三相光伏并网电流型PWM逆变器的研究

1、浙江大学电气工程学院硕士学位论文三相光伏并网电流型PWM逆变器的研究姓名：周东申请学位级别：硕士专业：电工理论与新技术指导教师：林平20100101浙江大学硕七学位论文摘要随着世界能源紧缺和环境污染问题的日益严重，新能源的发展越来越受到世界各国的关注。太阳能作为一种清洁的绿色能源，在光伏发电系统中具有广阔的发展前景。光伏并网发电是太阳能发电系统应用的发展趋势，并网逆变器是光伏并网发电必不可少的。传统的光伏并网系统中的逆变器多采用电压型逆变器，它只能工作在直流电压恒定且高于电网电压峰值的情况，采用的拓扑结构通常为两级或多级形式。这不仅增加了功率损耗而且电路结构也较复杂。而电流型逆变器可工作在直流

2、电压低于电网电压峰值的场合，且能够实现直流侧电压宽范围调节，用于光伏并网系统中可以省掉电压型逆变器的升压环节，结构简单、成本低，可以很好地适应光源从弱光到强光的特性。本文着重研究了三相光伏并网电流型逆变器及其控制策略，主要包括以下几方面内容。首先分析了三相光伏并网电流型逆变器的工作原理，建立了在三相静止坐标系下的低频模型和高频模型。提出了电流型逆变器的调制信号的产生和分配技术，通过自然采样规则将电压型二值逻辑信号转化为电流型三值逻辑信号，并按照最小开关原则分配零矢量。在研究光伏电池的输出特性基础上建立了光伏电池的通用仿真模型，基于该模型完成了整个系统的仿真分析。在综合比较各种最大功率点跟踪（）

3、算法的基础上提出变步长电导增量法。对三相光伏并网电流型逆变器的主电路参数进行了设计，详细介绍了直接电流控制策略的原理，并将这一控制策略应用于并网系统中，对整个系统进行了参数设计。在理论分析的基础上，对整个系统的硬件电路设计进行了详细的介绍，构建了一套实验样机，实验验证了上述理论分析的结果。实验结果表明将直接电流控制策略应用于三相光伏并网电流型逆变器，不仅实现了逆变器网侧电流正弦化并与网侧电压同相位，而且实现了直流侧电压宽范围调节，提高了系统动态性能，更适合于光伏并网。本论文的研究得到国家自然科学基金项目（基金号：）的资助。关键词：光伏并网：电流型逆变器；调制；单位功率因数浙江大学硕士学位论文，

4、鲥鲥，姐，（）浙江大学硕士学位论文骶鲥，（）：；浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文足本人在导师指导下进行的研究，作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：周岳签字日期：叫。年弓月夕日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解逝姿盘鲎有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿盘堂可以将学位论文的全部或部分内容

5、编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：司寿、签字日期：夕。年弓月日导师签名：琳手签字日期：阳少年弓月口日浙江大学硕士学位论文第章绪论研究背景与意义随着世界能源紧缺和环境污染问题的日趋严重，清洁、可再生能源的发展和应用越来越受到世界各国的关注。太阳能作为可再生能源的一种，在光伏发电系统中具有广阔的应用前景。据国际权威机构预测，到世纪年代，全球直接利用太阳能的比例将会发展到世界能源构成的之间，而整个可再生能源在能源结构中的比例将大于，如表所示【】表卜可再牛能源和太阳能在未来能源结构中的比例（）时段

6、日本预测太阳能呵再生能源预测太阳能可再生能源平均太阳能可再生能源太阳能是一种零排放的清洁能源，也是一种能够规模应用的现实能源，可用来进行独立发电和并网发电。因为其转换效率高、无污染、不受地域限制、维护方便、使用寿命长等诸多优点，被广泛应用于航天、通讯、军事、交通、城市建设、民用设施等诸多领域。太阳能光伏发电系统有独立运行和并网运行两种方式。独立运行的光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置，主要用于无电网的边远地区和人口分散地区，整个系统造价很高；在有电网的地区，光伏发电系统与电网连接并网运行，省去蓄电池，不仅可以大幅度降低造价，而且具有更高的发电效率和更好的环保性能。太阳能光伏并网发电代表了太阳

7、能电源的发展方向】，是世纪最具吸引力的能源利用技术，对太阳能光伏并网系统的研究具有代表意义。目前世界各国投入使用的光伏发电系统主要是独立的发电系统，光伏并网作为新技术，其并网系统进入实用化还存在着不少问题，如并网系统的稳定性、并网系统的效率、并网质量和成本等都是需要解决的问题。国内外光伏并网发电研究者正在进行着坚持不懈的研究【一钉。光伏发电系统和其他大部分可再生能源一样，它直接产生的能量通常是不稳定的，因此不可能直接将光电池或风力发电机与公共电网直接相连，需要在光电池或发电机与电网之间配置容量适合的逆变器，将电压和频率均随机变化的电能或光能变换成电压、频率、谐波、相角和功浙江大学硕士学位论文率

8、因数都符合电网要求的交流电能，再与公共电网相连，以实现并网。因此，逆变器的性能和控制对太阳能、风能等可再生能源的并网发电具有及其重要的意义。光伏并网逆变器的研究现状光伏发电并网系统由光伏阵列和并网逆变器组成，在可调度式系统中，还会配备蓄电池作为储能设备。为了避免并网逆变器对电网产生额外的谐波污染，逆变器必须具备低谐波、高功率因数的特点，理想状态要求网侧功率因数为，即网侧电流无畸变且与网侧电压相位一致，这样回馈至电网的只有有功功率。目前应用于光伏并网系统中的逆变器多采用电压型逆变器，它只能工作在直流电压恒定并高于电网电压峰值的情况，用于光伏并网一般采用两级或多级电路拓扑结构，不仅增加了功率损耗而

9、且电路结构也较复杂【，】。而电流型逆变器可工作在直流电压低于电网电压峰值的场合，且能够实现直流电压宽范围调节，用于光伏并网系统还可以省掉电压型逆变器的升压环节，结构变得简单，成本降低，且很好地适应了光源从弱光到强光的特性。同时，电流型并网逆变器的储能元件足电感，使得系统寿命变长，过流保护容易，可靠性提高。光伏并网逆变器的拓扑结构光伏并网系统中的并网逆变器的基本功能都是相同的，即当光伏阵列输出在较大范嗣内变化时，能始终以尽可能高的效率将其输出的低压直流电转化为与电网匹配的交流电送入电网。光伏阵列的输出随光照强度变化波动较大，所以对并网逆变器的要求比较高。并网逆变器的拓扑除了要方便实现最大功率点跟

10、踪外，还必须考虑以下几个问题：（）成本低；（）效率高；（）寿命达到年左右。目前光伏并网发电系统的拓扑结构可以大致分为以下几种：单级式（有工频变压器）、单级式（无工频变压器）、两级式和多级式。（）单级式并网逆变器拓扑（有工频变压器）此方式结构如图所示。系统采用逆变器产生电网频率的交流电能，经工频变压器进行隔离和变压，接至电网。由于使用了工频变压器，而且太阳能电池母线和电网之间没有能量解耦环节，所以这种拓扑的效率较低。浙江大学硕士学位论文变压器图有工频变压器隔离的单级式并网逆变器结构框图（）单级式并网逆变器拓扑（无工频变压器）此方式通过串联多个太阳能电池组件以达到足够的直流输出电压，通过全桥逆变和

11、滤波后直接接入电网，如图所示。图无工频变压器隔离的单级式并网逆变器结构框图（）两级式并网逆变器拓扑两级式并网逆变器拓扑是目前使用较多的主回路拓扑结构。如果逆变器是自换相的，通过在变换后高压直流母线上并联一个电容，可以很好地实现能量解耦。主回路两级一般包括软开关变换环节和自换相或电网换相的逆变环节，如图所示。光伏阵列变换器逆变电路刁广一。能电网图卜两级式并网逆变器拓扑结构框图（）多级式并网逆变器拓扑多级拓扑设计虽然会增加并网逆变器的复杂程度和成本，但也能实现多种功能，包括：逆变桥低开关频率（）；变换器正弦半波输出；光伏阵列与电网之问的能量解耦。因此多级拓扑设计可在降低损耗的同时达到很好的最大浙江

12、大学硕士学位论文功率点跟踪特性。一种多级拓扑的并网逆变器拓扑结构如图所示【】辅助滤波器电路并网逆变器换器（一一、一：、（电图一种多级拓扑的光伏并网逆变器结构原理图该光伏并网逆变器具有以下一些优点：（）最大功率点跟踪由辅助电路实现，通过切换开关每接通辅助电路；（）第一级电路输出己经整形成为正弦半波；（）第二级半桥升压电路为固定占空比（略小于）驱动，无需外加控制；（）逆变桥工作频率为，只起换相作用。但它的缺点也比较明显，由于采用的是简化的最大功率点跟踪，不是真正的闭环控制，因此当温度变化较大时跟踪效果相对较差，影响整个系统效率。上述几种并网逆变器都能实现相同的功能，即提高光伏阵列输出电压并逆变并入

13、电网。逆变电路一般采用半桥或全桥结构，开关频率从到几十，其中逆变电路开关频率为的情况是前一级输出电流为正弦半波，逆变电路只需实现换相功能；逆变电路开关频率为高频（几十左右）时，前一级变换只需实现直流升压和最大功率点跟踪功能，这样也减小了对直流母线滤波电容的容值要求。而且，直流输出的变换器比正弦半波电流输出的变换器所需峰值容量要小一半。表给出了上述几种拓扑的光伏并网系统优缺点的综合比较，可以看出，单级式无工频变压器结构和两级式升压逆变结构是相对较好的拓扑设计。表各种光伏并网逆变器拓扑比较拓扑类型变压器）变换级数效率变换器成本控制算法复杂程度系统设计灵活性单级式（有上频单级式（无工频变压器）两级式

14、多级式或以上较高高低高低较高一高较低高低较高较高较低高曷低浙江大学硕士学位论文电压型并网逆变器的发展现状电压型并网逆变器是目前光伏发电系统中较常用的主电路拓扑睁】。单相光伏并网电压型逆变器的主电路拓扑如图所示。主电路采用个功率开关管的全桥拓扑，功率开关管必须反并联一个续流二极管，用以缓冲过程中的无功电能。在直流侧通常接有一大电容，用于滤除光伏电池阵列输出端谐波及稳定直流侧电压，故逆变器直流侧可看作是一电压源。交流侧接有一滤波电感滤除交流侧输出电压谐波分量。该逆变器以对角线和，对角线和构成两组联动开关，两组开关互补开通，同时为避免同一桥臂两只开关管导通，应设置一定的死区时间。当采用双极性调制时，

15、交流侧输出正负方波电压，其幅值等于直流侧电容端电压。图单相光伏并网电压型逆变器拓扑三相光伏并网电压型逆变器的主电路拓扑如图卜所示。其工作原理与单相光伏并网电压型逆变器类似，采用三相桥式的电路结构，通过对三相桥臂施加幅值、频率相等，而相位差。的三相对称正弦波调制信号，使交流侧输出三相正弦电压，然后通过三相滤波电感滤波后并入电网。图三相光伏并网电压型逆变器拓扑浙江大学硕上学位论文电流型并网逆变器的发展现状电流型逆变器从直流侧至交流侧具有升压特性，理论上讲可以克服电压型逆变器的不足。在年代末，日本学者等就率先研制成功了一种电流型光伏并网逆变器【】，它较好地适应了光伏电池类似电流源的特性，取得了较好的

16、性能。但当时采用的电流型逆变器主电路结构复杂，且采用开环控制策略，控制性能不稳定，因而未得到很好的发展。进入年代，随着电力电子及其控制技术的发展，电流型斩控变流技术越趋成熟，因其优越的双向功率变流功能，这类逆变器被广泛应用于光伏并网发电。相对电压型并网逆变器，电流型并网逆变器【】后来没有发展起来，主要是由于：通常的电力能源例如发电机、电网、电池等均属电压源，而且电压型逆变器中的储能元件电容器与电流型逆变器中的储能元件电感器相比，储能效率和储能器件的体积价格都具有明显的优势；同时由于目前主流的功率器件多适用于电压型逆变器，应用于电流型需要串联二极管用以阻断反向电流，该二极管的使用增加了电流型逆变

17、器的开通损耗，也在一定程度上限制了电流型逆变器的应用。另一方面，电流型逆变器和电压型逆变器是互为对偶的两种逆变器各具自己的特点。太阳能光电池具有电流型特性【】，风力发电机则需要对逆变器电流进行直接控制，因此电流型逆变器更适用于并网系统。电流型逆变器光伏并网系统与电压型逆变器光伏并网系统相比具有如下特点：（电流型逆变器光伏并网系统便于实现弱光能至强光能的光能利用电压型逆变器工作的直流侧电压必须高于电网电压峰值且保持恒值不变，在光伏并网系统中，光电池输出电压的幅值随阳光强度的大小而变化，阳光不够充足时光电池输出电能的电压较低而难以用一般的电压型逆变器与电网并网，系统勉强工作则必然会使电网获得的电能

18、含有大量的谐波，如果采用中间升压斩波器（）的方案，则会增加系统成本，并降低系统的效率；而利用电流型逆变器从直流侧至交流侧具有升压特性的原理，通过控制逆变器一桥臂上的两个开关管的重叠导通时间，来控制逆变器的直流侧电流，可实现从弱光能至强光能全过程的光能利用。但）电流型逆变器是对输出电流的直接控制，实现能量回馈最大功率点跟踪控制更方便可靠；而电压型逆变器实现最大功率点跟踪控制时，容易引起直流母线电压崩溃】，降低可靠性。（由于电流型逆变器的储能元件为电感，系统寿命比采用电压型逆变器要长（因为电压型逆变器的中间储能元件采用电解电容）。（）电流型逆变器光伏并网系统发生过流时容易得到及时保护，系统可靠性提

19、高。近几年来，适用于电流型逆变器的新型器件不断出现（例如可双向关断浙江大学硕士学位论文），使得电流型逆变器中串联的二极管不再必需，解决了串联二极管的损耗问趔。通过合理设计电流型逆变器直流侧的电感，也能有效解决电流型逆变器储能电感的效率问题。从长远来看，超导技术的发展应用，对电流型逆变器的应用更有积极的意义【】。根据电网相数的不同，电流型逆变器的主电路拓扑可分为单相电流型逆变器和三相电流型逆变器，分别如图和图所示。图卜单相光伏并网电流型硼逆变器拓扑图卜三相光伏并网电流型硼逆变器拓扑单相电流型逆变器（）拓扑一般用于小功率场合，其交流侧由、组成二阶低通滤波器，滤除交流侧电流中的开关谐波；直流侧接大电

20、感，使直流侧电流近似为直流；开关器件由可控器件与二极管串联组成，在可控器件关断时，二极管起到承受反压的作用。三相电流型逆变器拓扑用于中等功率场合，它采用六个开关器件，和单相拓扑类似，三相六开关交流侧也是由、组成二阶低通滤波器，直流侧接大电感，开关器件由可控器件与二极管串联组成。该拓扑能实现能量的双向传输，是应用范围最广泛，研究最多的一种拓扑。本文所要研究的光伏并网电流型逆变器就是基于该拓扑的。浙江大学硕士学位论文本文所做的工作本文在广泛查阅和分析国内外相关文献的基础上，对三相光伏并网电流型逆变器及其控制策略进行了较为深入的理论分析和实验研究。在研究其工作原理的基础上进行了仿真分析和实验验证，实

21、验结果与理论分析一致。本文主要内容如下：（）在分析了三相光伏并网电流型逆变器的工作原理基础上，建立其在三相静止坐标系下的低频模型和高频模型：提出了电流型逆变器的调制信号的产生和分配技术，通过自然采样规则将电压型二值逻辑信号转化为电流型三值逻辑信号，并按照最小开关原则分配零矢量。（）在研究光伏电池的输出特性基础上建立光伏电池的通用仿真模型，基于该模型完成了整个系统的仿真分析。在综合比较各种最大功率点跟踪（）算法的基础上提出了本文所采用的算法。（）在理论分析的基础上，对三相光伏并网电流型逆变器的主电路参数进行了设计，提出了直接电流控制策略，对整个系统进行了参数设计。介绍了基于的整个控制系统的设计，

22、给出了整个程序的设计流程图。（）基于理论和仿真分析的基础上，构建了一套实验样机，实验验证了上述理论分析的结果。论文最后对全文工作进行了总结，指出了三相光伏并网电流型逆变器有待改进的方向及其在光伏发电系统中的应用前景。浙江大学硕士学位论文第章三相光伏并网电流型逆变器的分析近年来，三相光伏并网电压型逆变器的研究已经相当广泛【。而三相光伏并网电流型逆变器的研究则相对较少，国内的研究则更是少见。电压型逆变器的技术比较成熟，更因其良好的双向并网逆变能力而广泛应用于光伏并网系统中。但电压型逆变器只能工作在直流电压恒定并高于电网电压峰值的情况，用于光伏并网一般采用两级或多级电路拓扑结构，不仅增加了功率损耗而

23、且电路结构也较复杂。而电流型逆变器可工作在直流电压低于电网电压峰值的场合，且能够实现直流电压宽范围调节，用于光伏并网系统还可以省掉电压型逆变器的升压环节，结构变得简单，成本降低，且很好地适应了光源从弱光到强光的特性。建立数学模型是深入分析和研究逆变器的工作机理和运行特性的基础，本章在分析三相电流型逆变器工作原理的基础上建立了在三相静止坐标系下的数学模型，并研究了电流型逆变器的调制信号的产生和分配技术。在分析了光伏电池输出特性基础上建立了光伏电池的通用仿真模型，在综合比较各种最大功率点跟踪（）算法的基础上分析研究了变步长电导增量法，并将这一算法用于三相光伏并网电流型逆变器中。三相光伏并网电流型逆

24、变器的原理与建模基本原理三相光伏并网电流型逆变器的原理图如图一所示啪¨。是太阳能电池，吃，巳，巳是三相电网电压。厶，厶，丘和口，是输出滤波环节，开关器件由可控器件与快速恢复二极管串联组成，以提高器件的反向阻断能力。浙江大学硕士学位论文图一三相光伏并网电流型嘶逆变器原理图三相对称正弦波信号，其幅值大小每隔。改变一次，当的开关频率与正弦波频率相比足够高时，一个开关周期中的调制信号幅值可以近似认为不变。因此，根据三相电压幅值大小关系进行分区，一个正弦波周期可以分为个区，分别记为一，如图所示。图个正弦波调制周期中的六个区电流型逆变器的上、下桥臂在任意时刻都必须有且仅有一个开关管导通，直流侧不

25、允许开路。也就是说在任意一个工作区内，上桥臂中的一个开关（，）和下桥臂中的一个开关（，）处于开通状态，例如在区内，关断，恒通，由开关频率控制，这样就会产生三种状态：状态：导通，关断。电感电流以增大，处于充电过程。输出电流由，提供。如图所示。浙江大学硕士学位论文图状态，导通器件：，状态：导通，关闭。电感电流乞通过，和乞，巳这一回路放电，减小。输出电流如由，提供。如图所示。图状态，导通器件：，状态：导通，关闭。电感电流乞通过，和，巳这一回路放电，屯减小。输出电流乙由，提供。如图所示。浙江大学硕士学位论文北图状态，导通器件：。，：以上种状态是三相光伏并网电流型逆变器在第区内的工作过程。将这种状态合并

26、起来考虑可以发现三相光伏并网电流型逆变器其实是一种型逆变器，如图所示。其他区域工作状态的分析与此类似。图区内的单相等效电路数学建模）低频模型三相光伏并网电流型逆变器的等效电路如图所示。并网逆变器交流侧等效为受控电流源，其交流侧电流与调制波信号成正比，直流侧等效为受控电压源【】。图三相光伏并网电流型逆变器低频等效电路图浙江大学硕士学位论文容。为直流侧滤波电感参数，心为电感等效内阻。为电网中点，为三相豺纠，三丢耋篓圣芝乞瓠出一鲁一如，（式中勺为网侧电压瞬时值，匆为网侧电流瞬时值；切为并网逆变器输出电流瞬时值，啊为并网逆变器交流侧电容电压的瞬时值，产，。出为三相电流乙乙在三相电网电压对称的条件下有：

27、巳乞乞（）（）对点由基尔霍夫电流定律得：争粤冬：（）、。将式（）的三个状态方程相加，得（）由式（）、（）、（）可得在低频下，电网中点与交流电容中点等电位。在三相静止坐标系下，三相光伏并网电流型逆变器的三相电路彼浙江大学硕学位论文此独立，不存在耦合关系。式（）（）全面描述了三相光伏并网电流型逆变器交流侧与直流侧的瞬态电路特性，是在坐标系下分析和控制三相光伏并网电流型逆变器的基础。高频模型三相光伏并网电流型逆变器的上、下桥臂在任意时刻都必须有且仅有一个开关管导通，为了在数学模型中体现开关状态对逆变器瞬态电路特性的影响，引入三值逻辑开关函数，且定义上桥臂导通桥臂全通或关断下桥臂导通（，口，）一交流侧

28、输出电流与直流侧电流的关系为：晒如（）忽略开关器件的功率损耗，由功率守恒定理，逆变器直流输入侧的瞬时有功功率与交流侧的输出瞬时有功功率平衡，即名手易手名云么么（）将（）代入（）可得：墨足（）将式（）和（）代入低频模型，即式（一）（），得到基于开关函数描述的三相光伏并网电流型逆变器的一般数学模型为：哮一巳邵誓么一岛警一，互。一如将式（一）整理成状态方程的矩阵形式为：（姐如）（）浙江大学硕士学位论文一竺三。三三。一墨三！三乞庞一墨三三三。一疋乞（）最。弘，弘。以，。一皂一皂一乏一心。电赴量由式（）可以得到三相静止坐标系下三相光伏并网电流型逆变器的开关函数模型结构如图所示。图三相静止坐标系下光伏并网

29、电流型逆变器的开关函数模型基于开关函数描述的三相光伏并网电流型逆变器的一般数学模型式是对其功率开关管瞬态过程的精确描述，便于分析系统中主要物理量的变化规律。浙江大学硕士学位论文调制信号的产生和分配对于三相电流型逆变器，目前常用的两种调制策略是正弦波脉宽调制策略（）和空间矢量脉宽调制策略（），由于存在坐标变换，会导致多变量耦合，给解耦控制带来了困难，因此本文采用调制策略，下面详细分析其信号的发生和分配。三相电压型逆变器，其控制常采用二值逻辑技术，即对同一桥臂，或上侧功率开关管导通，或下侧功率开关管导通，而不存在同一桥臂上、下侧功率开关管同时导通、或同时关断的情况，若以双极性二值逻辑开关函数（，）

30、加以描述，则：上侧管导通，下侧管关断一（）下侧管导通，上侧管关断而对于图所示的三相光伏并网电流型逆变器，要实现其交流侧电流的控制，则任一瞬间上、下侧桥臂各只有一个功率开关管导通，且不存在同一侧桥臂（上侧或下侧）同时有两个功率开关管导通的情况。这样便存在上侧管导通而下侧管关断、下侧管关断而上侧管导通、上下侧管全关断或全导通共计四种情况【】。定义三值逻辑开关函数。，则有：倾管导通，下侧管关断，上、下侧管全导通或全关断下侧管导通，上侧管关断（）对于二值逻辑控制，其信号发生最常用的方法是采用三角载波方案。因此可在三角载波二值逻辑信号发生方法基础上，产生适用于三相光伏并网电流型逆变器的三值逻辑信号。要实

31、现交流侧电流的控制，则三值逻辑开关函数；（，）须满足：昌口。，；：（）把双极性二值逻辑开关函数，（，）与三值逻辑开关函数，（，）联系起来，并满足式（），则可令：去（一一五）（七）暑口，。七，（）由上式进步展开，则：浙江大学硕上学位论文岛【（兄一瓦）（托一五）（一墨）】砉（一）（咒一丘）（五）】（）可见，三值逻辑开关函数，）可由双极性二值逻辑开关函数，（，）的疋三（咒一五）咒圭（一以）三（置一咒）（）量吉三：÷茎表二、三值逻辑转换及状态二值逻辑信号三值逻辑信号五，信号的种开关状态，如表所示。其中是零状态开关组合，表示为撑。导通元件开关状态尼上管下管、群抛粥槲柏拍乃押鹕加浙江大学硕士学位

32、论文十鹕对于三逻辑的三相光伏并网电流型逆变器，在一个正弦波周期的每个。区域中，三逻辑状态在两个非零状态值与一个零状态值间来回切换。考虑区域时的情况，此时三逻辑在、并状态值（参见表中的种开关状态）之间切换。由于、状态值所表示的开关状态中相上开关管始终导通，根据开关次数最少的原则，确保、状态值间切换时只有一对功率开关管发生状态变化，因此区域时的零状态取值应取。区域中三逻辑开关逻辑如图所示。艴图区域中三逻辑删开关切换同理，可分析其他区域三逻辑状态值切换时状态值的选取。一个正弦波调制信号周期中，所有状态值的切换及状态取值如图所示。可可葡一图一一个正弦周期中三逻辑状态切换及零状态取值显然，必须设置零状态

33、取值的逻辑判别单元，一旦零状态有效，逻辑单元将根据正弦波调制信号的不同区域，分别输出不同的零状态值（辑），其逻辑图如所示。从图分析，区域识别信号（。）是通过对三相电网线电动势极性信号（曲、）译码获得的。由于一、每两个区域共用个零状态值（、），因而区域识别信号、两两通过或门，产生与零状态对应的开关信号。另一方面，二值逻辑开关函数信号经过逻辑转换获得三值逻辑开关函数信号（），而通过。、。的信号选浙江大学硕士学位论文通译码器，即只有当。时，译码器输出才有效，否则输出无效（全为零）。这说明只有在零状态时，、信号方才有效。最终将三值逻辑非零状态对应的开关信号与零状态取值信号（、）分别相“或”，即可得到与

34、三相功率开关管对应的驱动信号。图零状态判别图按照上述原理，可以得出在一个工频周期内电流型逆变器三逻辑调制的最小开关顺序如图所示。为方便清晰，图中假设调制信号的开关频率为。：二一。一瞍：易，烈勃、一一一一二：一”一：二一一吲：；，已一一二：二”一”，一一一一：二。，、。，场，一一妗罢岂；糕爱；、晚一一“一一一一一丘嚣一一图一三逻辑调制的最小开关顺序图浙江大学硕七学位论文最大功率点跟踪方法研究光伏电池的原理及特性太阳能电池是以光生伏打效应为基础，可以把光能直接转换成电能的一种半导体器件。所谓的光生伏打效应是指某种材料在吸收了光能之后产生电动势的效应。在气体，液体和固体中均可产生这种效应。在固体，特

35、别是半导体中，光能转换成电能的效率相对较高。根据太阳能电池的物理特性可以得到太阳能电池的等效电路模型，如图卜所示。）由可得：，幻弘一（）（）图单个太阳能电池的等效电路模型其中：。（而石）以仃一。）蜓！±璺。桶一（）：（；），卜鲁（专号）】（）半上式中各个变量及常量参数的意义如表所示。表单个太阳能电池等效电路变量及常量参数表（）变量名描述负载电流电池端电压光生电流光照强度类型变量变量变量变量浙江大学硕士学位论文电子电量绝对温度电池温度能带系能量波尔兹曼常数串联电阻分流电阻任意曲线拟合常数二级管反向电流短路电流温度系数常量常量变量未知常量常量未知常量未知常量未知常量未知常量未知常量常量砀

36、丁彳根据光电池等效电路及式（）也一），我们便可以描绘出光伏电池输出端电压（）、端电流（）、功率（）之间随光照强度（）和电池温度（）变化时的曲线图，如图所示。太阳能电池输出特性）（）（）温度一定时光照强度对输出特性的影响光照强度一定时电池温度对输出特性的影响图太阳能电池输出特性与电池温度和日照强度关系图新太学±论女在下建立的光电池通用仿真模型如图、图所示。通过设置标准光照条件下（）光电池的开路电压吃、短路电流。、壤大功率点电压及煅大功率点电流聊参数就可以模拟在任意光照和电池温度下光电池的特性。罔光电池通用仿真模型内部模块图图光电池横型系统参数设置经典方法介绍光伏阵列是由多个阳能电池组台

37、而成的，在忽略温度效应时，硅阳电池阵列具有图所示的伏安特性。在不同的日照强度下，它与负载特性的交点如、“、等为当前的作点。然而这些丁作点并不正好落在阵列输出浙江大学硕士学位论文功率电压曲线的最高点，也即光伏阵列可能提供的最大功率点（）：，如、上，这就不能充分利用在当前日照下阵列所能提供的最大功率。可见光伏阵列输出特性具有非线性特征，且其输出受太阳辐照度、环境温度和负载情况影响。在一定的太阳辐照度和环境温度下，光伏阵列可以工作在不同的输出电压，但是只有在某一输出电压值时，光伏阵列的输出功率才能达到最大值，这时光伏阵列的工作点才能达到最大功率点。因此，在光伏发电系统中，要提高系统的整体效率，一个重

38、要的途径就是实时调整光伏阵列的上作点，使之始终工作在最大功率点附近，这一过程就称之为最大功率点跟踪（）。图忽略温度效应时的光伏阵列伏安特性常见的算法有恒电压控制法（）、扰动观测法（、电导增量法以及模糊逻辑控制等算法。（）恒电压控制法（）温度一定时，在不同的日照强度下，太阳能电池阵列输出曲线的最大功率点基本是分布在一条垂直线的附近，如图所示。因此只要保持太阳能电池阵列输出电压为常数且等于某一日照强度下太阳能电池阵列最大功率点的电压，就可以大致保证在该温度下太阳能电池阵列输出最大功率。从上面可以看出恒电压法实际上是把最大功率点跟踪简化为恒电压跟踪。浙江大学硕士学位论文（）图日照强度不同时最大功率点

39、的变化恒电压控制法具有控制简单、易于实现、稳定性好、可靠性高等优点，但恒电压控制法忽略了太阳能电池温度对太阳能电池阵列最大功率点的影响，一般硅太阳能电池的开路电压都会受结温影响，以常规单品硅太阳能电池而言，当太阳能电池温度每升高时，其开路电压下降率约为，这说明太阳能电池的最大功率点对应的电压也随电池温度的变化而变化，其中对太阳能电池温度影响最大的因素是环境温度和光照照强度。因此对于四季温差或日温差较大的地区，方式并不能完全跟踪太阳能电池阵列最大功率点，如果仍然采用就只能通过降低系统效率来保证其稳定性。（）扰动观测法（）扰动观测法【】是目前实现最大功率点跟踪的常用方法之一。其原理是在每个控制周期

40、内以较小的步长增加或者减少光伏阵列输出电压或电流，并观测之后其输出功率的变化方向，来决定下一步的控制方向。这样，光伏阵列的实际工作点就能逐渐接近当前最大功率点，最终在其附近一个较小范围往复达到稳态。扰动观测法的流程图如图所示。）（浙江大学硕士学位论文图扰动观测法控制流程图扰动观测法具有算法简单，对传感器精度要求不高，易于硬件实现的优点，但是该算法在光伏阵列最大功率点附近振荡运行，导致一定的功率损失；且跟踪步长的设定无法兼顾跟踪精度和响应速度；在外部环境突变时会出现误判现象。所以扰动观测法只适合于光照强度变化较缓慢的场合。（）电导增量法电导增量法，】也是控制常用的方法之一。由光伏阵列曲线可知最大值只。处的斜率为零，所以有：堡：【，堡：一一式（）表明当太阳能电池阵