管反向飽和電流；為二極管因子，通常取1.3左右；為電子電荷量，；為串聯(lián)電阻，很?。ㄒ话銥閹祝粸椴柶澛?shù)，；為絕對(duì)溫度，。（2-3）式中：為并聯(lián)電阻；結(jié)合式（2-1）、（2-2）、（2-3），得到光伏電池的輸出特性表達(dá)式：（2-4）2.2光伏電池的工程應(yīng)用數(shù)學(xué)模型光伏電池的制造商一般只會(huì)提供在標(biāo)準(zhǔn)條件（即光照強(qiáng)度為，溫度為）下的幾個(gè)參數(shù)，包括開路電壓、短路電流、最大功率、最大功率點(diǎn)處電壓、最大功率點(diǎn)處電流，本文將利用這些已知參數(shù)來(lái)構(gòu)造數(shù)學(xué)表達(dá)式，并搭建光伏電池的仿真模型[22]。在光照強(qiáng)度為，溫度為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下，可對(duì)式（2-4）進(jìn)行簡(jiǎn)化，其簡(jiǎn)化依據(jù)為并聯(lián)等效電阻的阻值較大，由歐姆定律知該電阻分流效果不明顯，可忽略不計(jì)它的影響；此外串聯(lián)電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于二極管正向?qū)娮瑁窢顟B(tài)接近短路運(yùn)行，即可認(rèn)為。則光伏電池的輸出表達(dá)式可通過(guò)上述依據(jù)簡(jiǎn)化為：（2-5）其中：根據(jù)式（2-5）簡(jiǎn)化后輸出特性表達(dá)式和電池技術(shù)參數(shù)，就可以建立光伏電池的數(shù)學(xué)模型，當(dāng)前在Matlab中有兩種途徑對(duì)光伏電池進(jìn)行建模處理[23]，第一種式通過(guò)創(chuàng)建M文件對(duì)其進(jìn)行編程處理，該方法對(duì)編程水平要求高，并且不直觀沒(méi)有動(dòng)態(tài)效果；第二種根據(jù)光伏電池簡(jiǎn)化后輸出特性表達(dá)式和其原理等效電路模型，利用Matlab/Simulink仿真平臺(tái)中的相關(guān)電力電子模塊直接建立其仿真模型，該方法實(shí)現(xiàn)容易，并可以實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試和通過(guò)示波器較直觀的觀察動(dòng)態(tài)輸出波形。本文選用庫(kù)中的電力電子模塊來(lái)搭建光伏電池的仿真模型。2.3光伏電池的輸出特性本文選用1Soltech1STH-215-P型光伏電池進(jìn)行仿真分析，在標(biāo)準(zhǔn)條件下，電池基本參數(shù)如表1所示。表11Soltech1STH-215-P基本參數(shù)表參數(shù)值最大功率開路電壓短路電流最大功率點(diǎn)電壓運(yùn)用單一變量法研究光伏電池的輸出特性，分別在標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下，依次給予光伏電池不同的光照強(qiáng)度；在標(biāo)準(zhǔn)光輻照強(qiáng)度條件下，依次測(cè)試不同的溫度，仿真運(yùn)行通過(guò)示波器顯示出光伏電池模型的U-I、P-U輸出特性曲線。圖2-2不同光照下的曲線圖2-3不同光照下的曲線圖2-4不同溫度下的曲線圖2-5不同溫度下的曲線當(dāng)時(shí)，從圖2-2中三條特性曲線可以看出，光伏電池的輸出電流會(huì)隨著光輻照強(qiáng)度的增強(qiáng)而增大即成正比例關(guān)系，并且光照強(qiáng)度對(duì)影響較大，對(duì)影響較小。由圖2-3輸出特性曲線可知，光伏電池的輸出功率也與光照強(qiáng)度成正比。由圖2-3中的三條特性曲線可以看出，隨著光照強(qiáng)度的改變，在一固定值附近，基本不受影響，該現(xiàn)象也為最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)研究提供依據(jù)[24]。當(dāng)時(shí)，由圖2-4輸出特性曲線可知，光伏電池的輸出電壓受到溫度影響較大，且隨著溫度升高而下降即呈現(xiàn)反比例關(guān)系，短路電流則基本不受溫度影響保持不變。由圖2-5輸出特性曲線可知，在標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下，光伏電池受溫度影響也呈現(xiàn)反比例關(guān)系。即溫度越高，越小，也越低[25]。綜上所述，光伏電池的輸出特性受輻照強(qiáng)度和溫度的影響，呈非線性變化。2.4本章小結(jié)本章介紹了光伏電池的工作原理并將數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化，根據(jù)簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型在仿真平臺(tái)中搭建光伏電池工程應(yīng)用模型，并仿真分析了電池的輸出特性，總結(jié)出光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度對(duì)輸出特性的影響，為下一步研究最大功率跟蹤算法提供理論依據(jù)。最大功率跟蹤策略的研究3.1MPPT控制的基本原理在線性電路中有當(dāng)負(fù)載與等效電源內(nèi)阻相等時(shí)，負(fù)載獲得的輸出功率最大，即最大傳輸功率定理。但從光伏電池的等效拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中可以看出，其電路中含非線性元件，所以的它的輸入-輸出關(guān)系呈現(xiàn)復(fù)雜的非線性，因此根據(jù)最大功率傳輸定理，要使光伏電池負(fù)載獲得最大輸出功率，便要對(duì)光伏系統(tǒng)的負(fù)載阻抗不斷調(diào)整至與電池內(nèi)阻抗匹配[26]。目前，調(diào)節(jié)光伏電池負(fù)載阻抗的主要方法是在光伏電池和負(fù)載之間加入直流斬波電路，通過(guò)改變直流斬波電路的占空比，等效調(diào)節(jié)系統(tǒng)負(fù)載阻抗，使光伏電池始終運(yùn)行在最大功率點(diǎn)附近，從而保證光伏電池最大功率輸出。3.2傳統(tǒng)的MPPT控制算法綜述目前，最大功率跟蹤算法可大致分為傳統(tǒng)算法和智能算法[27]，被廣泛使用的傳統(tǒng)算法有恒定電壓法（）、電導(dǎo)增量法（）和擾動(dòng)觀察法（）；智能算法有模糊控制算法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等[28]。這些算法在控制原理、實(shí)現(xiàn)難易程度、跟蹤速度和跟蹤精度上存在差異，下面介紹三種傳統(tǒng)的MPPT控制算法。3.2.1恒定電壓法CVT法是早期并網(wǎng)光伏工程中應(yīng)用最廣泛且控制原理實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單的一種功率追蹤算法[29]。從圖3-1可以看出，若忽略溫度對(duì)光伏電池陣列輸出電壓的影響，在不同光照下，將光伏電池輸出P-U特性曲線上的最大功率點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的電壓各點(diǎn)連起來(lái)的直線近乎鉛直，也就是說(shuō)它們的值近似相等。研究發(fā)現(xiàn)，與光伏電池開路電壓成正比關(guān)系，比例系數(shù)一般取0.78。這就說(shuō)明將光伏電池廠家提供的電池參數(shù)作為MPPT控制器的目標(biāo)值，不斷調(diào)節(jié)光伏電池的工作電壓，使其工作在處，即使光伏電池發(fā)出的功率最大，從而完成最大功率點(diǎn)跟蹤任務(wù)。圖3-1恒定電壓法原理圖由以上分析可知，該方法的操作過(guò)程簡(jiǎn)單且有較理想的跟蹤速度，實(shí)質(zhì)上就是一種開環(huán)穩(wěn)壓控制，但由于它忽略了環(huán)境溫度對(duì)輸出電壓的影響，在溫差較大地區(qū)，它的跟蹤精度較差。3.2.2電導(dǎo)增量法INC法是基于光伏電池在處這一特征，并通過(guò)功率公式推導(dǎo)出處電導(dǎo)變化量和電導(dǎo)變化率的關(guān)系，比較工作點(diǎn)處電導(dǎo)變化量和電導(dǎo)變化率來(lái)確定工作電壓的改變方向，從而實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)追蹤[30]。圖3-2是電導(dǎo)增量法的原理圖。圖3-2電導(dǎo)增量法原理圖設(shè)在處，光伏電池的輸出電流和電壓分別為和，則此時(shí)輸出功率為：(3-1)兩邊同時(shí)對(duì)求導(dǎo)得：(3-2)又在處，故：(3-3)式（3-3）是達(dá)到的判斷式，結(jié)合圖3-2，可以得到INC法的判斷方法：由上述可知，電導(dǎo)增量法的控制精度較高，可以穩(wěn)定工作在最大功率點(diǎn)處，降低能量損耗，系統(tǒng)的魯棒性能較好，但是該算法需要進(jìn)行大量的計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)成本較高，擾動(dòng)步長(zhǎng)閾值選擇也有一定的難度。3.2.3擾動(dòng)觀測(cè)法擾動(dòng)觀測(cè)法實(shí)質(zhì)上是一種爬坡尋優(yōu)的過(guò)程[31-32]，其基本過(guò)程是對(duì)光伏電池重復(fù)性的施加一正向電壓擾動(dòng)，計(jì)算擾動(dòng)前后輸出功率變化差值并以此為判斷依據(jù)。若處在上坡過(guò)程，則功率差值應(yīng)該大于零，說(shuō)明需要繼續(xù)爬坡，即繼續(xù)加正向電壓擾動(dòng)；若處在下坡過(guò)程，則功率差值應(yīng)該小于零，說(shuō)明需要往反方向爬坡，即下一次擾動(dòng)應(yīng)改變方向，就這樣周而復(fù)始的在山峰附近徘徊。由上述擾動(dòng)觀測(cè)法追蹤原理可知，該算法因其原理簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)成本低，跟蹤速度和跟蹤精度也較理想得到廣泛運(yùn)用。但也存在以下不足：由于不停的施加電壓擾動(dòng)，使得光伏電池的運(yùn)行點(diǎn)在MPP附近來(lái)回振蕩，造成不必要的能量損耗，降低光伏電池的運(yùn)行效率。擾動(dòng)步長(zhǎng)選擇困難。若步長(zhǎng)選擇過(guò)大，加快跟蹤速度，跟蹤精度卻不滿足要求；若步長(zhǎng)選過(guò)小，跟蹤精度提高，跟蹤速度卻下降了。進(jìn)而很難同時(shí)滿足跟蹤速度快且跟蹤精度高的要求。（3）當(dāng)外界環(huán)境不斷變化時(shí)，會(huì)發(fā)生誤跟蹤現(xiàn)象，降低系統(tǒng)可靠性。3.3新型擾動(dòng)觀察法傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法因其算法簡(jiǎn)單和跟蹤效率高而被廣泛應(yīng)用于光伏系統(tǒng)。算法流程如圖6所示，該算法是通過(guò)爬坡尋優(yōu)的方式找到最大功率點(diǎn)[33]。但是在光照強(qiáng)度發(fā)生劇烈變化時(shí)，會(huì)出現(xiàn)誤跟蹤或者追蹤速度慢的問(wèn)題。這是因?yàn)楣庹諒?qiáng)度發(fā)生變化改變了光伏電池的輸出特性，即發(fā)生峰值移動(dòng)現(xiàn)象，而擾動(dòng)觀察法沒(méi)有判斷峰值是否移動(dòng)環(huán)節(jié)，使其朝著錯(cuò)誤方向?qū)?yōu)，減少光伏電池的輸出功率，降低光伏電池的工作效率。為解決這一問(wèn)題，本文提出一種新型擾動(dòng)觀察法，該算法通過(guò)在每次擾動(dòng)過(guò)程中增加恒壓估計(jì)環(huán)節(jié)，維持輸出電壓不變，測(cè)量因環(huán)境發(fā)生變化帶來(lái)的功率差額，并在下次的擾動(dòng)觀測(cè)過(guò)程中補(bǔ)償功率差值，從而達(dá)到對(duì)擾動(dòng)方向進(jìn)行修正的目的。算法流程如圖7所示，該算法存在兩種工作模式：模式1為恒壓估計(jì)環(huán)節(jié)；模式2為擾動(dòng)觀測(cè)環(huán)節(jié)。模式1測(cè)量前一次通過(guò)擾動(dòng)觀測(cè)環(huán)節(jié)得到的輸出電壓和輸出電流，計(jì)算得出當(dāng)前工作電壓對(duì)應(yīng)的輸出功率，并且將輸出電壓保持到下一周期，即令，這樣就能達(dá)到恒壓估計(jì)的目的；模式2測(cè)量恒壓估計(jì)環(huán)節(jié)得到的輸出電壓和電流，計(jì)算得出當(dāng)前工作電壓輸出功率，繼而算出通過(guò)恒壓估計(jì)得到的功率差值，這個(gè)差值只有在外界環(huán)境發(fā)生變化時(shí)非零，并將這個(gè)差值補(bǔ)償?shù)酱舜蔚挠^測(cè)判斷中，起修正擾動(dòng)方向的作用，從而決定下一周期的擾動(dòng)方向，兩種工作模式循環(huán)運(yùn)行。通過(guò)在擾動(dòng)觀測(cè)過(guò)程中增加恒壓估計(jì)環(huán)節(jié)，考慮外界環(huán)境變化對(duì)光伏電池輸出特性的影響，并反饋到下次擾動(dòng)觀測(cè)環(huán)節(jié)中，這樣便有效抑制了傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法在外界環(huán)境劇烈變化時(shí)不能及時(shí)修正擾動(dòng)方向，從而導(dǎo)致誤跟蹤的現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的跟蹤精度與利用效率。圖3-3擾動(dòng)觀察法流程圖圖3-4新型擾動(dòng)觀測(cè)法流程圖3.4搭建仿真模型并分析3.4.1仿真模型搭建由控制系統(tǒng)計(jì)算出最大功率點(diǎn)運(yùn)行時(shí)負(fù)載端電壓，從而求出Boost電路達(dá)到期望負(fù)載電壓需要達(dá)到的占空比，再通過(guò)三角波調(diào)制生成控制脈沖，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制[34]。光伏發(fā)電仿真模型如圖8所示。該模型主要包括光伏電池模塊、直流升壓變換器、控制器模塊等。圖3-5光伏發(fā)電仿真模型圖仿真模型中Boost電路參數(shù)。為了驗(yàn)證在外界環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，新型擾動(dòng)觀察法在不影響跟蹤速度的情況下，跟蹤精度高和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，分別在光照強(qiáng)度呈階躍變化和正弦變化進(jìn)行仿真驗(yàn)證，其中階躍信號(hào)為在時(shí)，光照強(qiáng)度由0躍變?yōu)?；正弦信?hào)是。圖3-6階躍光照下的輸出功率圖3-7正弦光照下的輸出功率3.4.2仿真結(jié)果分析從圖3-6可以看出，在光照強(qiáng)度呈階躍變化時(shí)，即在0s后，光照強(qiáng)度維持在1000，此時(shí)傳統(tǒng)與新型擾動(dòng)觀察法同時(shí)跟蹤到最大功率點(diǎn)，且均沒(méi)有發(fā)生誤跟蹤現(xiàn)象，兩種算法具有相同的跟蹤精度與跟蹤速度。這是因?yàn)楫?dāng)光照強(qiáng)度維持在一恒定值時(shí)，光伏電池的輸出特性不變，最大功率點(diǎn)所在位置不變，所以傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法也就不會(huì)誤追蹤。從圖3-7可以看出，在光照強(qiáng)度呈正弦變化時(shí)，即光照強(qiáng)度在時(shí)刻變化，此時(shí)傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法出現(xiàn)誤追蹤情況，從而影響跟蹤精度，降低光伏發(fā)電效率；而新型擾動(dòng)觀察法能夠?qū)ψ畲蠊β庶c(diǎn)進(jìn)行精確跟蹤。這是因?yàn)楣庹諒?qiáng)度發(fā)生劇烈變化，改變了光伏電池的輸出特性曲線上的峰值位置，所以導(dǎo)致傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法尋優(yōu)方向出錯(cuò)，而新型擾動(dòng)觀察法增加了恒壓估計(jì)環(huán)節(jié)，測(cè)量因光照強(qiáng)度改變帶來(lái)的功率差額，并補(bǔ)償?shù)较麓蔚臄_動(dòng)觀測(cè)過(guò)程中，從而避免了誤跟蹤現(xiàn)象。實(shí)際工程應(yīng)用中，多數(shù)時(shí)間段光照強(qiáng)度不斷變化，所以說(shuō)新型擾動(dòng)觀察法具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。3.5本章小結(jié)本章詳述了傳統(tǒng)最大功率追蹤算法原理，為了克服傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法在外界環(huán)境不斷變化時(shí)的誤追蹤問(wèn)題，提出一種新型擾動(dòng)觀察法，該算法在擾動(dòng)觀測(cè)過(guò)程中，增加恒壓估計(jì)環(huán)節(jié)，測(cè)量因光照強(qiáng)度改變帶來(lái)的功率差，并補(bǔ)償?shù)较麓蔚臄_動(dòng)觀測(cè)過(guò)程中，從而解決了誤跟蹤問(wèn)題，提高了光伏電池的發(fā)電效率。通過(guò)Simulink搭建光伏發(fā)電仿真模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證，結(jié)果顯示當(dāng)光照強(qiáng)度呈正弦變化時(shí)，新型擾動(dòng)觀察法能夠克服傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法村子的誤追蹤問(wèn)題，驗(yàn)證了新型追蹤算法的有效性。第4章三相光伏并網(wǎng)逆變器的建模和分析4.1三相光伏并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型逆變器橋臂控制開關(guān)頻次較高，會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，嚴(yán)重影響電網(wǎng)電能質(zhì)量。目前，接在光伏場(chǎng)站與電網(wǎng)間的濾波電路結(jié)構(gòu)有型、型和型。型和型濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和參數(shù)設(shè)計(jì)容易，對(duì)低頻諧波有一定的抑制作用，但對(duì)高頻諧波的濾除效果不理想。而采用LCL型濾波器成本低、體積小且動(dòng)態(tài)效應(yīng)好，最主要的是有良好的高頻衰減特性，對(duì)高頻電流呈高阻狀態(tài)，可以很好的抑制入網(wǎng)電流高頻諧波[35-36]。本章的研究對(duì)象選擇含型濾波電路的兩級(jí)三相光伏并網(wǎng)逆變器，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4-1所示。圖中為直流側(cè)母線電壓，為直流側(cè)濾波電容，為全橋逆變電路的六個(gè)開關(guān)管，為濾波器輸入電壓，為濾波器側(cè)輸入三相電流，為逆變器側(cè)濾波電感，為電網(wǎng)側(cè)濾波電感，、是濾波電感的寄生電阻，為濾波電容，、為上的電流和電壓，為并網(wǎng)三相電流，是電網(wǎng)電壓，P和N為直流電路的正負(fù)極，M與O分別為濾波電容和電網(wǎng)電壓的中性點(diǎn)[37]。圖4-1逆變器拓?fù)鋱D4.1.1三相靜止abc坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型在并網(wǎng)光伏逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖4-1中可以選取變量流過(guò)逆變器側(cè)的電感電流，濾波電容上的電壓和流過(guò)電網(wǎng)側(cè)電感及并網(wǎng)電流來(lái)建立其在abc坐標(biāo)系下的理想化數(shù)學(xué)模型，即認(rèn)為電感電流與電容電壓均不突變，不計(jì)IGBT的開關(guān)過(guò)程和死區(qū)時(shí)間和三相電網(wǎng)電壓處于對(duì)稱狀態(tài)。運(yùn)用基爾霍夫電流定律可以推導(dǎo)出并網(wǎng)光伏逆變器在三相靜止abc坐標(biāo)系下的空間狀態(tài)方程。（4-1）（4-2）（4-3）由式（4-1）、（4-2）、（4-3）可以得出，LCL型三相并網(wǎng)逆變器在abc坐標(biāo)系下各相變量具有相同結(jié)構(gòu)形式的微分方程，故可選取任意一相求取逆變器輸出電壓到并網(wǎng)電流的傳遞函數(shù)，即系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)（不計(jì)電網(wǎng)電壓的作用）：（4-4）由于在abc坐標(biāo)系下的對(duì)稱三相系統(tǒng)中，各相傳遞函數(shù)形式一致，故可將對(duì)稱三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)看成三個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)進(jìn)行分析。由基爾霍夫電流定律可知星接三相并網(wǎng)電流之和為零，故有一相電流可由其他兩相電流變量表示，因此只需要控制兩相并網(wǎng)電流便可實(shí)現(xiàn)對(duì)并網(wǎng)電流的控制。在坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程組中各狀態(tài)變量的系數(shù)為時(shí)變系數(shù)，在對(duì)并網(wǎng)電流進(jìn)行控制時(shí)會(huì)引起靜態(tài)誤差，影響控制精度。因此有必要進(jìn)行坐標(biāo)變換，可將坐標(biāo)系下的各變量轉(zhuǎn)換到αβ或坐標(biāo)系下[38]。4.1.2兩相靜止αβ坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型在對(duì)稱三相并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中，三相矢量變量和為零，故其中只有兩個(gè)是獨(dú)立變量，可通過(guò)變換，將三相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的狀態(tài)方程轉(zhuǎn)換到兩相靜止坐標(biāo)系下[39]。坐標(biāo)變換原理如下圖4-2所示：圖4-2變換原理圖坐標(biāo)系下的三相變量到坐標(biāo)系下的兩相變量的變換矩陣：（4-5）將式（4-5）代入到式（4-1）、（4-2）、（4-3）中，可得到坐標(biāo)系下的狀態(tài)空間方程：（4-6）（4-7）（4-8）由式（4-6）、（4-7）、（4-8）可知，經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變化后，與坐標(biāo)系下的空間狀態(tài)方程相比，α軸上的變量與β軸上的變量相互獨(dú)立，并且控制量減少，控制成本得到降低[40]。4.1.3兩相旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型由上述可知，Clark變化后，α、β軸上的各變量不存在耦合關(guān)系，但是并網(wǎng)逆變器輸出的電壓和并網(wǎng)電流仍為時(shí)變量，靜態(tài)誤差便仍然存在，使得控制系統(tǒng)控制精度不滿足要求。所以還需要進(jìn)行坐標(biāo)變換將時(shí)變量變?yōu)橹绷髁浚琍ark變換可以實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，其變換原理如下圖4-3所示，圖中為同步旋轉(zhuǎn)角頻率。圖4-3變換原理圖αβ坐標(biāo)變換到坐標(biāo)的變換矩陣：（4-9）將式（4-9）代入式（4-6）、（4-7）、（4-8）中得到坐標(biāo)系下的的空間狀態(tài)方程：（4-10）（4-11）（4-12）由式（4-10）、（4-11）、（4-12）知，在兩相同步旋轉(zhuǎn)dq坐標(biāo)系下，被控對(duì)象前系數(shù)由時(shí)變量轉(zhuǎn)換為直流量，這樣便消除系統(tǒng)靜態(tài)誤差。但是d軸與q軸的各變量間存在交叉耦合關(guān)系，為了使控制系統(tǒng)的跟蹤效果處于理想狀態(tài)，有必要將電流解耦后進(jìn)行反饋控制[41]。4.2SVPWM控制4.2.1SVPWM控制原理SPWM調(diào)制是一種使輸出波形為正弦波的調(diào)制方法，即先使輸出電壓波形接近正弦波，從而通過(guò)拓?fù)浼s束間接控制電流波形。由電機(jī)學(xué)理論可知，三相交流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行原理是在定子側(cè)接入三相交流電，交流電流在空間對(duì)稱的定子繞組中形成旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子繞組存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，故切割繞組產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流在磁場(chǎng)中受到安培力從而產(chǎn)生穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩。結(jié)合交流電動(dòng)機(jī)的工作原理，逆變器的控制最終也是為了產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)軌跡為圓形的磁場(chǎng)，可借助不同空間電壓矢量的交替作用實(shí)現(xiàn)對(duì)磁鏈軌跡的控制，故稱此為空間電壓矢量調(diào)制（SVPWM）。在三相光伏并網(wǎng)逆變器中利用逆變器各橋臂上開關(guān)器件的不同組合以及匹配開斷時(shí)間，使得空間電壓軌跡接近圓，從而實(shí)現(xiàn)SVPWM控制[42]。在三相電壓型逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖4-1中，逆變器中的IGBT采用導(dǎo)通方式。為表示各橋臂導(dǎo)通狀態(tài)定義狀態(tài)函數(shù)為：（4-13）全橋逆變電路上每個(gè)橋臂有兩種狀態(tài)，故三個(gè)橋臂共有八種狀態(tài)，每一種狀態(tài)都對(duì)應(yīng)一個(gè)基本電壓矢量，故包括，其中為零矢量，下面以為例進(jìn)行分析，即。設(shè)系統(tǒng)接三相對(duì)稱負(fù)載，忽略各開關(guān)管導(dǎo)通壓降，可得各相電壓關(guān)系：（4-14）得到該組合下的各相相電壓：（4-15）故將該狀態(tài)下的三相相電壓代入得到αβ坐標(biāo)系下的合成電壓為：(4-16)將式（4-15）代入到式（4-16），得到該組的相量為：（4-17）按照此算法分析各種開斷方式下的基本電壓矢量，如表4-1所示。表4-1基本電壓矢量表A相B相C相合成矢量矢量標(biāo)號(hào)00000000010100111001011101110000由表4-1可知，不同開關(guān)組合的基本電壓矢量在αβ坐標(biāo)系下只存在相位差異，大小均為，各矢量在復(fù)平面上分布如圖4-4所示。圖4-4基本電壓矢量分布圖由圖4-4可知，六個(gè)非零矢量對(duì)稱分布在復(fù)平面上，兩個(gè)零矢量位于坐標(biāo)原點(diǎn)。SVPWM調(diào)制的最終目的是獲得圓形電壓矢量軌跡，由圖4-4可知，八個(gè)基本電壓矢量依次單獨(dú)作用獲得的電壓軌跡是正六邊形，因此需要引入更多的合成電壓矢量使得軌跡無(wú)限接近圓形。合成矢量的獲得方式是通過(guò)矢量疊加同一扇區(qū)的兩個(gè)基本電壓矢量與零矢量，從控制時(shí)間按邏輯上來(lái)看，兩種開關(guān)組合不能同一時(shí)刻出現(xiàn)，但在IGBT開斷頻率遠(yuǎn)高于三相輸出電壓頻率的情況下，相鄰基本矢量的作用間隔遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于輸出電壓周期，故可近似認(rèn)為同時(shí)作用，則可以用基本向量合成中間矢量。合成中間矢量越多，矢量軌跡也就越接近圓形。利用伏秒平衡原則確定基本矢量在合成矢量中的比例系數(shù)，原理表達(dá)式為：（4-18）（4-19）式中，為合成電壓矢量，為取樣作用時(shí)間，分別為同一扇區(qū)非零矢量和零矢量的作用時(shí)間。式（4-18）、（4-19）的物理意義是合成矢量在時(shí)間內(nèi)的作用效果與分別在作用時(shí)間產(chǎn)生的效果等同。4.2.2SVPWM控制實(shí)現(xiàn)通過(guò)上述分析，可按照以下步驟實(shí)現(xiàn)控制：區(qū)號(hào)判斷合成矢量在αβ坐標(biāo)系下的電壓分別為和，定義abc坐標(biāo)系下三相變量，通過(guò)Clark逆變換，可以得到：（4-20）定義符號(hào)變量A、B、C，若，則，否則；同理，若，則，否則；若，則，否則。令變量S為扇區(qū)區(qū)號(hào)，且，可以計(jì)算出各扇區(qū)對(duì)應(yīng)的編號(hào)S，如下表4-2所示。表4-2扇區(qū)編號(hào)對(duì)照表S315462扇區(qū)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ基本矢量作用時(shí)間計(jì)算合成電壓矢量區(qū)號(hào)確定下來(lái)后，就需要計(jì)算基本矢量的作用時(shí)間，以Ⅰ號(hào)扇區(qū)加以分析，在內(nèi)，定義分別為和零矢量的作用時(shí)間，由伏秒平衡定理可得： （4-21）又，，代入式（21）得： （4-22）（4-23）按照此方法，可以計(jì)算出合成電壓矢量在其他各扇區(qū)時(shí)基矢量作用時(shí)間，定義記號(hào)變量為：（4-24）在六個(gè)扇區(qū)中合成電壓矢量時(shí)，基矢量作用時(shí)間如表4-3所示。表4-3各扇區(qū)基本矢量作用時(shí)間基本矢量作用時(shí)間ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ-ZZX-X-YYXY-YZ-Z-X在計(jì)算，時(shí)，有時(shí)會(huì)由于逆變器的輸入控制信號(hào)過(guò)大，發(fā)生過(guò)調(diào)制，即出現(xiàn)的情況，這就需要對(duì)作用時(shí)間進(jìn)行修正，對(duì)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化：（4-25）基本矢量切換時(shí)刻確定確定合成矢量所在扇區(qū)和基矢量的作用時(shí)間后，需要計(jì)算出各扇區(qū)的基矢量切換時(shí)間，定義時(shí)間變量：（4-26）式中，分別為空間電壓矢量的先后作用時(shí)間。由此可計(jì)算出空間矢量切換點(diǎn)與各扇區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表4-4所示。表4-4各扇區(qū)切換時(shí)刻對(duì)照表扇區(qū)ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ4.3本章小結(jié)本章分別在旋轉(zhuǎn)和靜止坐標(biāo)系下建立LCL型兩級(jí)式三相電壓型光伏并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型并分析比較各自在控制方面的優(yōu)缺點(diǎn)，還闡述了空間電壓矢量調(diào)制原理和實(shí)現(xiàn)步驟，為下一章并網(wǎng)控制策略的制定提供理論支撐。第5章并網(wǎng)逆變控制策略的研究5.1并網(wǎng)逆變控制策略概述并網(wǎng)逆變控制策略是光伏發(fā)電系統(tǒng)的又一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)[43]。其主要作用有兩方面，一方面維持直流側(cè)母線電壓穩(wěn)定；另一方面是控制并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓同步。為了保證THD%符合國(guó)家入網(wǎng)要求，常常加入濾波器。目前，并網(wǎng)電流控制可分為直接電流和間接電流控制。5.1.1間接電流控制間接電流控制指的是利用逆變器輸出電壓與并網(wǎng)電流之間的拓?fù)浼s束實(shí)現(xiàn)對(duì)并網(wǎng)電流的間接控制，即通過(guò)控制電壓達(dá)到控制電流的目的[44]。間接電流控制方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有反饋結(jié)構(gòu)，具有良好的穩(wěn)態(tài)性能。但是它不是以并網(wǎng)電流作為直接控制對(duì)象，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)并網(wǎng)電流波動(dòng)做出瞬時(shí)反應(yīng)，造成并網(wǎng)電流波形品質(zhì)較差，對(duì)系統(tǒng)偏差抑制能力也不足。因此該控制策略不常用于實(shí)際工程應(yīng)用中。5.1.2直接電流控制直接電流控制是目前應(yīng)用較多的并網(wǎng)逆變控制方式，其實(shí)質(zhì)是一種閉環(huán)控制。它直接以并網(wǎng)電流作為控制對(duì)象，加入反饋控制實(shí)時(shí)跟蹤參考電流，使得系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性能，同時(shí)具有較強(qiáng)的抑制電流波動(dòng)能力，改善并網(wǎng)電流波形，系統(tǒng)的魯棒性能也得以提高[45]。目前廣泛應(yīng)用的直接電流控制方式有比例積分控制（控制）、比例諧振控制（控制）和重復(fù)控制[46-47]，比較分析如下?？刂瓶刂破靼ū壤{(diào)節(jié)器和積分調(diào)節(jié)器，是目前并網(wǎng)逆變器應(yīng)用最為廣泛的一種控制方法。其優(yōu)點(diǎn)在于控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)魯棒性能好。PI控制器的原理框圖如下圖5-1所示。圖5-1控制器原理框圖比例調(diào)節(jié)器作用是對(duì)當(dāng)前控制變量誤差進(jìn)行處理，將被控信號(hào)的偏差按照所設(shè)比例放大，控制系統(tǒng)作用后，使誤差降到最小。增加比例系數(shù)會(huì)加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減小穩(wěn)態(tài)誤差，若太大則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩次數(shù)過(guò)多，破壞穩(wěn)定性。積分調(diào)節(jié)器作用是對(duì)過(guò)去信息進(jìn)行控制，使得系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差降低甚至達(dá)到無(wú)誤差控制效果。積分常數(shù)與其調(diào)節(jié)作用成反比例關(guān)系，即增加控制效果反而減弱。由以上分析可知，理論上PI控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)直流信號(hào)的無(wú)靜態(tài)誤差控制效果，整個(gè)控制系統(tǒng)具有較理想的動(dòng)態(tài)性能。所以在三相并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中應(yīng)用PI控制時(shí)，需要將abc坐標(biāo)系下的時(shí)變量經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變化到dq坐標(biāo)系下的直流量，并且在設(shè)計(jì)時(shí)注意d軸和q軸變量的解耦。此外，實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，為了維持直流側(cè)母線電壓的恒定，需要配合電壓外環(huán)控制使用?？刂瓶刂破靼ū壤{(diào)節(jié)器和諧振調(diào)節(jié)器，與控制相似，其控制原理框圖如下圖5-2所示。不同的地方是將PI控制的積分控制換成諧振控制環(huán)節(jié)，其作用是在諧振點(diǎn)處無(wú)限放大被控信號(hào)，提高控制系統(tǒng)的抵抗電網(wǎng)電壓干擾的能力，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)并網(wǎng)電流的無(wú)靜差控制。其缺點(diǎn)是只能在特定諧振點(diǎn)頻率處對(duì)被控信號(hào)提供無(wú)限大增益，即帶寬受限，在電網(wǎng)電壓頻率波動(dòng)時(shí)，控制效果不是很理想。為此，一些學(xué)者提出準(zhǔn)PR控制策略以減小電網(wǎng)頻率偏移對(duì)并網(wǎng)電流控制效果的影響。圖5-2控制器原理框圖重復(fù)控制重復(fù)控制是指在穩(wěn)定的閉環(huán)控制系統(tǒng)中加入一個(gè)描述外界重復(fù)性干擾信號(hào)的數(shù)學(xué)模型，即運(yùn)用內(nèi)模控制原理的方法，其原理框圖如圖5-3所示。如果控制系統(tǒng)受到重復(fù)性擾動(dòng)，控制器會(huì)記憶擾動(dòng)發(fā)生位置并通過(guò)反饋電流與參考電流的誤差，輸出對(duì)應(yīng)的校正信號(hào)，從而減小并網(wǎng)電流受到擾動(dòng)后，出現(xiàn)重復(fù)性波動(dòng)。對(duì)三相并網(wǎng)光伏逆變器來(lái)說(shuō)，并網(wǎng)電流發(fā)生畸變的主要原因是電網(wǎng)電壓的周期性擾動(dòng)和死區(qū)效應(yīng)。采用重復(fù)控制能夠有效抑制重復(fù)性干擾信號(hào)，改善并網(wǎng)電流波形質(zhì)量。圖5-3控制器原理框圖重復(fù)控制與控制和控制相比，突出優(yōu)勢(shì)在于對(duì)高次與低次諧波均能有效抑制，但在實(shí)際工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)它在控制過(guò)程中延遲一個(gè)參考周期輸出控制指令，導(dǎo)致系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能不是很理想。所以常常與控制或控制結(jié)合使用，達(dá)到最理想的控制效果。5.2基于PI控制器的雙閉環(huán)控制策略5.2.1并網(wǎng)電流直接反饋采用基于控制器并網(wǎng)電流直接反饋控制策略時(shí)，忽略濾波電感上的寄生電阻[48]，其原理框圖如圖5-4所示。圖5-4控制原理框圖圖中，控制器的傳遞函數(shù)為：（5-1）為逆變器的傳遞函數(shù)：（5-2）式中，為逆變器的等效增益，為逆變器的時(shí)間常數(shù)。并網(wǎng)電流與逆變器輸出電壓之間的傳遞函數(shù)為：（5-3）不計(jì)電網(wǎng)電壓擾動(dòng)時(shí)。由式（5-1）、（5-2）、（5-3）可以計(jì)算得到采用并網(wǎng)電流直接反饋控制的開環(huán)傳遞函數(shù)：（5-4）又逆變器開關(guān)頻率高，，上式可簡(jiǎn)化為：（5-5）在單位負(fù)反饋控制系統(tǒng)中，閉環(huán)傳遞函數(shù)與開環(huán)傳遞函數(shù)存在如下關(guān)系：（5-6）將式（5-5）代入式（5-6）可以得出系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)：（5-7）其特征方程為：（5-8）式（5-8）中的系數(shù)為零，故其開環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)均在坐標(biāo)軸虛軸上，即會(huì)導(dǎo)致在某一頻率發(fā)生諧振，影響系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。此外，實(shí)際工程應(yīng)用中電網(wǎng)電壓擾動(dòng)不可忽略，并且該控制策略是通過(guò)控制改變逆變器的橋臂電壓完成對(duì)并網(wǎng)電流的控制，忽略了濾波器的電容電流，逆變器側(cè)的濾波電感電流都會(huì)對(duì)并網(wǎng)電流的控制產(chǎn)生影響，為了達(dá)到理想的控制效果，有必要考慮這些量。此外，為了解決并網(wǎng)電流直接反饋控制策略存在的諧振問(wèn)題，可通過(guò)選用適當(dāng)?shù)目刂剖侄蝸?lái)引入虛擬阻尼，因此下文分析逆變側(cè)電流反饋和并網(wǎng)電流反饋與電容電流前饋結(jié)合的控制策略。5.2.2逆變器側(cè)電流直接反饋控制采用逆變器側(cè)電流直接反饋的控制策略的原理框圖如下圖5-5所示[49]。圖5-5控制原理框圖不計(jì)電網(wǎng)電壓擾動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：（5-9）故可得閉環(huán)傳遞函數(shù)：（5-10）系統(tǒng)的特征方程為：（5-11）與式（5-8）相比，逆變器側(cè)電流反饋通過(guò)引入虛擬阻尼，使得特征方程中的系數(shù)不為零，故可以判斷出該控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)在虛軸左側(cè)存在極點(diǎn)，即該系統(tǒng)是穩(wěn)定的，有效解決了并網(wǎng)電流直接反饋中的諧振問(wèn)題。但是逆變器側(cè)電流與并網(wǎng)電流不能同時(shí)采樣，因此很難實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)電流控制，導(dǎo)致并網(wǎng)電流控制滯后，并網(wǎng)功率因數(shù)較低。5.2.3并網(wǎng)電流反饋與電容電流前饋的雙環(huán)控制策略由上述分析可知，并網(wǎng)電流直接反饋控制策略存在諧振問(wèn)題，直接破壞控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為此，為了抑制諧振幅值尖峰引入虛擬阻尼，采用逆變器側(cè)電流反饋控制策略，分析發(fā)現(xiàn)該方法不能實(shí)時(shí)控制并網(wǎng)電流和很難實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)并網(wǎng)。故針對(duì)以上問(wèn)題，在并網(wǎng)電流反饋的基礎(chǔ)上加入電容電流反饋環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)作用是增加系統(tǒng)虛擬阻尼，很好的彌補(bǔ)了并網(wǎng)電流直接反饋的不足[50]，其原理框圖如下圖5-6所示。圖5-6控制原理框圖該控制策略的開環(huán)傳遞函數(shù)為：（5-12）系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：（5-13）特征方程為：（5-14）由式（5-14）可以看出，引入電容電流前饋環(huán)節(jié)后，有效的抑制LCL型濾波器諧振波峰幅值同時(shí)，改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。由知，電容電流不僅可以補(bǔ)償控制系統(tǒng)由于電網(wǎng)電壓擾動(dòng)引起并網(wǎng)電流缺額還能穩(wěn)定電容電壓。此外，該控制手段不影響諧波濾除。5.2.4基于PI控制器的電壓外環(huán)控制策略基于控制器的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)如下圖5-7所示。圖5-7控制系統(tǒng)圖控制系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)是采用上述的并網(wǎng)電流反饋與電容電流前饋的雙電流環(huán)控制策略，且將控制變量轉(zhuǎn)換到dq坐標(biāo)系下；外環(huán)為電壓環(huán)，設(shè)計(jì)目的是為了維持母線電壓恒定，從而保證并網(wǎng)電流波形質(zhì)量。直流母線電壓的控制是通過(guò)控制電流d軸分量來(lái)實(shí)現(xiàn)的，故電壓外環(huán)的輸出量就是電流內(nèi)環(huán)d軸分量的輸入值。為實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)，需令電流q軸分量參考值，這樣便使得電網(wǎng)電壓與并網(wǎng)電流矢量方向一致。電壓外環(huán)的控制框圖如下圖5-8所示。圖5-8電壓外環(huán)控制框圖圖中是電流內(nèi)環(huán)傳遞函數(shù)。5.3并網(wǎng)光伏全系統(tǒng)仿真分析5.3.1光伏系統(tǒng)仿真模型搭建為了驗(yàn)證本文提出的的基于PI控制器的雙閉環(huán)控制策略的有效性，依據(jù)以上原理分析，在Matlab/Simulink仿真軟件中搭建兩級(jí)式三相并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)模型，并在光伏場(chǎng)站與電網(wǎng)間接入LCL型濾波器，如下圖5-9所示。該模型主要包括光伏電池陣列、BOOST升壓電路、MPPT控制算法模塊、逆變器控制模塊及SVPWM調(diào)制模塊[52]。圖5-9并網(wǎng)光伏系統(tǒng)仿真模型光伏發(fā)電系統(tǒng)模型參數(shù)如表5-1所示。表5-1光伏系統(tǒng)參數(shù)表名稱值電網(wǎng)相電壓有效值220電網(wǎng)頻率50直流側(cè)電壓700直流側(cè)電容2200開關(guān)頻率10逆變器側(cè)電感0.8電網(wǎng)側(cè)電感0.2濾波電容50寄生電阻0.055.3.2仿真結(jié)果分析基于PI控制器的雙閉環(huán)控制策略下的并網(wǎng)電流波形如圖5-10所示。為觀察并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓是否同步即是否實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)并網(wǎng)，有兩種途徑，一種是將A相并網(wǎng)電流和A相電網(wǎng)電壓輸入到同一示波器，生成波形對(duì)比圖，如圖5-11所示；另一種是通過(guò)測(cè)量輸出功率因數(shù)。此外，為測(cè)得電流諧波總畸變率可利用powergui中的傅里葉分析工具，對(duì)并網(wǎng)電流進(jìn)行諧波分析，如圖5-12所示。圖5-10并網(wǎng)電流波形圖5-11并網(wǎng)電流與電壓對(duì)比圖圖5-12FFT諧波分析結(jié)果圖從圖5-10可以看出，光伏發(fā)電系統(tǒng)秒并網(wǎng)后，三相電流波形比較理想；從圖5-11可以看出，并網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓無(wú)相位差，基本同步并實(shí)現(xiàn)單一功率因數(shù)并網(wǎng)；從圖5-12可以看出，光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后，電流諧波總畸變率THD%=0.07%遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于我國(guó)規(guī)定的入網(wǎng)要求（）,電流波形質(zhì)量很好，驗(yàn)證了本文所采用的并網(wǎng)控制策略的正確性。5.4本章小結(jié)本章為解決型濾波器存在的諧振尖峰問(wèn)題，提出了一種基于控制器的電流內(nèi)環(huán)與電壓外環(huán)的控制策略。最后，在中搭建光伏并網(wǎng)模型，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所選控制策略的準(zhǔn)確性。結(jié)論與展望研究新能源并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)對(duì)解決當(dāng)下能源枯竭威脅與環(huán)境問(wèn)題意義重大。太陽(yáng)能作為一種理想綠色新能源，對(duì)其并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的研究一直受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注。本文選用的研究對(duì)象是三相并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)其中的控制和并網(wǎng)逆變控制這兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究分析。主要研究成果總結(jié)如下：（1）介紹了光伏電池的工作原理并推導(dǎo)出其簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，根據(jù)簡(jiǎn)化后模型在Simulink仿真平臺(tái)中搭建光伏電池工程應(yīng)用模型，并仿真分析了1Soltech1STH-215-P電池的輸出特性，總結(jié)出光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度對(duì)輸出特性的影響，為下一步研究最大功率跟蹤算法提供理論依據(jù)。（2）詳述了三種傳統(tǒng)最大功率追蹤算法原理，并比較分析各自優(yōu)缺點(diǎn)。為了克服傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法在外界環(huán)境不斷變化時(shí)的誤追蹤問(wèn)題，提出一種新型擾動(dòng)觀察法，該算法在擾動(dòng)觀測(cè)過(guò)程中，增加恒壓估計(jì)環(huán)節(jié)，測(cè)量因光照強(qiáng)度改變帶來(lái)的功率差，并補(bǔ)償?shù)较麓蔚臄_動(dòng)觀測(cè)過(guò)程中，從而解決了誤跟蹤問(wèn)題，提高了光伏電池的發(fā)電效率。通過(guò)Matlab/Simulink搭建光伏發(fā)電仿真模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果顯示當(dāng)光照強(qiáng)度呈正弦變化時(shí)，新型擾動(dòng)觀察法能夠解決傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法的誤跟蹤問(wèn)題，驗(yàn)證了該算法的有效性。（3）完成在靜止和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下光伏并網(wǎng)逆變器數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)，并闡述了SVPWM的控制原理和實(shí)現(xiàn)方法，為并網(wǎng)控制策略的研究提供理論依據(jù)。（4）對(duì)比分析了三種廣泛應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)控制策略，并詳述各自的優(yōu)缺點(diǎn)。針對(duì)并網(wǎng)電流直接反饋時(shí)的諧振尖峰問(wèn)題，提出了一種基于控制器的雙閉環(huán)控制策略。最后，在Simulink中搭建光伏并網(wǎng)模型，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所選控制策略的有效性及合理性。受到個(gè)人知識(shí)水平和研究時(shí)間的限制，對(duì)本課題的研究尚未深入通透，還有很多地方需要改進(jìn)。為此，在后續(xù)研究中，打算從以下幾個(gè)方面著手探索：（1）本文選用BOOST電路作為直流變換器，這并不是最理想的變換器，目前有學(xué)者提出使用新型準(zhǔn)Z源三電平Boost直流變化器，后續(xù)將會(huì)深入研究。（2）本文對(duì)光伏電池陣列進(jìn)行建模研究時(shí)，假設(shè)每塊電池板的輸出特性一致，而實(shí)際工程應(yīng)用中，由于受到電池型號(hào)與局部遮蔭的影響，光伏電池輸出特性曲線出現(xiàn)多峰值。為此，本文提出的新型擾MPPT算法將會(huì)受到挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步優(yōu)化。（3）與本文所設(shè)計(jì)的光伏系統(tǒng)相比，在電網(wǎng)側(cè)與逆變器間加入變壓器進(jìn)行隔離的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)可以有效解決電網(wǎng)直流分量過(guò)多的問(wèn)題，一定程度上降低對(duì)電網(wǎng)設(shè)備的破壞。（4）本文提出的并網(wǎng)控制策略的前提條件是三相平衡系統(tǒng)，對(duì)三相不平衡、孤島效應(yīng)及低電壓穿越等特殊狀態(tài)還未展開研究。參考文獻(xiàn)鄒才能，趙群，張國(guó)生.能源革命:從化石能源到新能源[J].天然氣工業(yè)，2016,

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2017，

29(3)：

104-109.[16]Tey

K

S，S.

Modified

incremental

conductance

MPPT

algorithm

tomitigate

inaccurate

responses

under

fast-changing

solar

irradiation

level[J].

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[21]Xiong

Y

S,，Qian

S

X，

Liu

Q

S.

Single-Stage

Grid-Connected

Photovoltaic

System

Based

on

Sliding

Mode

and

PI

Control[J].

Advanced

Ma