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1、摘 要在能源日益枯竭，环境污染越发严重的今天，太阳能逐渐作为一种可替代能源而受到人们越来越多的关注和重视。太阳能发电作为一种新的电能生产方式，以其无污染、零噪音、维护简单等显著特点显示出无比广阔的发展空间和应用前景。光伏并网发电作为太阳能发电的主要形式之一，也越来越受到大家的青睐。本文以单相并网系统为研究对象，对光伏并网系统作了全面的理论分析，从并网系统的拓扑结构、数学建模、控制策略、参数选择等方面进行了详细的分析和研究。根据光伏并网发电系统的不同主电路拓扑结构及其优缺点而选用了一种两级电路拓扑，然后针对单相光伏发电逆变输出级建立控制模型，采用电流反馈型并网控制方案，并用MATLAB进行了仿真
2、，对仿真结果进行分析，最终实现了直流输入有较宽适应范围，逆变器输出正弦波电流具有高效率、高可靠性、较小的电磁干扰，且与电网电压同频同相，进而验证该方案是有效可行的。关键词：单相光伏并网，电流反馈型并网，逆变器AbstractNowdays,on account of the problems of environmental pollution and exhaustion of energy resources becoming worse and worse ,exploring and using of solar energy become more and more importan
3、t . Solar power as a new energy production methods, with its non-pollution, zero noise, simple maintenance and other notable characteristics shows extremely broad space for development and application prospects. grid-connected PV is one of the main forms of solar power and is attracting more and mor
4、e attention.This paper focuses on single-Phase grid-connected system.The topology, mathematical modeling, control strategy and parameter selection and of grid-connected photovoltaic system are analyzed and studied in detail. Choose a two-stage circuit topology according to different main circuit top
5、ology and their advantages and disadvantages of grid-connected PV systems，the manipulative model of the single-phase PV grid-connected systems inverted output is up built and a kind of PV grid-connected current feedback control strategy is adopted, which is emulated and simulated with MATLAB, analyz
6、ed the simulation results , Finally get a wide adapt range of the DC input, inverter output sinusoidal current with high efficiency, high reliability, small electromagnetic interference, and the same frequency and phase with the grid voltage, and then verify that the program is effective and feasibl
7、e.Keywords: single-Phase grid-connected，current feedback，inverter1 绪 论1.1课题的研究背景及意义随着全球工业化进程的逐步加快，人类对能源的需求逐年增加，而石油、煤炭及天然气三大化石能源日渐枯竭，全球将再一次面临能源危机。与此同时，由于石油、煤等化石燃料的不完全燃烧，每年有数十万吨含硫有害物质排向天空，使大气环境污染严重。面对全球范围内的能源危机和环境压力，人们渴望用可再生能源来代替资源有限、污染环境的常规能源。而太阳能作为一种巨量的可再生能源，以其自身清洁、安全的特点，成为具有高度污染性化石能源的主要替代能源。太阳能主要直接
8、应用于光热转换、光电转换和光化学转换几种形式，其中光电转换(即光伏技术)是采用太阳电池将光能转换为电能的发电方式，随着技术的不断进步，光伏发电有可能成为最具有发展前景的发电技术之一（光伏并网发电系统的实现易）。 与化石能源、风能、核能和生物质能发电技术相比较，光伏发电具有一系列显著的优势，主要可归纳如下：（1） 发电原理具有先进性：即直接从光子到电子转换，无任何中间过程（如机械能-电磁能转换、热能-机械能转换等）和机械运动，发电形式也极其简洁。从能量转换路线来看，太阳能发电的能量转换路线，是直接将太阳辐射能转换为电能，是所有可再生能源中对太阳能的转换环节最少、利用最直接的方式。所以，从理论上分
9、析将得到极高的发电效率，最高可达80%以上。（2） 资源分布普遍性：太阳能具有取之不尽用之不竭这一特点，基本上不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面的优势，只是地区之间有丰富差别。（3） 环保性：利用干净清洁、可再生的自然能源，不耗用不可再生的、资源有限的含碳化石能源，在发电过程中没有废渣、废料、废水、废气排出，无噪音，不产生对人体有害物质，不会对环境造成污染与生态环境和谐，符合经济社会可持续发展战略。（4） 通用性：电能可以方便地通过输电线路传输和并网，无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电。（5） 功率补偿问题：由于市电网末端的用户功率因数较低，可以用光伏发电来补偿有功功率和无功功率，
10、以此来提高功率因数。（6） 使用性能和寿命问题：经过数十年实践证明，晶体硅光伏电池可使用20年以上，而且整个系统无转动装置，系统稳定性好，可靠性高，使用极为方便。全球能源专家一致认定:太阳能将成为21世纪最重要的能源之一。世界观察研究所1998年报告指出:太阳能市场增长要比石油工业快十倍，己经超过风能成为世界发展最快的能源领域。（单相光伏系统的研究）1.2 光伏并网发电国内外研究现状与发展趋势光伏并网发电系统是世界各发达国家在光伏应用领域竞相发展的热点和重点，是世界光伏发电的主流发展趋势，市场巨大，前景广阔。太阳能光伏发电技术始于20世纪50年代，1954年美国贝尔实验室首次发明了以pn结为基
11、本结构的具有实用价值的晶体硅太阳电池，从此太阳电池首先在太空技术中得到了广泛应用。受20世纪70年代的石油危机和90年代的华宁污染问题的影响，人们对能源和环境问题的认识不断提高，光伏发电越来越受到各国政府的重视，科研投入不断加大，鼓励和支持光伏产业发展的政策也不断出台。1.2.1国外光伏并网发电研究现状与发展趋势在各国政府的大力支持下，全球的太阳能光伏产业得到了迅速的发展，在世界各国，尤其是美国、日本、德国等发达国家先后发起了大规模的光伏发电计划和太阳能屋顶计划，在它们的刺激和推动下，光伏产业近年来始终以年均30%的速度增长，许多大型企业和研究机构成功地推出了多种不一样的的高性能逆变器，并网光
12、伏发电已经成为光伏发电领域研究和发展的最新关注点。据有关统计数据表明，近5年太阳能光伏组件的年增长率持续上升。2009年德国光伏组件安装容量高达3200MW，占全球总安装量的50.4%。到了2010年日本累计装机容量达到5GW，欧盟3GW，美国4.7GW，澳大利亚0.75GW，印度和中国等发展中国家为1.5-2GW，世界光伏系统累计装机容量达到14-16GW。除德国、捷克、法国等欧洲地区国家之外，美国及日本、中国、印度等新兴市场的需求增加，也带动了全球市场规模的扩大。未来10年，在各国新能源政策的大力支持下，光伏发电市场将通过降低成本、提高转化效率等手段迅速扩张。据预测：到21世纪中叶，可再生
13、能源将占到一次能源总额的50%以上，而太阳能在一次能源中的比例将为13%-15%。1.2.2我国光伏并网发电研究现状与发展趋势我国常规能源中以石油资源严重短缺，这已成为制约我国经济快速发展的一个关键因素。但是我国的太阳能资源十分丰富，理论储量达每年17000亿t标准煤。太阳能资源具有非常大的开发利用潜力。我国光伏发电产业于20世纪70年代起步，经过四十年的不断努力，我国光伏技术有了迅猛的发展。截止2005年，我国已建成10多个大型的光伏电池专业生产厂，光伏电池组件的年生产力超过了200MW，光伏组件总产量超过400MW。截止2007年，我国的太阳电池产量已经远超欧洲和日本，目前位居世界第一。2
14、008年全球太阳电池的产量约7GW，同年我国的太阳电池产量约为2.6GW，所占份额超过了30%。我国在光伏发电平衡设备方面也取得了巨大的进步，“八五”、“九五”、“十五”期间开发出了独立光伏发电系统用的10-100kW的正弦波DC/AC逆变器，逆变效率超过了90%。我国的光伏产业虽然在近些年来取得了一定程度的发展，但相比于蓬勃发展的世界光伏工业，中国光伏工业还只是处于初级阶段，光伏产量和安装容量仅为世界1%左右。由于政策、资金等制约因素，我国的太阳能光伏技术总体上仍处于起步阶段，规模较小、技术相对落后、应用面不广、产品比较单一，一些关键的技术和材料仍不能实现国产化（合肥工业大学）。到目前为止，
15、我国光伏并网发电的核心技术及设备仍主要来自国外，但面对如此巨大的国内需求，努力发展具有自我知识产权的相关技术、实现其产业化已是迫在眉睫的事。在我国政府对新能源产业发展的鼎力扶持下，到2020年，我国光伏产业规模将超过20GW，太阳能光伏发电的电价将与燃煤发电持平。（书）1.3 论文研究的主要内容和任务本文主要研究单相光伏并网发电系统，其主要内容和要求如下：掌握单相光伏并网发电系统的基本原理；设计系统DC-DC和DC-AC两级能量变换的结构；实现DC-DC环节稳压控制器设计；实现DC-AC逆变环节控制输出电流与电网电压同频同相，同时获得单位功率因数的控制设计；在MATlAB/Simulink环境下实现整个系统的设计，并完成仿真调试，在调试过程中注意电路参数对整个系统输出性能的影响；2 光伏并网发电系统的工作原理及方案2.1光伏并网发电系统拓扑 光伏并网发电系统一般是由太阳能电池、升降压变换器、并网逆变器和控制器等几部分组合而成。其工作原理是：太阳能电池输出的直流电压经过高频直流转换后变换成稳定的直流电压，再经过逆变器逆变并向电网输送正弦交流电流，该正弦交流电流与电网电压同频同相。光伏并网系统从主电路结构来看，可将其分为单级光伏并网发电系统和双级光伏并网发电系统，如图2.1（a）、（b）所示。电网Lc-+负载DC/AC电网LC-+DC/DC DC/AC 负载（a）单级式光伏并网系统
