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1、带MPPT功能和电压控制的三相并网光伏发电技术摘要：本文提出了带最大功率点跟踪（MPPT）和电压控制功能的三相并网光伏发电技术。根据光伏（PV）阵列的等效电路，建立了光伏阵列数学模型。基于VI特性曲线，通过牛顿法计算并网系统光伏阵列的MPPT。通过三个并网光伏发电系统的结构，建立了双闭环反馈控制策略。电压环被视为外部环路，与电网连接的电流环被视为内部环路。通过dqo坐标转换，与电网连接的电流被解耦成有功电流和无功电流。作为MPPT控制参考的直流电压用于调节有功电流，然而，来自于系统电压控制的交流电压用于主宰的无功电流。它实现了并网发电的MPPT和电压控制功能。最后，三相光伏并网发电系统被注入到
2、分布式系统。本例系统实施了MPPT和电压功能控制策略，并成功完成模拟。仿真结果验证了提出的三相光伏并网系统模型和控制策略的有效性和准确性。索引词：光伏阵列，三相光伏并网连接，最大功率点跟踪，电压控制，仿真;.导引世界上拥有丰富的太阳能，它对解决能源短缺和环境的污染问题很有帮助。光伏发电是一种高效利用太阳能的方法。在一般情况下，光伏发电系统可分为独立式发电系统与并网式发电系统。并网式发电系统是优于独立式发电系统的，因为它可以始终运行在最大功率点处，提高发电效率，节省投资。在三相并网光伏发电系统中，运行控制策略是至关重要的。控制系统是一个综合的控制过程，涉及到光伏阵列，MPPT技术，滤波技术和控制
3、系统的优化。文献2中介绍了光伏并网逆变器直接电流控制策略和采用固定开关频率和电网电压前馈补偿的控制策略。文献3介绍了一种控制系统，结合了电并网光伏发电和电能质量管理。文献4-5介绍了一种结合新的功率转换器控制策略的新颖光伏并网发电系统以及孤岛检测的方法. 为了获得快速的电能转换，实现谐波补偿，文献6-7介绍了一种带谐波补偿的并网方案。在分布式发电系统中，无功负载发生变化时，电压也随之变化。为了解决无功负载的影响。本文提出了三相并网光伏发电的MPPT功能和电压控制策略。这个控制策略不仅可以实现光伏并网发电和MPPT功能，而且还能保持交流电压的稳定。根据光伏阵列的等效电路，建立光伏阵列数学模型和设
4、计MPPT算法。使用EMTDC的软件系统实施MPPT和电压控制功能的控制策略。仿真结果验证了该控制策略是有效的，正确的。.光伏阵列最大功率点跟踪的数学模型A 三相并网光伏系统Fig.1展现了三相并网光伏系统 当阳光照在光伏阵列上时，它产生的直流电。电力然后输送到逆变器（DC/AC），将其转换成与电网电压和频率相匹配的的交流电。经过由串联电感和并联电容组成的LC滤波电路，发送到电网的电力变压器。B 光伏阵列的V-I特性光伏阵列的特点是输出电流和电压与光照强度和环境温度一定的的关系。Fig.2展现了光伏阵列的VI特性曲线 其中Voc是开路电压，Isc是短路电流光伏系统的主要缺点是输出功率强烈依赖于
5、天气条件，包括太阳辐射的强度和环境温度。MPPT是强制太阳能电池工作在最佳点上，给出当时的天气状况下的最大功率。阴影部分面积S决定了光伏阵列的输出功率。MPPT的意图是寻找一定的电压Vm。当电压是Vm，电流是Im时，S区域的面积最大。C 实时牛顿迭代MPPT算法如上所述，光伏系统必须采取MPPT。MPPT的方法有很多，如电导增量法，曲线拟合，神经网络，干扰观测方法等。在这篇文章中，实时的牛顿迭代算法已被用于计算当前的MPPT电压。当光伏阵列的输出电压为V，对应的输出电流是如下： （1）当C1、C2和V是计算值的数组参数，根据（1），光伏阵列的输出功率如下： （2）为了输出最大功率，式（2）涉及
6、到V，令，则， （3）式（3）是一个非线性方程，牛顿迭代法是一种可行的方法解决上述方程。 （4）在k次迭代后，当条件满足时，是MPP点电压。从上述的数学模型来看，显然，光伏阵列可以通过牛顿迭代算法根据阳光的强度和环境温度变化寻找光伏阵列最大功率点。.MPPT电压控制策略在分布式系统中电压值经常由于无功负载的变化而发生波动，采用无功补偿设备，通常用于保持电压稳定。在三相光伏并网发电系统，它是一种非常有用的保持电压稳定和节省投资的控制策略。常规并网控制策略是单位功率因数控制，其中并网电压和电流具有相同的频率和相位角。根据并网系统的体系结构，需要并联电容，以提供无功功率，从而保持电网连接的注入点处交
7、流电压的稳定。通过MPPT控制，系统可以输出最大功率。通过无功功率，并网发电系统可以保持电网连接的注入点处交流电压的稳定。Fig.3展现了MPPT的电压控制系统。采用双闭环反馈控制策略，外环为电压环，内环是并网电流环，通过MPPT算法给出参考电压（Vm），而B1的电压作为交流电的参考电压（Vref）。给出的参考电压（Vm）于实际的光伏阵列电压（V）的偏差经过PI控制，作为并网电流的d轴的参考电流（Idref）。交流电的参考电压（Vref）与B1点的实际的交流电压（Vi）的偏差经过PI控制，作为并网电流的q轴的参考电流（Iqref）。通过abc/dq变换，三相并网电流ia、ib、ic变换为Id、
8、Iq，比较Id、Iq和Idref、Iqref，也通过PI控制调节。通过dqo/abc变换，输出的PWM信号是调制波和三角波比较产生的。从控制结构看，它表明，MPPT的电压控制，不仅可以实现光伏电网连接的发电MPPT功能，而且还保持交流注入点的电压稳定。.数值研究仿真情况如Fig.1所示。光伏阵列的参考功率是12KW，根据环境温度和日照强度为30和1000kW/m2。表I和表II分别给出了馈线和负载数据。A光伏并网的单位功率因数控制策略在光伏并网发电系统中，传统的控制策略是单位功率因数控制，为了要验证光伏阵列模型和MPPT算法，在本节中对传统控制策略进行模拟。假设温度保持在30，和最初的太阳光强
9、度600kW/m2的。从10秒到15秒，最初的坡道阳光的强度是600kW/m2的，最终阳光的强度是1200kW/m2的。Fig.4给出了仿真结果。Fig.4(a)表明随着阳光强度的增加，光伏阵列的输出电流将增大。当阳光强度是600kW/m2的，输出电流为6.28A。当阳光的强度是1200kW/m2的，输出电流为12.55A。Fig.4(b)表明光伏阵列的实际工作电压可以跟踪MPPT算法的参考电压（Vm）。然而，当阳光强度从600kW/m2增加到1200kW/m2时，电压值将从1.2kV下降到1.167kV。尽管电压下降，电流却有所增加。Fig.4(c)表明，随着日照强度的增加，输出功率仍然增加
10、7kW。Fig.4(d)表明并网系统的电压和电流具有相同的频率和相位，也就是说，控制策略实现了单位功率因数的特点。通过上述讨论，表明随着阳光强度的变化，将改变输出电流，工作电压和光伏阵列的输出有功功率。实时迭代MPPT算法可以使光伏阵列不同的阳光强度下输出最大功率。事实上，输出电流，工作电压和光伏阵列的输出功率也受到环境温度的影响。由于本文篇幅有限，关于温度变化的影响，此处省略。B光伏并网的MPPT电压控制的仿真研究MPPT电压控制策略，25kVar无功负荷在20s添加到B1总线上。初始环境温度和日照强度，分别是30和1000kW/m2。仿真的时间是50秒。为了比较不同的控制策略，Fig.5和
11、Fig.6分别显示了单位功率因数控制和MPPT的电压控制下仿真结果。Fig.5（a）表明，当25kVar无功负荷在20s加入到B1总线上时，B1点的电压将从0.38kV下降到0.36kV。Fig.5（b）和（c）表明，光伏并网系统输出的有功功率和无功功率在单位功率因数控制下保持恒定。Fig.5（d）表明，并网系统的电压和电流具有相同的频率和相位。Fig.5表明单位功率因数控制策略，可以实现光伏并网连接点处电压和电流具有相同的频率和相位，但当无功负载发生变化时，控制不能维持的B1总线的交流电压稳定。Fig.6（a）-（c）表明，当无功负载变化时，B1的总线的交流电压将保持恒定。初始电压0.38k
12、V。当无功负荷在20s时加入，电压将下降到0.363kV。但由于MPPT控制策略而迅速上升到0.38kV。在此期间，输出有功功率仍然保持12KW，但光伏并网系统的无功功率将增加至25kVar。也就是说，输出的无功功率将完全补偿新加入到B1总线的无功功率负载。事实上，输出无功功率来自于并联电容（C）。Fig.6（d）展现了并网系统的电压和电流曲线。表明并网电压电流频率相同。但电流滞后于电压，表明系统输出无功功率。MPPT的电压控制策略分别控制并网时d轴和q轴输出最大有功功率和维护交流电压稳定。在控制期间，因为光伏阵列的参数保持不变，输出的有功功率不会改变。当无功功率增加时，电压控制将调节并网的q
13、轴分量来保持B1总线的交流电压稳定。因此，MPPT的电压控制不仅能实现光伏并网发电的MPPT功能，也保持交流注入点的电压稳定。.结论本文提出了带MPPT功能和电压控制的三相光伏并网发电系统。根据光伏阵列的等效电路，建立了光伏阵列的数学模型。基于VI特性曲线，使用牛顿法计算光伏并网模式下的MPPT。MPPT和电压控制策略如系统所示。通过仿真结果，可以发现以下结论。1.光伏阵列的输出功率强烈依赖于天气状况，包括阳光辐射强度和环境温度。通过MPPT控制，光伏发电系统可以运行在一个最佳点，根据当时的天气状况，给出最大功率。2.传统的单位功率因数控制可以实现三相光伏并网系统的电压和电流具有相同的频率和相
14、位。但该控制策略不能保证当无功负载发生变化时，注入交流点总线电压的稳定。3. MPPT的电压控制策略分别控制当并网时d轴和q轴输出最大有功功率和维护交流电压的稳定。它不仅能实现光伏并网发电系统的MPPT功能，而且还保持交流注入点的电压稳定。当控制策略应用到三相光伏并网系统中，该系统具有很好的集成性与高效性。参考文献1 Chowdhury, B.H., Sawab, A.W. , “Evaluating the value of distributed photovoltaic generations in radial distribution systems,” IEEE Trans. En
15、ergy Conversion, vol 11, pp. 595-600, Sept. 1996. 2 Shi-cheng Zheng, Pei-zhen Wang, and Lu-sheng Ge, “Study on PWM Control Strategy of Photovoltaic Grid-connected Generation System,” in Proc. 2006 Power Electronics and Motion Control Conf., pp. 1-5. 3 Xiaogao Chen, Qing Fu, Shijie Yu, and Longhua Zhou, “Unified Control of Photovoltaic Grid-Connection and Power Quality Managements,” in Proc. 2008 Power Electronics and Intelligent Transportation System Conf., pp. 360-365. 4 Shimizu T, Hashimoto O, an
