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1、摘要1ABSTRACT2第1章绪论11.1研究背景及意义11.2光伏发电的发展现状1第2章光伏电池的特性研究32.1光伏电池的工作原理32.2光伏电池的等效电路32.3光伏电池数学模型的简化4第3章 光伏发电MPPT控制技术研究63.1 元器件的选择63.2 MPPT控制方案的选择63.3本文所选择的方法7第4章三相并网逆变器的控制技术94.1并网逆变器系统的结构94.2并网逆变器选择94.3系统总体方案104.4并网逆变器系统模块搭建10第5章仿真结果与本文总结125.1光伏并网逆变系统仿真结果125.2 MPPT仿真结果135.3全文总结16参考文献17致谢19由于光伏发电具有的优点，如灵
2、活、洁净以及广泛应用，是目前最有优势的微源。太阳 能绿色可持续，是众多研究学者公认的新型替代资源，因此对光伏发电技术进行研究时十分 必要的。本文主要研究对象是逆变器，首先通过查找相关文献了解目前光伏行业的最新发展 动态以及光伏并网技术所遇到的问题。然后针对这些问题，提出了理论解决办法，对控制系 统的结构和逆变器的选型进行了详细的介绍，最后搭建了 MATLAB仿真模型，验证理论分 析的正确性。关键词：光伏发电；并网逆变器系统；控制策略ABSTRACTBecause of the advantages of photovoltaic power generation, such as flexib
3、ility, cleanliness and wide application, it is the most advantageous micro-source at present. Green and sustainable solar energy is recognized as a new alternative resource by many researchers, so it is necessary to study photovoltaic power generation technology. The main research object of this pap
4、er is the inverters. Firstly, the latest developments of the photovoltaic industry and the problems encountered in the photovoltaic grid-connected technology are found out by searching the relevant literature. Then, aiming at these problems, theoretical solutions are put forward. The structure of th
5、e control system and the selection of inverters are introduced in detail. Finally, the simulation model of MATLAB is built to verify the correctness of the theoretical analysis.Key words： Photovoltaic Power Generation; Grid-connected Inverter System; Control Strategy第1章绪论1.1研究背景及意义人们对太阳能的利用可以追溯到很久之前
6、，现今，伴随着科技的快速发展，世界 各国对能源的需求越来越大，由于常规的能源资源有限，他们就把目光转移到了光伏 发电方面。所以，光伏发电迎来了发展的高潮，趋向于满足现代社会对能源的依赖。 就我国光伏行业的发展来看，将来会有更多的光伏设备进入到千家万户，进入到祖国 各地来为居民服务。光伏产业的发展必将会造福人类。习总书记也说过，宁要绿水青 山不要金山银山，从国家层面也是对光伏寄予了很大的希望。进入二十一世纪以来，世界经济的规模在不断扩大，世界人口也在稳步增长，与 之相反的是能源储备却在逐年减少。工业4.0更是推动着科技在向前发展，但是，人 们也逐渐认识到，社会快速发展的过程中也带来了一系列问题，
7、比如空气质量、全球 气候的变化，这些都对人类健康高质量的发展有着不利影响。地球作为人类的母亲， 为科技的进步和人类的进步提供了强有力的支持，如若一味坚持原有资源的使用，将 会对地球造成不可修复的损伤。综上，我们需要发展新的能源结构，比如太阳能、风 能等清洁型能源。太阳能储量丰富，并且没有任何副作用，因此研究人员开发出了一 种能够吸收太阳能进而转化为电能的电池片来实现对太阳能的有效利用。1.2光伏发电的发展现状利用光伏来进行发电在被投入使用以后，发展的相当迅速，尽管遭遇了两次较大 的金融风暴，仍然处于增长阶段。有报告显示，截止到2018年，全球光伏发电装机 容量约为89.365GWp，与前一年度
8、相比，增加了9.36%左右。在这些容量中，中国所 占用的比重高代55%，出口总量长期位于国际领先行列。欧盟在之前发布了他们的能 源战略规划，我们可以很直观的看出，世界许多国家都已经把光伏发电这一技术作为 未来的能源发展方向。从地理位置来看，由于我国特殊的地理位置，太阳能资源较其他国家较为丰富。 有关数据表明，在适合利用太阳能的地区每年的辐射量都在5000MJ / m2以上，吧这 些辐射量如果全都换算成煤炭资源来实现的话，相当于2.4X104亿吨。从政府相关报 告中可以直观的认识到光伏产业在我国发展的势头很劲，其主要形式有两种，一种是太阳能电站式，一种是分布式的。第2章光伏电池的特性研究2.1光
9、伏电池的工作原理太阳能电池片产生电流的原理是利用了半导体PN结的“光生伏特”机理。当有 太阳光照射到电池片的时候，其内部原有的电荷平衡状态就会被打破，正负电荷相互 移动聚集在一起，这样电池片内就会生成一个电动势。对于PN结而言，在遇到太阳 光的照射之后，内部会产生电子和空穴，这样它的物理环境就有了一丝微小的变化， 从而形成感应电场。在电场的作用下，电子和空穴向相反的方向各自移动，最终形成 一种动态平衡过程，在P极聚集的是正电荷，N极聚集的是负电荷，这样就产生了电 动势。如果在其外边连接上一定的负载，就会有电流产生。具体工作原理过程如图1 所示。图1光伏电池工作原理示意图2.2光伏电池的等效电路
10、q (V + IR 1, V + IRI 二 I I exp上1 s(2.1)phonktRsh式中：V是太阳能电池阵列输出的电压，I为输出电流，Iph为光生电流，10为二极管反向饱和电流，R和R分别是串联电阻与旁路电阻。n为二极管特性因子，kssh为玻尔兹曼常数，T为光伏电池的温度。2.3光伏电池数学模型的简化由前文光伏电流表达式可以看出，如果严格按照这一公式来对光伏发电的特性进 行研究，所需要的工作量是很大的。为了便于分析，本文对该公式进行了一些简化， 前提是要保证改动后的效果与真实情况的误差在一个允许的范围内。由于串联的电阻阻值远小于旁路电阻阻值，所以就能够把匕竺省略掉。RshI = I
11、 I exp q(V；IRs) 1phnkt(2.2)在太阳能电池处于开路状态时V二V，I = 0，所以oc0 = I I expq(V；IRs) 1sc nkt(2.3)在太阳能电池处于最大功率状态时有V二V，I二I ，就可以得到mmT _T T exp q (V +1 R ) “I = I I exp m ms 1m sc onkt通过上述计算能够得出本文所使用的简化数学模型为：(2.4)VI - I 1 C expG) 1sc 1 V Coc 2(2.5)其中I为短路电流:scI VC - (1) e xp V (2.6)scoc 2VIC 二(-m 1)ln(1 -m)-12 VIoc
12、sc(2.7)在实际工作中，外界自然环境是动态变化的。考虑到光伏电池独有的特性，容易受到太阳光强度和温度变化的扰动。为了准确反映实际情况，需要对建立的数学模型进行修正，以满足不同条件下的光伏特性曲线。对于特定的太阳光强度和温度参数,利用他们来构造光伏特性在多种环境下的特征曲线是利用了以下的公式来进行计算。AT 二 T - Trefscsc S(1 + dAT)V 二 V (1 - dAT)ln(e + 0AS)ococ(1 + dAT)V 二 V (1 - dAT)ln(e + 0AS)mm(2.8)(2.9)(2.10)(2.11)(2.12)(2.13)式中：T为温度值，S 是光照强度。d
13、 =0.0025/OC ,0 =0.5九=0.00288/OC ,T =25OC，refS =1000w/ m 2。 ref根据上述所有的简化和计算，就能够得到不同光照和温度工况下的光伏电池数学 模型第3章光伏发电MPPT控制技术研究3.1元器件的选择目前，太阳能的光伏发电并网技术一直在改进，一直在朝着高效率、智能化方向 发展。为了能够将系统工况保持在效率最高点，人们进行了各种控制方法的研究，其 中有一项技术叫做MPPT。这种控制方法通过改变系统中的等效阻抗来完成对其运行 电压进行控制，采用这种控制方法的优点是，它能够有效弥补外界环境和系统内部阻 抗对系统造成的不良影响，从而使得系统一直工作在
14、最佳工况，即功率最大。具体原 理如图3所示：图3最大功率跟踪点原理示意图从图中可以看出，曲线1所表示的是光照强度不变，温度动态变化时的曲线走向， 曲线2所表示的是温度不变，光照强度动态变化时的曲线走向。由图中交叉点可以看 出，当光照强度不变，温度发生变化时，最大功率点由A转移到了 A /，但是它不是 这个系统功率最大的点，所以就需要将负载由1调整到2，最大功率点就调整到了交 点B，此时系统的功率达到最大值。3.2 MPPT控制方案的选择当前有很多衍生出来的MTTP控制方法，他们各自有优缺点，使用最多的有扰 动观察法、恒定电压法、电导增量法等。本文对电导增量法和扰动观察法进行简单介 绍，并选择出适合本文的控制方法。一、电导增法这种方法的原理是判断电导的变化率，根据其变化率数值大小，来对系统进行调 整。具体做法是，判断电导的变化率是否为零，如果是，那么此时系统就工作在最大 功率工况，如果不是，就需要对系统工作电压进行调整，使其满足系统的最佳工作状 态需求。由p = ui，对该等式两端同时对v求导得：二=I + V 一dV dVdVdp因此可以由上式分析得，当 竺0时，光伏电池工作点位于波峰的左侧，需要dV增加电压来向右移动；当 竺0时，系统的工作点位于波峰右侧区域，此时我们需 dV要减小系统的工作电压来使工作点向左边的波峰靠拢；当 兰=0时，此时系统的工 dV作点在峰值处，此时须
