双级式光伏并网逆变器研究样本
单相两级式非隔离光伏并网逆变器的研究
单相两级式非隔离光伏并网逆变器的研究单相两级式非隔离光伏并网逆变器的研究引言：近几年来，随着全球能源需求的不断增长和对环境保护的呼吁，光伏发电作为一种清洁可再生能源得到了广泛关注和应用。
光伏并网逆变器作为光伏发电系统的核心设备之一，其功能是将光伏电池组件输出的直流电转换为交流电，并将其注入到电网中。
然而，传统的隔离式光伏并网逆变器存在效率较低和体积较大的缺点，因此非隔离型逆变器的研究在近年来引起了广泛的关注。
1. 单相两级式非隔离光伏并网逆变器的原理单相两级式非隔离光伏并网逆变器采用了两级逆变结构，分别是高频变换器级和低频逆变器级。
高频变换器级将光伏电池组件输出的直流电转换为高频交流电，并通过高频变压器将其提升到合适的电压。
低频逆变器级则将高频交流电转换为稳定的50Hz/60Hz交流电，并通过滤波器将其注入到电网中。
整个过程中不需要采用隔离变压器进行电气隔离，从而减小了体积和重量。
2. 单相两级式非隔离光伏并网逆变器的优势相比传统的隔离式光伏逆变器，单相两级式非隔离光伏并网逆变器具有许多明显的优势。
首先，非隔离型逆变器由于不需要采用隔离变压器，减小了体积和重量。
在光伏系统的安装和布置上更加灵活，减少了占地面积和材料的使用。
其次，非隔离型逆变器由于采用了两级逆变结构，降低了逆变过程中能量损耗和热量产生。
相比单级逆变器，更高的效率可以提高系统的整体发电量和经济效益。
再次，非隔离型逆变器可以实现更高的输入电压范围。
传统的隔离式光伏逆变器需要先将光伏电池组件的输出电压通过变压器降压到逆变器的工作电压范围，这一过程会产生较大的功率损耗。
而非隔离型逆变器可以直接利用光伏电池组件的输出电压，提高了能量的利用率。
最后，非隔离型逆变器具有更好的故障检测和保护功能。
传统的隔离式逆变器由于使用变压器实现电气隔离，故障检测和保护较为困难。
而非隔离型逆变器可以利用电子元件直接检测系统的工作状态和参数，提高了系统的可靠性和稳定性。
单相两级式光伏并网逆变器的研究开题报告
单相两级式光伏并网逆变器的研究开题报告一、选题背景随着环保理念的日益普及和新能源产业的快速发展，光伏发电逐渐成为世界范围内的一种重要的可再生能源。
在中国政府的政策支持下，光伏发电已经成为国家重点发展的领域。
在光伏发电系统中，逆变器作为光伏发电系统的核心部件之一，其工作稳定性和效率对整个系统的运行起着至关重要的作用。
传统的单级式光伏并网逆变器的电压转换效率较低，常常由于电容器性能的限制，使系统的电压尺度和输出能力存在很大局限性。
为了提高光伏发电系统的性能和效率，二级式光伏并网逆变器应运而生。
二级式光伏并网逆变器与传统的单级式光伏并网逆变器相比具有更高的电压转换效率、更低的电磁干扰、更高的电压尺度和更可靠的性能等优点。
二、研究目的本研究旨在设计和研究一种单相两级式光伏并网逆变器，以提高光伏发电系统的性能和效率，为推动我国光伏发电事业的发展贡献力量。
具体目标如下：1.设计一种单相两级式光伏并网逆变器电路结构，使其能够实现更高的电压转换效率和更低的电磁干扰。
2.开发一套单相两级式光伏并网逆变器检测和控制系统，使其能够更精确地控制光伏发电系统。
3.通过实验验证单相两级式光伏并网逆变器的性能和效率，并与传统的单级式光伏并网逆变器进行对比研究。
三、研究内容1.单相两级式光伏并网逆变器的电路设计。
2.单相两级式光伏并网逆变器的控制与保护设计，包括过压保护、欠压保护、过流保护、温度保护和地互感器保护等。
3.单相两级式光伏并网逆变器检测与控制系统的设计，包括逆变器输出功率、电网电流、电网电压等参数的实时检测和控制。
4.单相两级式光伏并网逆变器的性能和效率测试，对其进行实验验证，并与传统的单级式光伏并网逆变器进行对比研究。
四、预期成果1.设计出一种高效、低噪声、稳定的单相两级式光伏并网逆变器。
2.开发一套单相两级式光伏并网逆变器检测和控制系统，实现对逆变器运行状态的实时监测和控制。
3.通过实验验证单相两级式光伏并网逆变器的性能和效率，并与传统的单级式光伏并网逆变器进行对比分析。
一种单相两级式光伏并网逆变器控制策略
一种单相两级式光伏并网逆变器控制策略1 引言单相两级式光伏并网逆变器与单级式相比，虽然结构复杂，但前、后级可分开控制，控制方法较简单。
而且前级DC／DC 变换器选用不同的拓扑结构可满足不同的太阳能电池输入电压，应用起来比较灵活。
对于单相两级式光伏逆变器，除了要实现MPPT 和并网逆变外，还必须将连接前后级的母线电容电压控制在一定范围内。
电压太低满足不了并网逆变要求，电压高则母线电容耐压也高，体积大。
若控制不当，母线电容将一直升高到高出电容耐压，导致“母线电容崩溃”。
2 双PI 环控制单相两级式光伏并网逆变器通常前级采用MPPT 控制，后级采用电流内环、母线电压外环的双环PI 环控制，其典型控制简图如图1 所示。
其中电流内环控制框图如图2 所示。
并网电流ig 与参考电流igref 的误差经调节后与高频三角载波交截，得到驱动信号驱动逆变桥，实现电流跟踪。
GiPI(s)为PI 环节传递函数；KPWM／(0．5sTs+1)为采用PWM 控制的逆变桥传递函数，可等效为惯性环节，KPWM 为PWM 及主电路增益；1／(sTs+1)为采样延时和PWM 控制滞后的小惯性环节。
将采样延时环节和PWM 装置延时环节合并，由于开关频率较高，合并后s2 的系数远小于s 的系数，可以将该项忽略，简化为一阶惯性环节：1／(1．5sTs+1)。
等效电压外环控制框图如图3 所示，Udc 为直流母线电压；GuPI(s)为PI 环节的传递函数；1／(Cs)为滤波电容的传递函数；Gi(s)为电流内环的闭环传递函数。
根据以上电流环的设计，可得简化等效闭环传递函数为：Gi(s)=1／(1+3sTs)；同样将采样延时和电流环传递函数合并等效为：1／(1+4s Ts)。
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两级式光伏并网逆变系统的研究与仿真
Ｇ Ｄ （ Ｓ ） 等 效为一个惯性环节，即：
，
） ＝ Ｉ 删 — Ｌ一
＝！
．
（ ５ ）
＋ １
根据功 率守恒 原理 ，
＝
： Ｉ ｏ ， 令
÷ ，得出：
出
Ｋ口 ＝二
』。
ห้องสมุดไป่ตู้
（ ６ ）
由以上分析可知 ，电压外环的开环传递 函 数为：
） ＝ （ ＋ 等） ・ 厶 ． ・ Ｓ Ｃ（ ７ ）
间；在接近最大功率 点附近，采用较小 的步长 以 确 保跟踪精度 。 ２ ． ２光伏 并网逆变器 的控制 （ ｉ ） 电流内环控制 后级网侧逆变器采用双环控制策略 ，电流 内环 的控制框 图如 图２ 所示 。电流 内环 主要 实 现网侧 电流 的跟踪 控制，将给定 的正弦波 电流 参考值 Ｉ 与实际并 网电流 Ｉ 相减 ，得 出的结 果 经各控制环 节处理后，产生相应 的Ｓ Ｐ Ｗ Ｍ 信 号， 驱动 逆变桥 以跟 踪 网侧 电流 。其 中，Ｇ （ Ｓ ） 为 电流 内环控 制环 节 ，Ｇ （ Ｓ ） 为逆 变桥 等效 环 节 ，此环节 中Ｋ 为逆变器增 益，Ｔ 为逆变 器 的惯性常数 ，为三角载波周期的一半；Ｇ （ Ｓ ） 为 电网电压前馈环节，Ｇ Ｔ （ Ｓ ） 为滤波环节 。 电压前馈环节 的作用 是避 免 电网 电压的波 动对输 出电流产生的不利影响 ，即通 过恰当的 选择Ｇ （ Ｓ ） ，使 电网 电压Ｅ （ Ｓ ） 经过Ｇ （ Ｓ ） 对输 出 电流 Ｉ （ Ｓ ） 产生补偿作用 ，以抵消 电网 电压的扰 动作用 ，扰动作用下的输出为：
为简化控制器设计 ，可 以将上式 的三阶系 统等效为一个二阶系统，同电流内环控制 以典型 的Ｉ 型二阶系统设计比例和积分系数Ｉ （ ｖ Ｄ ，Ｋ 。 靠。 ３ ． 仿真结果分析 ２ ． 两级式光伏并 网发电系统控制原理 两级式光伏并 网发 电系统 的输 出特性采 用 两 级式 光 伏 发 电系 统 控 制 原理 如 图 １ 所 Ｐ Ｓ Ｉ Ｍ ９ ． １ 进 行仿真 实验 ，光伏 电池模 型选用 软 Ｌ ） ） （ １ ） 示 。控 制器１ 能够实现基 于前 级Ｂ Ｏ Ｏ Ｓ Ｔ 变换器 的 件 自带的光伏电池模型Ｓ ｏ ｌ ａ ｒ Ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ｅ （ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ Ｍ Ｐ Ｐ Ｔ 控 制，控 制器２ 可 以完成 单位功率 因数 的 所 以 若 选 择 前 馈 补 偿 装 置 的 传 递 函 数 ｍ ｏ ｄ ｅ １ ） 。系统的仿真模型如图４ 所示 。 正 弦波控制和直流母线 电压的稳压控制。 Ｇ Ｎ ） ＝ １ （ ） ，必有Ｉ 。 （ Ｓ ） ＝ ０ ，因此式 （ １ ） 可 以对 电网电压 的扰动进行全补偿 。 对 电网电压扰 动补偿后的 电流 内环开环传 递函数为 ：
两级式非隔离光伏并网逆变器效率优化
两级式非隔离光伏并网逆变器效率优化近年来,随着环境污染和化石能源紧缺问题日益严重,人们越来越重视对可再生清洁能源的开发和利用。
其中,光伏发电并网系统装机容量增长迅速,发展前景非常广阔。
相对于隔离型并网逆变器,非隔离型并网逆变器具有体积小、重量轻和效率高的绝对优势,因此广泛应用于分布式光伏发电并网系统。
由于光伏电池板输出电压通常低于电网电压峰值,非隔离型并网逆变器需采用两级式结构,光伏电池板输出功率经过两级功率变换才能馈入电网。
若能在光伏电池板输出电压高于电网电压瞬时值时实现功率的单级传输,即可降低功率变换级数,提高并网逆变器的效率。
因此,论文研究了两种兼顾低漏电流和高效率的准单级非隔离并网逆变器。
论文首先研究了一种基于H5的准单级非隔离光伏并网逆变器,在传统两级式H5非隔离光伏并网逆变器的基础上,通过引入一条由二极管和开关管串联构成的功率支路,使得光伏电池电压高于电网电压瞬时值时,实现单级功率传输;而当光伏电池电压低于电网电压瞬时值时,两级功率传输。
由于逆变器采用H5拓扑,故续流回路仍然可以在续流时与光伏电池板断开,因此在优化效率的同时,较好得抑制了漏电流。
另一种是基于双降压式的准单级非隔离光伏并网逆变器,在传统两级式双降压式非隔离光伏并网逆变器的基础上,通过引入两条由二极管和开关管串联构成的功率支路,使得光伏电池电压高于电网电压瞬时值时,实现单级功率传输;而当光伏电池电压低于电网电压瞬时值时,续流模态仍可实现单级功率传输。
另一方面,基于双降压式的准单级逆变器可以分别优化选取开关管和二极管。
因此,相对于基于H5的准单级非隔并网离逆变器,基于双降压式的准单级非隔离并网逆变器可以获得更高的变换效率。
最后分别设计完成了两种非隔离逆变器的的实验原理样机,介绍了样机的总体结构,给出了功率电路参数和控制参数设计过程。
对两种拓扑的工作原理、漏电流特性和功率传输效率进行了实验验证,并与传统两级式进行了对比。
实验结果与仿真和理论分析一致,研究的两种准单级非隔离并网逆变器均可以应用于分布式光伏发电并网系统。
双级式光伏并网逆变器控制算法研究
双级式光伏并网逆变器控制算法研究杜毅;彭良平;汤济泽【摘要】对双级式光伏并网逆变器控制算法进行研究,主要包括Boost和全桥逆变器电路.Boost的控制算法完成升压控制和最大功率追踪,升压控制采用软充电的策略保证Boost电路能够将母线电压平稳上升到给定水平.逆变器电路的控制应保证顺利并网和电池板发出的功率平稳输送到电网,提出在低功率下适当降低母线电压来降低并网电流的畸变率.最后对所提出的算法进行相应的仿真和实验验证,结果表明提出的双级式并网逆变器算法具有可行性.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2013(043)005【总页数】5页(P33-36,40)【关键词】光伏;并网;软充电;最大功率追踪【作者】杜毅;彭良平;汤济泽【作者单位】东方日立(成都)电控设备有限公司,四川成都611731;东方日立(成都)电控设备有限公司,四川成都611731;东方日立(成都)电控设备有限公司,四川成都611731【正文语种】中文【中图分类】TM6151 引言现代光伏并网发电技术分为2个方面，一方面是以集中型光伏电站为主导的并网技术，另一方面是以家庭用户为主的户用型并网发电。
户用型并网发电技术可以克服日照分散性的缺点。
除此之外，将电池板安装在屋顶之上，可避免占用大量空地面积；户用型并网逆变器在电网终端并网，所发出电能被负载就地消耗，减小了电能在传输过程中造成的损失。
这样在灵活性和经济性上，都比光伏电站具有更大优势。
在户用型并网发电中，双级式光伏并网逆变器具有体积小、重量轻、价格便宜等诸多优点。
本文对其控制算法进行详细研究。
2 光伏并网逆变器工作原理双级式并网逆变器的拓扑结构如图1所示，包括Boost和全桥逆变器电路。
Boost电路完成升压控制和MPPT，逆变器电路保证顺利并网和将电池板发出的功率稳定良好地输送到电网。
图1 双级式光伏并网逆变器主电路结构Fig.1 Main circuit structure of two-stage PV grid-connected inverter2.1 Boost电路控制算法Boost要完成2个任务：一是在启动时，若太阳电池板电压小于母线额定电压时，Boost电路应能完成升压，使母线电压达到并网要求；另外，就是要完成太阳能电池板的最大功率追踪。
两级式光伏微型逆变器的研究
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北方工业大学硕士学位论文
Research on Two-staged Photovoleaic of Micro Inverter ABSTRACT
Solar power system has become an important trendacy in the development of new energy today, and research on the distributed PVsupply is an important branch of PV grid power generation research, a single-phase independent PV grid system of low power is suitable for families, cities with small range of applications because of conveniently and quickly, it also increasingly become a kind of the trend of the development of the PV of new energy, so the study of independent distributed power supply has very important significance. This article mainly to research on the two-staged PV research of micro inverter, to realize grid control high effciently, and summarizes the advantages and disadvantages of the system. To choose the main circuit topology is the important guarantee of realizing the PV grid micro inverter system. This paper designed two stage type inverter topology, former level using DC/DC booster transformation, the later level using high frequency flyback inverter with adopt isolation, finally the system feed into the grid by the whole bridge transformation. choosing the ways of inverter is the key of the photovoltaic system. Through detailing and comparing to the principle and control of two kinds of the flyback inverter circuit in this paper, finally determine the crisscross the flyback inverter circuit. Face to the problem of high frequency flyback input voltage, the article using the introduction of the active clamp soft switching circuit to reduces the loss and noise caused by high frequency switch. In this paper, the topology structure of each part has carried on the detailed introduction, and matches by the simulation experiments to verify the correctness of the topology structure, and finally use a control law of the common peak is suitable for the excitation system. Controlling of the flyback inverter by discontinuous current mode, and study of the double closed loop control to the whole system. Finally through the simulation software MATLAB and PSIM system with the method of combining the construction of the model. By comparing to the experimental results, it is concluded that the optimal solution, and verify the correctness of the theoretical model. Due to the input and output instantaneous power of the pv panels has a double frequency component, the component will lead to larger busbar voltage fluctuations, and it is seriously affected the final grid power quality. In order to solve this problem, this paper chose three power decoupling circuit to analysis and research, through the model building and simulation, the paper decided to selecting the two stage of power decoupling method by the simulation results of the output current waveform comparison, and this methord may to save the cost and made control process simplely, beside the resulting waveform of the circuit is the best, so selecting the final PV grid micro inverter topology. Finally, in this article, through the combination of MATLAB and CCS software design and the construction of the related hardware platform, with the experimental results show the feasibility of the system operation. It has high efficiency and can meet the requirement for the whole system, lays the foundation for the practical application of inverter.
扬州大学科技成果——两级式无变压器光伏并网发电逆变器
扬州大学科技成果——两级式无变压器光伏并网发
电逆变器
成果简介
该成果采用两级式电路，两级式光伏并网逆变器一般是在逆变器前级加入一个DC/DC变换器。
前级DC/DC变换器主要完成最大功率点跟踪功能，通过控制太阳能电池板的输出电压UPV跟踪基准Umppt，进而实现太阳能电池板最大功率输出，PI调节器的输出与载波比较生成PWM信号控制DC/DC变换器的开关管。
后级DC/AC环节主要实现并网功能和稳定直流母线电压功能。
成果中两级式拓扑结构是由前级一个Boost变换器和后级一个全桥逆变器构成。
成果中是采用DSP实现的全数字控制，另用ARM采集数据，和主DSP通信，以双核共同控制实现本项目的光伏并网发电功能。
主要技术指标
功率等级有1.5kW、2.5kW、3.5kW、5kW,并网电网220V，230V，频率50Hz，60Hz。
MPPT跟踪精度是0.99，THD<3%，功率因数>0.99。
最大效率97.8%。
主要优势
两级式光伏并网逆变器由于具有两个单独的功率变换环节，前后级可以分别控制，因此控制难度较低，容易实现。
另外，由于前级DC/DC变换器可以实现升降压的功能，故适合于光伏并网等宽输入电压范围的场合。
成果目前所处阶段小试阶段。
两级式单相光伏并网逆变器输入电压低频纹波抑制策略研究
两级式单相光伏并网逆变器输入电压低频纹波抑制策略研究两级式单相光伏并网发电系统中,由于后级并网逆变器的瞬时输出功率含有二倍电网电压频率的脉动分量,使得中间母线电压也含有二倍频脉动,该脉动分量会进一步传递至输入侧,使得输入电压也含有较大的纹波,影响MPPT控制的准确性,使MPPT效率严重下降。
为此,必须对两级式单相光伏发电系统输入电压的低频纹波抑制策略开展深入研究。
本课题建立了两级式单相光伏并网逆变器输入电压二倍频纹波抑制分析的数学模型,指出了该低频纹波的基本抑制途径和四种抑制策略;分析了输入电压二倍频纹波的抑制标准和鲁棒抑制条件;在此基础上,给出了四种抑制策略的参数设计方法,从而确保系统兼具鲁棒稳定性和二倍频纹波鲁棒抑制能力;完成了300W原理样机的参数设计和制作,并通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。
研究结果表明,本课题研究的四种纹波抑制策略可以使得输入电压的二倍频纹波率在整个工作环境条件下始终小于5%,极大的提高了系统的MPPT效率。
两级式光伏并网微逆变器的研究的开题报告
两级式光伏并网微逆变器的研究的开题报告一、选题背景与意义随着太阳能光伏技术的不断发展和应用，光伏系统已经成为建筑、工业等领域中最为普及的新能源供应方式。
然而，为了实现光伏系统的可靠运行与高效发电，必须采用适当的并网方式。
目前常用的并网方式有集中式和分布式两种，其区别主要在于逆变器的配置位置。
集中式逆变器安装在系统的中心位置，集中控制整个系统；而分布式逆变器分散安装在光伏模块或电池组中，控制单个模块或电池组发电。
在实际的应用中，分布式逆变器由于其成本低、可行性高、安装简单等优势，逐渐成为了主流。
然而，由于其具体实现方式的不同，分布式逆变器又可以分成单级式、两级式、多级式等类型。
目前，两级式逆变器作为一种新型的分布式逆变器，具有高效、可靠、灵活的特点，受到越来越多的关注和研究。
本文旨在探索两级式光伏并网微逆变器的研究，研究其原理、特点、应用等方面，为可靠高效的光伏发电系统提供技术支持和理论指导。
二、研究内容与方法1. 研究两级式光伏并网微逆变器的原理和组成结构，探讨其功能、特点和性能指标。
2. 以MATLAB/Simulink为平台，建立两级式光伏微逆变器的数学模型，并建立仿真平台，验证其正确性和稳定性。
3. 分析两级式光伏并网微逆变器的控制策略，包括MPPT算法和PWM控制算法等，并对其进行改进和优化。
4. 通过实验验证两级式光伏并网微逆变器的性能和可靠性，并对其进行评估和比较分析。
三、预期成果及应用价值1. 深入探究两级式光伏并网微逆变器的原理和特点，为分布式逆变器技术的发展做出一定贡献。
2. 建立两级式光伏微逆变器的数学模型和仿真平台，探索其控制策略，为光伏发电系统的优化提供理论依据。
3. 通过实验测试验证两级式光伏并网微逆变器的性能和可靠性，并对其进行评估和比较分析，为实际应用提供参考。
4. 提高光伏发电系统的效率和可靠性，促进光伏技术的应用与推广，为人类环境保护和可持续发展做出一定贡献。
两级式光伏并网逆变器控制系统研究
THE WORLD OF INVERTERS 《变频器世界》Janurar^ 2019
两级式光伏并网逆变器控制系统研究
Research on Two-stage PV Grid-connected Inverter System
南京师范大学泰州学院电力工程学院 王 狂 （W a n g J u e ) 窦 爱 玉 （D o u A iy u )
c la s s u s in g B o o s t c irc u it a n d th e s tr u c tu r e a fte r c la s s u s in g T —ty p e th r e e - le v e l g rid in v e r te r c irc u it. M P P T c o n tro l s tr a te g y used th e m ethod o f th re e -p o in t algorithm th a t o ve rco m e th e po w e r oscillation and m isjudg m en t phenom enon. T hrou gh d yn a m ic re a ctive c u rre n t s u p p o rt sch e m e so lve s th e B E D W lo w vo lta g e a c ro ss th e ke y tech nica l pro blem s. L a s t a 15kw p ro to ty p e is d e s ig n e d , e x p e rim e n ta l s tu d y o n p h o to v o lta ic g rid -c o n n e c te d in v e rte r c o n tro l s y s te m an d its a s s o c ia te d con tro l tech nolog y, can m ake th e w h o le syste m s a fe and stab le operation.
两级三相光伏逆变器并网控制策略研究
第 22卷第 7期2023年 7月Vol.22 No.7Jul.2023软件导刊Software Guide两级三相光伏逆变器并网控制策略研究郭亚楠，王红庆，李红刚，蒋成博（平高集团有限公司，河南平顶山 467000）摘要：为提高三相光伏逆变器的并网效率和并网电流质量，提出一种光伏逆变器并网控制策略。
首先建立两级三相电路拓扑结构，通过对电流电压进行派克变换，将静止坐标系下的交流量转化为同步旋转坐标系下的直流量；然后将电网电压定向矢量控制并网逆变器的有功功率与无功功率作用于SVPWM输出脉冲，得到作用于并网逆变器的驱动信号，实现逆变器的并网控制；最后使用MATLAB/Simulink建立仿真模型，验证电路拓扑结构及控制策略的可行性。
实验结果表明，该控制策略能稳定跟踪电网电压相位并输出良好的并网电流波形。
关键词：光伏并网；逆变；派克变换；控制策略DOI：10.11907/rjdk.212392开放科学（资源服务）标识码（OSID）：中图分类号：V243.2 文献标识码：A文章编号：1672-7800（2023）007-0066-05Research on Grid Connected Control Strategy of Two Stage Three PhasePhotovoltaic InverterGUO Yanan， WANG Hongqing， LI Honggang， JIANG Chengbo（Pinggao Group Company Limited， Pingdingshan 467000， China）Abstract：In order to improve the grid connected efficiency and current quality of three-phase photovoltaic inverter，a grid connected control strategy is proposed.Firstly，a two-stage three-phase circuit topology is established，through the park transform of the current and voltage，the AC quantity in the static coordinate system is transformed into the DC quantity in the synchronous rotating coordinate system，the grid voltage oriented vector control is used to control the active power and reactive power of grid connected inverter， and act on the output pulse of SVPWM to get the driving signal of grid connected inverter，and finally realize the grid connected control of inverter.Finally，the simulation model is es‐tablished by using MATLAB/simulink to verify the feasibility of the circuit topology and the control strategy，which proves that the control strat‐egy can stably track the grid voltage phase and output good grid current waveform.Key Words：photovoltaic grid connection； inverter； Park's transformation； control strategy0 引言近年来，我国清洁能源被大规模开发利用，以光伏为代表的新能源在能源结构中占比逐渐提高，风电、太阳能发电等新能源发电装机容量和发电量均逐年增长［1-3］。
两级式光伏逆变系统并离网控制策略及应用研究
两级式光伏逆变系统并/离网控制策略及应用研究随着化石能源短缺和环境污染日趋严重,新能源技术逐渐成为各国研究的重点,尤其是分布式发电领域俨然成为全球内的研究风潮,而以光伏发电系统为代表的分布式发电已经被广泛应用于微电网中。
但是,外界环境变化时,光伏阵列输出效率低、响应速度慢等问题也制约着光伏技术的发展。
因此,可以通过最大功率跟踪技术(Maximum Power Point Tracking,MPPT)使其无论在任何环境下都工作在最大功率点,提高光伏阵列输出效率。
同时,为了提高系统中重要负载供电的可靠性,光伏系统需要工作在并网与离网两种运行模式下,然而在并离网切换时容易产生冲击电压、电流,因此可以通过研究逆变器并离网控制技术来抑制冲击电流、电压的出现,从而实现运行模式的平滑切换。
本文以两级式光伏逆变系统作为研究对象,从系统的模型、拓扑结构、控制策略等方面出发,研究了MPPT控制及逆变器并离网控制技术,具体研究工作如下:(1)鉴于恒电压控制法效率低、扰动观察法易受外界环境影响等问题,提出MPPT一阶滑模控制算法。
通过利用滑模控制鲁棒性好及响应速度快的优点,来解决传统MPPT控制算法响应速度慢、鲁棒性差等问题。
但是由于一阶滑模控制存在抖振问题,在此基础之上,继续提出二阶滑模控制技术,利用二阶滑模无抖振的优点设计MPPT二阶滑模控制器。
该控制器不仅具有一阶滑模控制响应速度快、鲁棒性好的优点,同时还避免了一阶滑模控制器中的抖振现象。
(2)在逆变器并离网控制都采用下垂控制的基础上,对逆变器并离网运行模式切换进行详细讨论,分析了其在并离网切换时逆变器输出有功功率的超调现象及电流、电压冲击问题。
在此基础上,通过在下垂控制的电压控制器中增加二阶滑模电压补偿环节,即将补偿控制产生的电压补偿信号添加到电压环上,使系统在并离网切换时逆变器输出有功功率超调较小,抑制了电流、电压冲击,实现了运行模式的平滑切换。
(3)在理论分析的基础之上,通过对两级式光伏逆变系统的硬件及软件进行设计,搭建实验平台;在完成实验调试之后,对两级式光伏逆变系统中前级最大功率跟踪和后级并离网切换技术在不同的运行工况下进行了实验验证,证明了本文提出控制算法的有效性。
浅论单相双级式光伏并网逆变器
浅论单相双级式光伏并网逆变器单相双级式光伏并网系统就是用直流电和可变电阻来模拟太阳能电池的输出特性曲线，根据其工作原理来分析理论上的可行性，并进一步提出改进的变步长占空比扰动法，这样能有效提高快速性还有高效性。
逆变器是以DSP为核心的并网策略，设计有并网逆变器电压、电流双闭环控制系统。
双环中的外环是直流电来控制的，直流输入更加稳定。
而内环则是并网电流控制的，输出电流与电网电压频率相同，相位也相同。
现在还有一种有效跟踪锁相精度的软硬件组合的改进方法。
而根据实验的结果，能发现并网逆变器可以最大功率进行点跟踪，还可以使输出电流的精确跟踪电网电压。
标签：单相双级式光伏并网逆变器；最大功率点跟踪；锁相环太阳能是目前来说最清洁、规模最大、前景最好的可再生能源之一，太阳能光伏利用是很重要的发展走势。
另外，高性能数字信号处理器（DSP）也使得一些控制策略能应用与光伏并网逆变器。
而对太阳能并网的发电系统重要部分就是最大功率点跟踪MPPT（Maximum Power Point Traching）还有并网控制策略来进行一个更为深入的研究。
1 单箱双极式光伏并网系统为了让太阳能电池实现最大化的效率，能将太阳能转化成电能，就必须对其进行MPPT。
其中，光照强度、环境温度等都是不可控的条件，并且变化周期比较长，因此对MPPT的控制有很多不便之处。
怎样能模拟太阳能电池的输出特性，能够使其简化研究中一些过程，还要控制其工作点来实现大功率输出是现在需要解决的一个问题。
以TMS320LF2407为例，由光伏阵列，DC/AC逆变环节，DC/DC变换环节，隔离变压器还有负载构成系统。
DC/DC用来完成光伏阵列MPPT控制，DC/AC 完成直流逆变为交流。
随后还要完成系统并网运行。
Boost升压电路用在前级DC/DC中，由二极管，开关管，电感和电容所组成。
当开关通时，二极管反偏，阵列向电感储存一定的电能，电感电流增大。
开关关闭时，二极管导通，电感和阵列一起供给能量给电容，电感电流变小。
两级式三相光伏并网逆变器的控制及仿真研究
两级式三相光伏并网逆变器的控制及仿真研究楚冰清;王侃;张商州【摘要】光伏并网逆变器作为光伏发电系统的核心部分,其直流侧工作电压必须高于电网峰值电压,故光伏发电系统一般采用Boost+逆变器两级式拓扑结构.以两级式三相光伏并网逆变器为研究对象,分析了其工作原理.前级Boost变换器控制实现MPPT控制;后级DC-AC变换器控制采用电压外环、电流内环双闭环控制,实现直流侧电压稳定和单位功率因数并网.最后在Matlab中搭建了两级式三相光伏并网逆变器的仿真模型,仿真结果表明了控制方法的有效性.%Photovoltaic(PV)grid-connected inveter is the core of photovoltaic power generation system. When it is working,its DC voltage must be higher than peak value of grid voltage,so photovoltaic power generation system usually uses theBoost+inverter two-stage type topology structure. This paper takes double-stage three-phase photovoltaic grid-connected inverter as the research object,analyzes the work theory of double-stage three-phase photovoltaic grid-connected inverter. The pre-stage Boost converter control realizes maximum power point tracking(MPPT) control. The post-stage DC-AC inverter control uses double closed loop control of voltage outer loop and current inner loop,the control realizes stability of the DC voltage and grid-connected running with unity power factor. Finally ,the simulation model of double-stage three-phase photovoltaic grid-connected inverter is built in the Matlab ,the simulation results present the effectiveness of this control.【期刊名称】《河南科学》【年(卷),期】2017(035)005【总页数】5页(P722-726)【关键词】光伏发电系统;两级式三相光伏电路;MPPT控制;双闭环控制【作者】楚冰清;王侃;张商州【作者单位】商洛学院电子信息与电气工程学院,陕西商洛 726000;商洛学院电子信息与电气工程学院,陕西商洛 726000;商洛学院电子信息与电气工程学院,陕西商洛 726000【正文语种】中文【中图分类】TM615随着能源短缺和环境恶化的日益严重，世界各个国家加快了新能源的开发和利用的步伐.太阳能作为新能源的重要一员，因其取之不尽用之不竭的特点得到了各个国家的青睐［1-2］，其主要利用形式之一就是并网发电.太阳能光伏发电系统的核心部分就是光伏并网逆变器，按逆变器拓扑结构的不同，光伏并网逆变器可分为单级式并网逆变器和两级式并网逆变器［3］.单级式并网逆变器结构简单、成本低，但其工作时必须保证直流侧电压，即光伏阵列的输出电压高于电网电压的峰值［4］，而光伏阵列的输出电压一般相对较低，这就限制了单级式光伏并网逆变器的使用范围；双级式并网逆变器前级增加了Boost升压电路，可将光伏阵列的输出电压升高，而且前后两级变流器的控制相互独立［5］，实现起来相对简单，对环境变化的适用范围较广，得到了广泛应用.故本文以两级式三相光伏并网发电系统为研究对象.两级式光伏并网逆变器的拓扑结构如图1所示［6］，主要包括光伏组件、Boost 升压电路、DC-AC三相桥式逆变逆电路、三相滤波电感L、线路等效电阻R以及三相电网e.其中，直流侧的Boost升压电路可将光伏组件的输出电压升高为满足并网要求的直流母线电压，并通过对Boost电路的控制实现光伏阵列的MPPT控制；逆变侧的DC-AC三相全桥逆变电路，用来将直流电变为与电网电压同频同相的交流电，并实现直流母线电压的稳定.逆变侧具体的控制原理为：采集三相并网电流和三相电网电压，并对电网电压进行锁相，经过3s/2r变换，把并网电流从三相交流量转换为两相直流量；对于单位功率因数并网来说，通常并网电流的无功分量为0，所以将并网电流无功分量的参考值定位0；而并网电流有功分量的参考值则是通过对直流母线的稳压控制得到的，通过采集直流母线电压，将其与直流母线电压的参考量进行比较，得到的差值通过PI调节器，令PI调节器的输出为并网电流的有功分量的参考值；再将并网电流的有功和无功分量分别与参考有功和无功分量比较，将产生的差值通过电流调节器得到逆变器输出电压的参考值；最后通过SVPWM脉冲发生器得到所要求的触发脉冲.太阳能光伏发电成本高，为了充分利用光伏，提高发电效率，通常让光伏组件以最大功率输出.光伏组件的输出功率主要受光照强度和环境温度的影响，但在一定的光照强度和温度下光伏组件只存在一个最大功率点.对于两级式光伏并网发电系统来说，光伏阵列PV的最大功率点跟踪（MPPT）控制可以通过对前级的Boost升压电路的控制来实现.因为光伏阵列的输出电压Vpv 就是前级Boost电路的输入电压Vin，而Boost电路的输出电压Vout实际上通过后级DC-AC电路的并网控制可以稳定，这样Boost电路输入输出电压的关系变为：其中：D为Boost电路的点空比.在光伏阵列的MPPT各种实现方法［7-12］中，扰动观察法（Perturbation and Observation method，P&O）的应用较为广泛，但因其寻优步长固定，易使MPPT寻优时震荡.为了克服这种缺点，采用变步长扰动观察法，在功率比较时加入一微小的功率增量dP，当上一时刻的功率与下一时刻的功率差值在dP范围之内就不再继续扰动，而且在开始扰动时，加大扰动步长，而在最大功率点附近扰动时减小扰动步长.变步长P&O法原理图如图2所示（U、P分别为光伏电池阵列的输出电压、功率）.并网逆变器的电流控制可分为两相静止坐标系下的控制和两相旋转坐标系下的控制.将三相静止坐标系转换为两相旋转坐标系可以使交流量转换为直流量，利用PI调节器就可以实现电流的控制；而三相静止坐标系的控制器为PR控制器，设计较为复杂.因此，通常采用的控制策略一般都是基于两相旋转坐标系［13-15］.后级DC-AC逆变器的控制采用电压外环、电流内环的双闭环控制［16-17］，实现直流侧电压稳定和单位功率因数并网.根据图1所示的光伏并网逆变器的拓扑结构，列出三相平衡的情况下A、B、C三相的状态方程为：其中：ua、ub、uc为逆变器的输出电压；ia、ib、ic为逆变器的输出电流；ea、eb、ec为电网电压；iga、igb、igc为逆变器的并网电流；R，L分别为线路的等效电阻，电感.采用abc/dq变换即3s/2r，将三相静止坐标系下的交流量变为两相旋转坐标系下的直流量［18-19］，可以得到两相旋转dq坐标系下的状态空间方程：其中：ω为交流电的角频率；ud、uq、igd、iqg分别为dq坐标系下逆变器的输出电压、电流；ed、eq为dq坐标系下的电网电压.从式（3）可看出，d轴和q轴的量之间存在耦合关系，为了使d轴和q轴的电流量可以独立控制，增加电流PI调节环节，故内环电流控制可写成：其中：分别为dq坐标系下的参考电压、电流.从式（5）可以看出，并网电流igd、igq的控制互不影响，实现了并网电流有功分量和无功分量的独立控制.在式（4）和式（5）中，KP为PI调节器的比例系数，KI为PI调节器的积分系数.综上分析可得，经电压外环控制实现直流母线电压的稳定，并得到并网电流的有功分量参考量，作为电流内环的输入量，将并网电流无功分量的参考值设为0，并网电流有功分量和无功分量与各自参考量之间的差值再经电流内环PI调节器，即可得到逆变器输出电压有功分量和无功分量的参考值，最后再经过SVPWM脉冲发生器产生符合要求的三相全桥的触发脉冲，最终实现并网电流的单位功率因数并网.如图3所示为并网逆变器电流内环控制原理图.电流内环和电压外环的PI参数可根据文献［20］的计算方法求得，其中电流内环的PI参数分别为：电压外环的PI参数为其中为PWM开关周期为等效桥路增益，C为直流母线电容.根据光伏并网逆变器的系统结构，在Matlab中搭建了系统的仿真模型.各元件参数分别为：PV阵列的开路电压为360 V，短路电流15.3 A，最大功率点电压280 V，最大功率点电流14.3 A；电网电压有效值为220 V，频率为50 Hz；逆变器输出额定功率为4000 W.如图4所示为光伏阵列输出功率，从图中可以看出光伏阵列输出为4000 W，实现了光伏阵列的最大功率追踪控制.图5为直流母线电压波形图，从图中可以看出，直流母线电压始终维持在600 V左右，实现了稳定直流母线电压的目的.图6为A相并网电流和电网电压波形图（为了便于观察图形，图中电压波形在原来的基础上缩小了20倍），从图中可以看出并网电流可以和电网电压保持同频同向，实现了单位功率因数并网.本文以双级式光伏并网逆变器为研究对象，研究了前级DC-DC变换器的MPPT控制和后级DC-AC变换器的并网控制，并在Matlab中进行了建模和仿真，仿真结果表明本文所采用的控制方法的有效性，实现了光伏阵列的最大功率跟踪控制和逆变器的并网控制.【相关文献】［1］章激扬，李达，杨苹，等.光伏发电发展趋势分析［J］.可再生能源，2014，32（2）：127-132.［2］张爱民.太阳能光伏产业发展面临的挑战及解决［J］.中国管理信息化，2016，19（24）：116-117.［3］付雪，秦文萍，李冠良.两级式三相光伏并网系统分析［J］.太原理工大学学报，2016，47（3）：361-366.［4］楚冰清.基于移相控制的电流型光伏并网逆变器仿真［J］.商洛学院学报，2016，30（2）：25-30.［5］李冬辉，王鹤雄，朱晓丹，等.光伏并网发电系统几个关键问题的研究［J］.电力系统保护与控制，2010，38（21）：208-214.［6］耿华，刘淳，张兴，等.新能源并网发电系统的低电压穿越［M］.北京：机械工业出版社，2014.［7］VEERACHARY M，SENJYU T，UEZATO K.Feed forward maximum power point tracking of PV systems using fuzzy controller［J］. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，2002，38（3）：969-981.［8］汤济泽，王丛岭，房学法.一种基于电导增量法的MPPT实现策略［J］.电力电子技术，2011，45（4）：73-75.［9］宋亮，王晓东，刘雯.光伏电池MPPT扰动观察法的研究现状［J］.半导体光电，2012，33（4）：455-462.［10］FEMIA N，PETRONE G，SPAGNUOLO G，et al.Optimization of perturb and observe maximum power point tracking method［J］. 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双级式光伏并网逆变器研究
电力电子与电力传动专题课课程报告——双级式光伏并网逆变器研究哈尔滨工业大学2014年7月双级式光伏并网逆变器研究摘要:在当今世界能源危机与环境污染加剧的趋势下，太阳能因具有可再生和清洁无污染的优点受到人们的关注，更是被各国用来缓解环境污染的主要举措，而且与其它清洁能源相比太阳能的发展速度最快。
随着太阳利用技术的发展，太阳能的利用形式已从传统的光-热利用发展到现在的光-电利用，光伏发电必将成为未来最主要利用形式并得到迅猛发展。
而逆变器是实现光生电能向电网电能转换的重要器件。
本文对光伏并网逆变系统的结构和逆变器的拓扑进行分析，比较各优缺点。
并对两级式并网逆变器的前级和后级的控制方法进行分析研究，比较各控制方法的优缺点。
关键词：太阳能；光伏发电；MPPT；逆变器；单周期控制0 引言当今世界人口众多，能源是经济发展的一个非常重要的需求。
无论是提高生活水平还是发展经济，都不能离开能源。
而能源问题早就已经不是能源的本身问题，金融资本的市场与石油的市场高度的一体化，使能源更加变得受人关注。
有关学者称，能源革命的革命意义是比十年前的信息技术的革命意义更加的重大和深远，是有史以来最伟大的一种革命。
能源革命已经变成了全球共同关注的课题。
在能源和环境这两个方面，我们国家面临的挑战是有史以规模最大并且最为严峻的。
为了给正在进行的城镇化、工业化、机动车化，以及给全国不足14亿的人口提供充足的、可靠的并且廉价的、清洁的和便利的能源，从规模上说，这比世界上的任何一个国家的经历都要大很多。
本土的资源和能源的短缺，能源进口的快速增长，国际油价的高数字以及能源在生产和使用过程中所造成的极为严重的污染，国内的能源领域的复杂的市场化改革，国际的能源的高地缘政治，以及全球的气候变化所产生的压力，以上所有的因素都使中国正面对着将会比以往任何一个国家所面临的更加严重的挑战。
目前人类生产和生活中大量使用的煤、石油和天然气等化石能源正在以惊人的速度减少。
两级式光伏微型逆变器的研究
两级式光伏微型逆变器的研究近年来，随着新能源的快速发展，太阳能光伏发电逐渐成为一种重要的清洁能源。
为了更好地利用太阳能，研究人员们不断努力提高光伏发电系统的效率和可靠性。
在这个背景下，两级式光伏微型逆变器成为了研究的热点。
两级式光伏微型逆变器是一种用于将直流电能转换为交流电能的装置。
与传统的逆变器相比，两级式光伏微型逆变器具有更高的转换效率和更好的稳定性。
这是因为它采用了两级的转换结构，将直流电能先转换为中间频率的交流电能，然后再将中间频率的交流电能转换为标准的交流电能。
在两级式光伏微型逆变器中，第一级逆变器负责将直流电能转换为中间频率的交流电能。
这一步骤是通过使用谐振电路来实现的，谐振电路能够在电能转换过程中降低能量损耗，并提高转换效率。
第二级逆变器负责将中间频率的交流电能转换为标准的交流电能，这一步骤使用传统的逆变器技术，确保输出电能的稳定性和质量。
研究表明，两级式光伏微型逆变器相比传统逆变器在效率上有着显著的提高。
这是因为两级式光伏微型逆变器能够更好地适应太阳能光伏电池的输出特性，并能够根据实际需求动态调整转换效率。
此外，两级式光伏微型逆变器的稳定性也得到了极大的提升，能够在不同的环境条件下保持输出电能的稳定性。
然而，两级式光伏微型逆变器的研究仍然存在一些挑战。
首先，由于两级式光伏微型逆变器采用了复杂的转换结构，其制造成本相对较高。
其次，在实际应用中，两级式光伏微型逆变器需要更加精确的控制算法来实现高效的能量转换。
最后，两级式光伏微型逆变器的体积较大，不利于装置的集成和安装。
总的来说，两级式光伏微型逆变器作为一种新型的能量转换装置，具有较高的转换效率和稳定性。
然而，还需要进一步的研究来解决其制造成本、控制算法和体积等方面的问题。
相信随着技术的不断进步和发展，两级式光伏微型逆变器将会在太阳能光伏发电领域发挥出更大的作用。
基于无差拍控制的两级式单相光伏并网逆变器的研究
ｃ ｎ ｒ ｌ ｌｏ ｉ ｍ ｒ ｔ ｄ ｅ ．Ａ ｄ ａ ｂ ａ ｕ ｒｎ ｏ ｔ ｌ ｔａｅ ｙ ｗ ｓｐ ｏ ｏ ｅ ｗｈ ｃ ｓｕ ｅ ｎ ｄ ｕ ｌ —ｔｇ ｌＩ ｏ ｔｏ ｇ ｒｔ ｗｅｅ ｓｕ ｉ ｄ ｅ ｄ ｅ ｔ ｒｅ ｔｃ ｎ ｒ ｒｔ ｇ ａ ｒｐ ｓ ｄ， ｉｈ ｉ ｓ ｄｉ ｏ ｂ ｅｓａ ｅ ａｌ ａ ｈ ｃ ｏｓ （ ｓ ｇｅ ｐ ａ ｅ ｐ ｏｏ ｏ ａ ｃｇ ｉ — ｏ ｎ ｃ ｅ ｖ ｒｅ ．Ｔ ｅ ｓｍｕ ａｉｎ ｒｓ ｌ ｈ ｗ ｔ ａ ｈ ｏ ｔ ｌｍｅｈ ｄ ｃ ｎ ｔ ｎ ｐ ｒ ｉ ｌ ｈ ｓ ｈ ｔ ｖ ｈ ｉ ｒｄ ｃ ｎ ｅ ｔ ｄ ｉ ｅｔｒ ｈ ｉ ｌ ｔ ｅ ｕｔ ｓ ｏ ｈ ｔ ｅ ｃ ｎｒ ｔｏ ａ ｒ ｓ ｏ ￣ ｎ ｎ ｏ ｓ ｔ ｏ ａ
２ 并 网逆 变器 控 制策 略
并 网逆 变 器 的 控 制 策 略 是 ：① 实 现 太 阳 能 电池 板 的 ＭＰ Ｔ ② 实 现 Ｄ ／ Ｃ直 流 升压 ， 保 Ｐ； ＣＤ 且
式（ ） ４ 整理 为 （ ）：—Ｔ ｋ Ａ ） （
～
持 电压恒 定 ； 完 成 Ｄ ／ Ｃ并 网逆 变 ； 使 相 ③ ＣＡ ④
输 出的实 际波形 接近 于参 考波形 。
无差拍控 制 的基本 思 想是 ： 据 含 有滤 波 器 根
时通时， ＝： ，５ 导的间 ｋ去，＝ 式） 令 ２ ，１ （
可表示为
０（ ／ ）： １
２
的逆变系统 的状 态方程和输 出的反馈信 号 ， 推算 出
下一采样周期 逆变器 的开关 时间 ， 即逆变 器下一 周 期开关器 件 的脉 宽控 制 量 △ （ ｒ ｋ＋１ （ 为 逆 变 ）△ 电路 中 ． 和 同时导通 的时间 ） 是根据 逆变器 当 前时刻 的状 态量 和下 一采样 时 刻逆 变器 输 出 的参 考 电流值计算 的 。由上述分 析可知 ， 要计 算 ＋ 若 １
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电力电子与电力传动专题课课程报告——双级式光伏并网逆变器研究
哈尔滨工业大学
7月
双级式光伏并网逆变器研究
摘要:在当今世界能源危机与环境污染加剧的趋势下, 太阳能因具有可再生和清洁无污染的优点受到人们的关注, 更是被各国用来缓解环境污染的主要举措, 而且与其它清洁能源相比太阳能的发展速度最快。
随着太阳利用技术的发展, 太阳能的利用形式已从传统的光-热利用发展到现在的光-电利用, 光伏发电必将成为未来最主要利用形式并得到迅猛发展。
而逆变器是实现光生电能向电网电能转换的重要器件。
本文对光伏并网逆变系统的结构和逆变器的拓扑进行分析, 比较各优缺点。
并对两级式并网逆变器的前级和后级的控制方法进行分析研究, 比较各控制方法的优缺点。
关键词: 太阳能; 光伏发电; MPPT; 逆变器; 单周期控制
0 引言
当今世界人口众多, 能源是经济发展的一个非常重要的需求。
无论是提高生活水平还是发展经济, 都不能离开能源。
而能源问题早就已经不是能源的本身问题, 金融资本的市场与石油的市场高度的一体化, 使能源更加变得受人关注。
有关学者称, 能源革命的革命意义是比十年前的信息技术的革命意义更加的重大和深远, 是有史以来最伟大的一种革命。
能源革命已经变成了全球共同关注的课题。
在能源和环境这两个方面, 我们国家面临的挑战是有史以规模最大而且最为严峻的。
为了给正在进行的城镇化、工业化、机动车化, 以及给全国不足14亿的人口提供充分的、可靠的而且廉价的、清洁的和便利的能源, 从规模上说, 这比世界上的任何一
个国家的经历都要大很多。
本土的资源和能源的短缺, 能源进口的快速增长, 国际油价的高数字以及能源在生产和使用过程中所造成的极为严重的污染, 国内的能源领域的复杂的市场化改革, 国际的能源的高地缘政治, 以及全球的气候变化所产生的压力, 以上所有的因素都使中国正面对着将会比以往任何一个国家所面临的更加严重的挑战。
当前人类生产和生活中大量使用的煤、石油和天然气等化石能源正在以惊人的速度减少。
若按照能源的综合估算, 世界石油的储备量大约为1200亿吨。
如果按照世界上石油的以每年33亿吨的开采总额来进行计算, 世界上石油的存储总量大约在21世纪50年代左右被全部开采完毕。
全球的天然气的存储总量当前为15万兆立方米左右, 如果以每年2300兆立方米的开采总额来进行估算, 在60年内天然气将会被开采耗尽。
这也就意味着, 当前人类大量使用的化石能源将在21世纪上半叶迅速枯竭, 而化石能源的枯竭势必会导致世界经济危机和冲突的加剧。
20世纪90年代初期, 中国的能源还能够自给自足, 可是, 当前就中国石油资源的对外依存度来说, 中国仅次于美国, 居世界第二位, 约为50%, 中华人民共和国国务院的发展研究中心所做出的调查报告指出, 截止到21世纪20年代, 中国的石油需求量最少为4.5亿吨, 最多将会达到6.1亿吨。
而此阶段中国国内的石油产量为1.8亿吨到2亿吨。
这些数字意味着, 中国对海外石油资源的依存度将将会继续增加, 至少达到55%, 与美国基本一致。
显而易见, 中国对国外资源的持
续增高的依存度已经严重地威胁了中国的可持续发展。
中国光伏发电的应用市场当前处于起步阶段, 中国新增的太阳能光伏发电装机容量约为500MW。
到2030年光伏发电量可达1300亿千瓦。
但总体而言, 中国在光伏并网控制层面, 与西方发迖国家相比还有较大差距, 具体表现在PCC并网冲击过大, 电流畸变率(大于8%)及电压畸变率(大于4%)过高、前级母线电压不稳定等, 因此解决光伏并网逆变控制问题极为迫切。
鉴于并网控制涉及到逆变器前级母线电压调理、后级滤波器、锁相设计及孤岛保护等一系列相关问题, 因此应重点进行系统建模、拓扑与保护电路设计及控制策略分析等研究, 确保光伏逆变无损并网, 开发具有中国特色的光伏并网逆变技术, 具有十分重要的意义。
1 光伏并网发电系统的分类及拓扑结构
太阳能光伏发电系统的工作原理比较简单, 太阳能电池方阵受太阳福照, 将太阳福射能直接转换为直流电能, 这一过程相当于直流发电器。
方阵的输出端, 经过防反充二极管接至控制器。
控制器的一对输出端接至蓄电池组, 对其进行充、放电保护控制, 蓄电池组处于经常性浮充状态; 控制器的另一对输出端经过关向直流负载供电, 同时接至逆变器, 将直流电转换成交流电向交流负载供屯, 若为并网系统, 则与电网并联。
这样就构成一个完整的发电、输电、供电系统, 与常规发电装置的发电、输电、供电系统相似。
1.1 光伏并网系统的体系结构
光伏系统按与电力系统的关系, 一般可分为离网光伏系统和光伏并网系统。
离网光伏系统不与电力系统的电网桕连, 作为一种移动式电源, 主要用于给边远无电地区供电。
光伏并网系统与电力系统的电M连接, 作为电力系统中的一部分, 可为电力系统提供有功和无功。
现在, 世界光伏发电系统的主流应用方式是并网发电方式, 经过电网将光伏系统所发的电能进行再分配, 如供当地负载或进行电力调峰等。
光伏并网系统一般由三部分构成:光伏阵列、逆变器和电网, 如图1.1所示。
图1.1 光伏并网系统结构框图
其中, 光伏阵列主要由光伏组件组成, 其应用能够分为单个组件、组件串联及组件并联等。
众所周知, 光伏系统追求最大的功率输出, 系统结构对发电功率打着直接的影响:一方面, 光伏阵列的分布方式会对发电功率产生重要影响; 而另一方而, 逆变器的结构也将随功率等级的不同而发生变化。
因此, 根据光伏阵列的不同分布以及功率等级, 能够把光伏并网系统的体系结构分为以下几种:集中式、交流模块式、串型、多支路、主从和直流模块式。
经过分类我们能够更加深入地对光伏系统的工作原理及结果进行研究和分析。
下面对几种主要结构来分析。
1.1.1 集中式结构
集中式结构如图1.2所示, 该结构方式是光伏发电系统在20世纪80年代中期普遍采用的结构方式, 一般用于lOkW以上较大功率的光伏并网系统, 其主要优点是:系统只采用一台并网逆变器, 因而结构简单且逆变效率较高。
但随着一大批光伏并网系统的实施与投运, 也发现了该结构形式存在以下缺点。
(1)抗热斑和抗阴影能力差;
(2)该结构形式要求具有相对较高电压的直流母线将DC/AC变换器和太阳能电池相连接, 因而降低了安全性, 同时也增加了系统成本;
(3)太阳能电池组的输出特性曲线呈现杂乱的多波峰, 单一的该结构难以很
好的完成MPPT控制。
虽然存在以上不足, 但当光伏发电系统的功率等级不断增大时, 该结构表现出其输出功率等级高的优点, 而且成本相对低廉。
因此, 该结构特别适合发电功率相对大的电站, 因此, 这种结构依然具有一定的运用价值。
图1.2 集中式结构框图
1.1.2 交流模块式结构
交流模块式结构(Module Integrated Converter, MIC), 最早由 Kleinkauf教授于20世纪80年代提出, 交流模块式结构包括DC/AC变换器和PV组件集成在一起作为一个光伏发电系统模块, 如图 1.3所示。
交流模块式结构与集中式结构相比, 具有以下优点:
(1)无阻塞和旁路二极管, 光伏组件损耗低; 无热斑和阴影问题;
(2)每个模块独立MPPT设计, 最大程度地提高了系统发电效率;
(3)每个模块独立运行; 系统扩展和冗余能力强; 灵活性好、可即插即用;
(4)交流模块式结构没有直流母线高压; 增加了整个系统工作的安全性。
交流模块式结构的主要缺点是: 由于采用小容量逆变器设计; 因而逆变效率相对较低。