（电力电子与电力传动专业论文）光伏发电最大功率点跟踪及并网运行.pdf

n a n ji n gu n i v e r s i t yo f a e r o n a u t i c sa n da s t r o n a u t i c s t h eg r a d u a t es c h o o l c o l l e g eo f a u t o m a t i o ne n g i n e e r i n g m a x i m u mp o w e rp o i n tt r a c k i n ga n d g r i d - - c o n n e c t e do p e r a t i o no fp h o t o v o l t a i c p o w e rg e n e r a t i o ns y s t e m a t h e s i si n e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g b y y a n gw e i x i n a d v i s e db y p r o f e s s o rx i a ol a n s u b m i t t e di np a r t i a lf u l f i l l m e n t o ft h er e q u i r e m e n t s f o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fe n g i n e e r i n g m a r c h ，2 0 1 0 承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外， 本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许 论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名： 日期： 抽隼晦仇 迎l 堡2 ：应 南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 近年来，随着能源的短缺和环境污染的加重，可再生能源的开发利用成为一个研究热点， 光伏并网发电作为太阳能的一种开发利用方式得到了广泛关注。为了能够使光伏阵列以最大功 率输出，并将输出的电能以高质量的正弦波送入电网，减少对电网的污染，就需要光伏并网逆 变器对光伏阵列的工作点进行调整，并进行电能变换输入电网。 本文以光伏并网逆变器为研究对象，首先分析了常用的最大功率点跟踪算法一固定电压法、 扰动观察法、电导增量法的工作原理及其各自的特点；对电导增量法进行了改进，消除了算法 中存在的除法运算，提高了程序的运行效率；针对跟踪步长影响跟踪速度和跟踪精度的问题， 提出了一种新的最大功率点跟踪算法扰动逼近法，通过变步长的方式快速且精确的跟踪最大 功率点，算法简单，容易实现。 本文对光伏并网逆变器的工作原理与控制方式进行了分析，对比了两级式与单级式光伏并 网逆变器的优缺点，分析了单级式光伏并网逆变器存在的“直流母线电容电压崩溃”问题的原因， 增加了直流母线电容电压环，实现对直流母线电容电压的稳定控制；研究了并网关键技术如 s p w m 、p i d 、p l l 等数字化实现方法。 最后本文对上述分析进行了仿真研究，并设计了台光伏并网逆变器原理样机进行了实验 验证。仿真和实验结果表明，采用扰动逼近法的光伏并网逆变器能够快速精确的实现最大功率 点跟踪，并能够将电能以高质量的正弦波输入电网，谐波含量少，功率因数高。 关键词：光伏发电，并网逆变器，最大功率点跟踪，变步长，数字控制 光伏发电最人功率点跟踪及并网运行 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，a st h ee n e r g ys h o r t a g ea n de n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o ni n c r e a s e ，t h ed e v e l o p m e n t a n du t i l i z a t i o no fr e n e w a b l ee n e r g yh a v eb e c o m ear e s e a r c hh o t s p o t ，a n dg r i d c o n n e c t e dp h o t o v o l t a i c p o w e rg e n e r a t i o nh a sb e e nw i d e s p r e a dc o n c e r na saw a yo fs o l a re n e r g yd e v e l o p m e n ta n du t i l i z a t i o n i no r d e rt oa l l o wm a x i m u mp o w e ro u t p u to fp va r r a y s ，a n dt oo u t p u tt h ee n e r g yi n t ot h eg r i da s h i g h - q u a l i t ys i n ew a v et or e d u c et h ep o l l u t i o no ft h e 鲥d ，i t sn e e d e dt h a tg r i d - c o n n e c t e dp vi n v e r t e r s h o u l da d j u s tt h eo p e r a t i n gp o i n to ft h ep va r r a y s ，a n dt r a n s f o r mt h ef o r m so ft h ee n e r g yt oo u t p u t i n t ot h eg r i d i nt h i sp a p e r , t h er e s e a r c ho b j e c ti st h eg r i d - c o n n e c t e dp vi n v e r t e r f i r s t , t h eo p e r a t i o np r i n c i p l e s a n dt h e i rr e s p e c t i v ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ec o m m o n l yt k s e da l g o r i t h m sf o rt h em a x i m u mp o w e rp o i n t t r a c k i n g ( c o n s t a n tv o l t a g em e t h o d ，p e r t u r b a t i o na n do b s e r v a t i o nm e t h o d ，c o n d u c t a n c ei n c r e m e n t m e t h o d ) a r ea n a l y z e d t h ed i v i s i o no p e r a t i o ni ni s e l i m i n a t e db yp r o c e s s e da n dt h ep r o c e s s i n g e f f i c i e n c yi si m p r o v e d f o rt h es t e ps i z ec a na f f e c tt h et r a c k i n gs p e e da n dt h et r a c k i n ga c c u r a c y , p e r t u r b a t i o na n da p p r o x i m a t i o nm e t h o di sp u tf o r w a r da san e wa l g o r i t h mf o rt h em a x i m u mp o w e r p o i n tt r a c k i n g t h en e wm e t h o dc a na c h i e v et h em p p tq u i c k l ya n da c c u r a t e l yw i t hv a r i a b l es t e ps i z e s e c o n d ，t h eo p e r a t i o np r i n c i p l ea n dc o n t r o lm e t h o do fg r i d - c o n n e c t e dp vi n v e r t e ra r ea l s o a n a l y z e di nt h i sp a p e r t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft w o s t a g ea n ds i n g l e s t a g eg r i d - c o n n e c t e dp vi n v e r t e r a r ec o n t r a s t e d t h er e a s o no f “d cb u sc a p a c i t o rv o l t a g ec o l l a p s e ”i ns i n g l e s t a g eg r i d - c o n n e c t e dp v i n v e r t e ri sd i s c u s s e d ，a n dav o l t a g ec o n t r o l l e dl o o pi sa d d e dt os o l v et h ep r o b l e m t h ed i g i t a l i m p l e m e n t a t i o n so fs o m ek e yt e c h n o l o g i e s ( e g s p w m ，p i d ，p l l ) i ng r i d - c o n n e c t e di n v e r t e ra r e s t u d i e d f i n a l l y , s o m es i m u l a t i o na n dt h ed e s i g no ft h eg r i d c o n n e c t e dp vi n v e r t e ra r eg i v e ni nt h i sp a p e r t h es i m u l a t i o na n de x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h e 鲥d - c o n n e c t e dp vi n v e r t e rw h i c hu s i n g p e r t u r b a t i o na n da p p r o x i m a t i o nm e t h o dc a na c h i e v et h em p p tq u i c k l ya n da c c u r a t e l ya n do u t p u tt h e e n e r g yi n t ot h e 鲥da sh i g h q u a l i t ys i n ew a v ew i t l ll o wt h da n dh i g hp f k e yw o r d s ：p h o t o v o l t a i cp o w e rg e n e r a t i o n ，g r i d - c o n n e c t e di n v e r t e r , m a x i m u mp o w e rp o i n tt r a c k i n g ， v a r i a b l es t e ps i z e ，d i g i t a lc o n t r o l 南京航空航天大学硕士学位论文 目录 第一章绪论1 1 1 光伏发电的背景1 1 2 光伏发电的现状。2 1 2 1 国外光伏发电的现状。2 1 2 2 国内光伏发电的现状3 1 3 光伏发电系统概述4 1 3 1 光伏发电系统的分类4 1 3 2 光伏发电系统的研究方向5 1 4 本文研究的意义和内容5 第二章光伏发电系统的最大功率点跟踪7 2 1 光伏阵列的工作特性7 2 1 1 光伏阵列的等效电路模型7 2 1 2 光照强度和温度对光伏阵列输出特性的影响。8 2 2 常用的最大功率点跟踪方法一9 2 2 1 固定电压法。9 2 2 2 扰动观察法l o 2 2 3 电导增量法1 2 2 3 改进的最大功率点跟踪算法1 6 2 - 3 1 扰动逼近法原理1 6 2 3 2 扰动观察法与扰动逼近法的比较1 8 2 4 本章小结2 l 第三章光伏并网逆变器的研究2 2 3 1 光伏并网逆变器的工作原理与控制2 2 3 1 1 光伏并网逆变器的工作原理2 2 3 1 2 光伏并网逆变器的控制2 3 3 2 两级式与单级式光伏并网逆变器2 4 3 2 1 两级式光伏并网逆变器2 4 3 2 2 单级式光伏并网逆变器2 5 3 3 单级式光伏并网逆变器的小信号分析2 7 光伏发电最人功率点跟踪及并网运行 3 3 1 电流内环2 7 3 3 2 电压外环2 8 3 3 3p i 参数设计2 9 3 4 并网关键技术的数字化实现3 0 3 4 1 数字正弦脉宽调制3 0 3 4 2 数字p i d 3 3 3 4 3 数字锁相环3 5 3 5 本章小结3 7 第四章光伏并网逆变器的设计3 8 4 1 光伏并网逆变器的硬件设计3 8 4 1 1 光伏并网逆变器的主电路设计3 8 4 1 2 光伏并网逆变器的控制电路设计4 1 4 2 光伏并网逆变器的软件设计4 4 4 3 本章小结4 6 第五章仿真与实验研究4 7 5 1 光伏并网逆变器的仿觅4 7 5 2 光伏并网逆变器的实验5 1 5 3 本章小结5 3 第六章结束语5 4 6 1 本文工作总结。5 4 6 2 下一步工作j 5 4 参考文献5 5 j ! 【谢5 9 攻读硕士学位期间发表论文。6 0 南京航空航天大学硕士学位论文 图表清单 图1 1 世界和中国的能源储量图1 图1 2 我国太阳能资源分布图3 图1 3 独立运行光伏发电系统结构图。4 图1 4 并网运行光伏发电系统结构图4 图2 1 光伏阵列等效电路图7 图2 2 光伏阵列在不同光照强度下的卜u 和尸l u 曲线9 图2 3 光伏阵列在不同温度下的仁u 和p _ u 曲线9 图2 4 扰动观察法原理示意图。1 0 图2 5 扰动观察法控制流程图1 1 图2 6 扰动观察法的“误判”现象示意图1 2 图2 7 电导增量法控制流程图一1 3 图2 8 电导增量法的“误判”现象示意图1 4 图2 9 改进电导增量法控制流程图一1 6 图2 1 0 扰动逼近法原理示意图1 7 图2 1 1 扰动逼近法控制流程图1 8 图2 1 2 最大功率点跟踪仿真电路图1 9 图2 1 3 光伏阵列的仁u 和p u 曲线图1 9 图2 1 4 最大功率点跟踪仿真波形图2 0 图3 1 光伏并网逆变器工作原理图2 2 图3 2 滞环比较控制原理图2 3 图3 3 定时比较控制原理图。2 4 图3 4 三角波比较控制原理图2 4 图3 5 两级式光伏并网逆变器原理图2 5 图3 6 单级式光伏并网逆变器原理图一2 6 图3 7 带电压环的单级式光伏并网逆变器原理图一2 7 图3 8 电流内环控制框图一2 8 图3 9 光伏并网逆变器的双环控制框图2 9 图3 1 0 不加p i 控制时的系统b o d e 图。2 9 图3 1 1 增加p i 控制时的系统b o d e 图3 0 光伏发电最人功率点跟踪及并网运行 图3 1 2 正弦脉宽调制原理图3 0 图3 1 3 自然采样法原理图3 l 图3 1 4 对称规则采样法原理图3l 图3 1 5 对称规则采样法控制流程图3 2 图3 1 6 不对称规则采样法原理图3 2 图3 1 7p i d 控制器结构图3 3 图3 1 8 位置式p i d 算法控制流程图图3 4 图3 1 9 增量式p i d 算法控制流程图图3 5 图3 2 0 锁相环结构图3 6 图3 2 1 最优时间法引起电流畸变示意图3 6 图3 2 2 锁相环控制流程图3 7 图4 1 光伏并网逆变器能量曲线图。3 9 图4 2 光伏并网逆变器矢量关系图。4 0 图4 3 光伏阵列输出电压和输出电流采样电路图4 l 图4 4 光伏并网逆变器进网电流采样电路图4 2 图4 5 电网电压捕获电路图4 3 图4 6 输出过流保护电路图4 4 图4 7 主程序控制流程图4 4 图4 8 捕获中断程序控制流程图4 5 图4 9 周期( 下溢) 中断程序控制流程图4 6 图5 1 光伏阵列模型仿真电路图。4 7 图5 2 光伏阵列模型的二，和p u 曲线图4 8 图5 3 光伏并网逆变器仿真电路图。4 9 图5 4 逆变器仿真波形图5 0 图5 5 光伏阵列的输出功率5 0 图5 6 光伏阵列的输出电压与输出电压基准一5 0 图5 7 进网电流与进网电流幅值基准5 1 图5 8 开关管驱动波形图。51 图5 9 锁相环波形图5 2 图5 1 0 缓启动波形图5 2 图5 1 1 进网电流波形图5 3 图5 1 2 不同输出功率下的p f 和t h d 5 3 t ，- 南京航空航天火学硕士学位论文 注释表 ( 1 ) 缩略词及其全称 缩写英文全称 d c d i r e c tc u r r e n t a c a l t e r n a t i n gc u r r e n t s p w m s i n ep u l s ew i d t hm o d u l a t i o n p w m p u l s ew i d t hm o d u l a t i o n t h d t o t a lh a r m o n i cd i s t o r t i o n p f p o w e rf a c t o r d s pd i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r a da n a l o g d i g i t a l m p pm a x i m u mp o w e rp o i n t m p p tm a x i m u mp o w e rp o i n tt r a c k i n g p l lp h a s e l o c k e dl o o p p i d p r o p o r t i o n a l - i n t e g r a l - d e r i v a t i v e p dp h a s ed i s c r i m i n a t o r l f l o o p f i l t e r v c o v o l m g ec o n t r o l l e do s c i l l a t o r ( 2 ) 基本符号及其说明 光伏阵列开路电压 光伏阵列最大功率点电压 光伏阵列输出电压 当前光伏阵列输出功率 当前光伏阵列输出电压 当前光伏阵列输出电流 光伏阵列输出电压基准 电网电压 进网电流基准峰值 直流母线电容电压 中文名称 直流 交流 正弦脉宽调制 脉冲宽度调制 总谐波失真度 功率因数 数字信号处理器 模数转换 最大功率点 最大功率点跟踪 锁相环 比例积分微分 鉴相器 环路滤波器 压控振荡器 光伏阵列短路电流 光伏阵列最大功率点电流 光伏阵列输出电流 上次光伏阵列输出功率 上次光伏阵列输出电压 上次光伏阵列输出电流 光伏阵列输出电压扰动变化量 进网电流 进网电流基准 直流母线电容电压基准 盯 k钿咖岛厶甜 名诃乃圻乃珥喙钿 光伏发电最大功率点跟踪及并网运行 逆变桥开关 正弦波调制信号 直流母线电容 逆变桥桥臂输出电压 比例系数 微分系数 采样周期 电网电压频率 电网电压相位 开关函数 三角载波信号峰值 输出滤波电感 调制比 积分系数 积分时间常数 三角载波信号周期 进网电流频率 进网电流相位 s l m 厨乃瓦雇慨 孓 即c啪髟肠正名 广 南京航空航天大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 光伏发电的背景 能源是人类赖以生存与发展的主要物质基础之一，当今社会发展与经济繁荣主要得益于常 规化石燃料能源( 如石油、煤、天然气、铀等) 的广泛应用。随着社会、经济的持续发展，能 源的消费需求也迅速增长，全球的常规化石燃料能源也在加速枯竭，人类将不得不面临无能源 可用的能源短缺危机。据专家预测，按目前的生产使用速度看，全球可供开采的煤炭只能使用 约2 3 0 年，铀只能使用约7 1 年，天然气只能使用约6 1 年，而石油只能使用约4 5 年，如图1 1 所示。我国是一个能源开采和消费大国，但开采和利用技术相对落后，因此面对的能源形势比 世界能源形势要严峻的多。 图1 1 世界和中国的能源储量图 大量常规化石燃料能源的使用，是环境污染和生态环境破坏的主要原因。在常规化石燃料 能源使用过程中，产生了大量的c 0 2 、s 0 2 和烟尘等，造成了“温室效应”及大范围的酸雨，使 得全球的极地和高山上的冰川积雪融化，海平面上升，大量的森林遭到破坏，建筑被腐蚀，人 类的身体健康和生存发展受到严重威胁n 1 1 4 1 。 面对日益严重的能源短缺危机和环境污染，人类的生存和可持续发展受到严重制约。为了 解决这些问题，新能源的开发利用得到了前所未有的快速发展，包括太阳能( 包括光伏、光热 和光化学) 、风能、潮汐能、生物能、地热能等。在这些新能源中，太阳能具有其无可比拟的独 特优势： 1 ) 储量最为丰富 太阳内部由于不断的进行核聚变反应，可连续产生3 9 1 0 2 3 k w 的能量，这些能量以电磁波 的形式对外传播，其中有8 5 x 1 0 1 3 k w 最终到达地球表面。虽然这个数量是太阳总辐射的几十亿 毖 毖 殂 虬 弓 加 光伏发电最人功率点跟踪及并网运行 分之一，但是却相当于全世界发电量的儿十万倍。按照目前太阳质量消耗速率计算，太阳内部 的热核反应足以维持6 x 1 0 1 0 年。相对于常规能源的有限性而言，太阳能具有储量的“无限性”， 可谓“取之不尽，用之不竭”【3 】。 2 ) 分布最为广泛 在地球上，虽然太阳能的辐射不均匀，但是凡是有阳光的地方就有太阳能，都可以就地开 发利用，尤其是对于边远地区，不需要能源的运输。因此相对于其它能源来说，太阳能对于地 球上绝大多数地区具有存在的普遍性，是分布最为广泛的能源。 由于太阳能具有储量丰富、分布广泛这些无可比拟的独特优势，全球能源专家一致认为： r 太阳能将替代部分常规化学燃料能源，并成为2 l 世纪世界能源供应的主体。根据欧洲委员会联 合研究中心( j r c ) 的预测，到2 0 3 0 年可再生能源在总能源结构中将占3 0 以上，其中太阳能 r 发电将在世界总电力供应中占到1 0 以上；到2 1 世纪末可再生能源将占总能源的8 0 以上， 其中太阳能发电将占到6 0 9 上，在全球能源格局中处于重要地位i s 。 1 2 光伏发电的现状 1 2 1 国外光伏发电的现状 从1 8 3 9 年法国科学家e b e e q u e 代l 在电解液中发现光生伏特效应( 简称光伏效应) 算起， 太阳能电池已经经历了1 7 0 年的发展历史。其中2 0 世纪5 0 年代，太阳能电池的研究出现了两 次重大突破：一是1 9 5 4 年美国贝尔实验室的三位科学家研制成功了世界上第一块品体硅太阳能 电池，在太阳能电池的发展历史上起到了里程碑的作用；二是1 9 5 5 年以色列科学家t a b o r 提出 了选择性吸收表面概念和理论，并研制成功选择性太阳能吸收涂层，这项技术为太阳能利用进 入现代发展时期奠定了技术基础。这两次技术突破为太阳能光伏应用的迅猛发展奠定了技术基 础【2 1 。 过去的几十年里，在各国政府的大力支持下，太阳能光伏产业得到快速发展。2 0 0 6 年，世 界太阳能电池产量达到2 5 0 0 m w p ，累计发货量达到8 5 0 0 m w p 。近1 0 年来，全球范围内光伏， 系统的安装量更是以3 0 的速度增长，其中日本、美国以及欧洲各国通过政府的目标引导、财 政补贴、信贷扶持、科研和产业化促进等方面的综合作用在这一领域中一直保持领先地位。1 9 9 3 年，日本开始实施“新阳光计划”，目标是到2 0 1 0 年光伏装机容量达到4 8 g w p ，1 9 9 7 年又宣布 了7 万太阳能光伏屋顶计划，预计到2 0 1 0 年安装7 6 g w p 太阳能光伏电池。1 9 9 7 年日本京都 会议后，美国总统宣布了“百万光伏屋顶计划”，预期在1 0 年内实现光伏总装机容量3 g w p 。2 0 0 0 年德国颁布了可再生能源法，施行固定上网电价，并提供银行贴息贷款。在这些政策支持下， 德国实施了“1 0 万光伏屋顶计划”，尽管这一计划在2 0 0 3 年已经结束，但德国的光伏屋顶建设 仍在快速发展，截至2 0 0 6 年1 2 月3 1 日，德国的光伏总装机能量达到2 5 3 0 m w p t 5 1 。 2 南京航空航天大学硕士学位论文 1 2 2 国内光伏发电的现状 我国有着十分丰富的太阳能资源，特别是西部地区，年日照时间达到3 0 0 0 h 以上，全国2 3 以上的地区年日照时间达2 5 0 0 h 以上，年均辐射量约为5 9 0 0 m j m 2 ( 如图1 2 所示) 。我国于1 9 5 8 年开始研究光伏电池，1 9 7 1 年首次成功应用于东方红二号卫星上，1 9 7 3 年开始应用在地面上。 近l o 年来，我国光伏电池的产量更是迅猛增长，2 0 0 7 年，我国光伏电池产量达到1 0 8 8 m w p ， 超过日本( 9 2 0 m w p ) 和欧洲( 1 0 6 2 8 m w p ) ，一跃成为世界第一大光伏电池生产国，但在光伏 应用方面我国还落后西方发达国家很多。从“六五”( 1 9 8 1 1 9 8 5 ) 计划开始，国家开始对太阳能 的光伏应用给予资金和政策支持。2 0 0 2 年，国家计委启动“西部省区无电乡通电计划”，光伏用 量达到1 5 5 m w p ，截至到2 0 0 6 年底，我国太阳能电池装机容量累计达8 0 m w p ，其中并网发电 为4 m w p ，仅占5 ，而西方发达国家这一比例达到5 0 以上。 针对我国可再生能源应用的现状，2 0 0 5 年2 月2 8 日，可再生能源法在第十届全国人大 常委会第十四次会议上通过，并于2 0 0 6 年1 月1 日正式实施。这项法规为我国的可再生能源的 开发应用提供了强有力的政策支持。国家第一次在“十一五”国民经济发展规划( 2 0 0 6 - 2 0 1 0 ) 中和中长期能源发展规划中包含了可再生能源的发展目标，这些都对我国的可再生能源发展起 到了指导和推动作用。按照目前国家的规划，到2 0 1 0 年，我国光伏发电累计装机容量将达到 3 0 0 m w p ，到2 0 2 0 年将达到1 8 g w p ，到2 0 5 0 年将达到1 0 0 g w p 。光伏发电在我国未来的能源 战略中将占有重要地位3 】 9 】。 i ， 6 7 0 0 m j m a zi i5 4 0 0 6 7 0 0 m j m zi i l 4 2 0 0 5 4 0 0 m j m zi v p a ，所以保持扰 动方向不变，继续增大光伏阵列的输出电压，光伏阵列工作点到c ，同样由于p c p n ，所以继 续增大光伏阵列的输出电压，光伏阵列工作点到d ，此时由于p d p a ，因此应继续增大光伏阵列的输出电压，扰动方向正确。但是，如果此时 光照强度突然下降，如光照被乌云遮住，光伏阵列的p - u 曲线就会发生变化，假设此条件下与 b 点相同输出电压的工作点为c ，测得的功率为p c ，而p c o ；当光伏阵列的工作点位于最 大功率点时，d p d u = o ；当光伏阵列的工作点位于最大功率点的右侧时，d p d u o 时，d p d u o ，光伏阵列工作点位于最大功率点左侧，应该增大光伏阵列的输出电 压：当i u + d i d u = o 时，d p d u = o ，光伏阵列工作点位于最大功率点处，保持光伏阵列的输出 电压不变；当1 u + d i d u o 时，d p d u 0( 2 8 ) ud uu 8 u 8 一ua 因此，应继续增大光伏阵列的输出电压，跟踪方向正确。但是，如果此时光照强度突然下 降，光伏阵列的p - u 曲线发生变化，假设此条件下与b 点相同输出电压的工作点为c ，测得的 光伏阵列输出电压和输出电流分别为、i c ( u c = ) ，根据电导增量法原理，由于光照下降 导致输出电流减小程度增大，当 丘 i 舞l ( 2 9 ) 。2 一4 1 3 光伏发电最大功率点跟踪及并网运行 时，可以判断： 三+ 旦：生+ 生t , ，二1 1 1 1 o 时，可以判断 三堡：1iudi0(2144-) 一一= l j id ui d u 此时d p d u o ，输出电压应继续增大； 当m u + 阮狄0 时，可以判断 三堡：1iudi o ，输出电压应增大： 当i d u + u d i o 时，d i p c ，输出功率增大，继续以跟踪步长a u 2 减小光伏阵列的输出电压，光伏阵列工作点到d ，此时由于p o 0 9 8 ； 进网电流总谐波含量：t h d 5 。 4 1 光伏并网逆变器的硬件设计 4 1 1 光伏并网逆变器的主电路设计 1 ) 直流母线电容c t 5 5 】 忽略防反充二极管的压降，直流母线电容上的电压即等于光伏阵列的输出电压，因此，稳 定的直流母线电容电压对光伏阵列的稳定工作具有重要意义。 由于光伏并网逆变器的输出电流名和电网电压喙同相，因此并网逆变器的瞬时输出功率戌 可以表示为： p g ( t ) = u g ( t ) i g ( t ) ( 4 1 ) 其中u g ( t ) = u g s i n ( w t ) ，i a t ) = i s s i n ( c l ，0 ，因此： p s ( t ) = s i n ( c o t ) i gs i n ( c o t ) 1 = 哝，g 1 - c o s ( 2 c o t ) = 硝1 一e o s ( 2 c o t ) 】 ( 4 2 ) 可以看出，光伏并网逆变器的输出功率p g 含有2 倍于电网频率分量的低频成份，而光伏阵 列的输出功率p 尸r 在外部环境一定时是比较稳定的，如图4 1 所示。为实现这两种功率的解耦， 需要在这两者之间有一个储能装置，即直流母线电容c 实现能量解耦。由于输出功率雎里含有 低频成份，因此需要较大容量的电容才能避免光伏阵列的输出电压坼y 产生较大波动，从而保 证光伏阵列稳定工作。 3 8 南京航空航天大学硕士学位论文 夕多二h j 姗矾 p s 、= p g l l - c o s ( 2a ，t ) n 兰罗r 入掣入 v 一 图4 1 光伏并网逆变器能量曲线图 直流母线电容电压波动彳由以中的交流成份a p g 寻擘( 2 f ) 产生，所以有： = 吉8 嚣d t = 去 3 ， 因此，直流母线电容c 取值应为： c 二呈一 ( 4 4 ) 铡d c 蜘d c 本文设计并网逆变器额定输出功率乍1 0 0 0 w ，输出频率石_ 5 0 h z ，直流母线电容电压最低 为3 8 0 v ，取电压纹波系数为2 ，则a u o c = 7 6 v ，可得： c ! q q q ：1 1 0