PAGE7PAGE并網光伏發電系統的建模和仿真實現PAGEPAGE7摘要新型可再生能源在當今可持續發展社會中擔任至關重要的角色。太陽能是可再生能源系統中重要一員，受到各國廣泛關注。作為太陽能的一種重要應用方式，光伏發電被認為是21世紀最具潛力的發電方式之一。本文對并網光伏系統中的最大功率點跟蹤（MPPT）技術與并網電流控制進行深入研究分析。詳述了光伏電池的工作原理并推導出數學模型，在中搭建其工程應用模型。同時，采用變量分析法仿真分析1Soltech1STH-215-P型光伏電池的輸出特性與輻照強度和環境溫度的關系。介紹了最大功率追蹤算法原理，分析比較了三種典型的MPPT算法。并針對傳統擾動觀察法在外界環境劇烈變化時發生誤追蹤問題，提出一種恒壓估計與擾動觀測結合的新型算法，并在Matlab/Simulink中編寫相應算法并搭建模型進行仿真驗證。結果表明，在外界環境劇烈變化時，新型擾動觀察法能夠精準追蹤到最大功率點，解決了傳統擾動觀察法的誤跟蹤問題。詳細推導了逆變器在旋轉坐標系和靜止坐標系下的狀態方程，并簡要介紹了SVPWM原理及實現方法。針對光伏逆變器存在諧振的問題，提出了基于控制器的雙環控制策略。在中搭建光伏并網發電系統模型，仿真結果驗證了所選控制策略的有效性。關鍵詞：光伏并網，MPPT，并網逆變器，雙環控制ABSTRACTNewrenewableenergyhoststheessentialpostintoday'ssustainabledevelopmentsociety.Photovoltaicisanimportantmemberofrenewableenergysystem,whichhascausedconcernfromvariouscountries.Asanvitalapplicationofsolarenergy,photovoltaicpowergenerationissupposedtobeoneofthe21mostpotentialmodes.Inthispaper,themaximumpowerpointtracking(MPPT)technologyandgrid-connectedcurrentcontrolinthetwo-stagethree-phasegrid-connectedPVpowergenerationsystemarestudiedandanalyzedindepth.TheworkingmechanismofPVcellsisdilated,anditssimplifiedmathematicalmodelisdeduced.Atthesametime,therelationshipbetweentheoutputcharacteristicsof1Soltech1STH-215-PPVcellsandirradiationintensityandenvironmentaltemperaturewassimulatedandanalyzedbyvariableanalysismethod.ThetheoryofMPPTalgorithmisintroduced,andthreerepresentativeMPPTalgorithmsarebrokendownandcompared.Anewalgorithmcombiningconstantpressureestimationanddisturbanceobservationwasproposedtosolvetheproblemoffalsetrackingcausedbythetraditionaldisturbanceobservationmethodwhentheexternalenvironmentchangeddramatically.ThecorrespondingalgorithmwaswritteninSimulinkandthemodelwasbuiltforsimulationverification.Theresultsshowthatthenewperturbationobservationmethodcanaccuratelytrackthemaximumpowerpointwhentheexternalenvironmentchangesdramatically,whichsolvesthemistrackingproblemofthetraditionalperturbationobservationmethod.Thestateequationsoftheinvertersinrotatingcoordinateandrestframearederivedindetail,andtheprincipleandimplementationmethodofSVPWMarebrieflyintroduced.Aimingattheresonanceproblemofinverters,adoubleclosed-loopcontrolpolicyisproposedbasedonPIcontroller.APVgrid-connectedmodelisputupinMatlab/Simulink.Thesimulationresultsprovetheavailablityofthedominatemethod.Keywords:PVgrid-connected；MPPT；grid-connectedinverter；double-loopcontrol目錄20350_WPSOffice_Level1摘要 Ⅰ20350_WPSOffice_Level1ABSTRACT Ⅱ20350_WPSOffice_Level1目錄 Ⅳ20350_WPSOffice_Level1第1章緒論 122953_WPSOffice_Level21.1課題背景與意義 119640_WPSOffice_Level21.2課題研究現狀綜述 222953_WPSOffice_Level31.2.1國外光伏發電現狀 219640_WPSOffice_Level31.2.2國內光伏發電現狀 322898_WPSOffice_Level21.3光伏并網控制策略 422898_WPSOffice_Level31.3.1MPPT控制 422898_WPSOffice_Level31.3.2并網控制29954_WPSOffice_Level21.4本文完成的主要工作 522953_WPSOffice_Level1第2章光伏電池建模及仿真 717098_WPSOffice_Level22.1光伏電池的工作原理 71787_WPSOffice_Level22.2光伏電池的工程應用數學模型 817657_WPSOffice_Level22.3光伏電池的輸出特性 829122_WPSOffice_Level22.4本章小結 1019640_WPSOffice_Level1第3章最大功率跟蹤策略的研究 1125549_WPSOffice_Level23.1MPPT控制的基本原理 1124171_WPSOffice_Level23.2傳統的MPPT控制算法綜述 111787_WPSOffice_Level33.2.1恒定電壓法 1129122_WPSOffice_Level33.2.2電導增量法 1224171_WPSOffice_Level33.2.3擾動觀測法 133715_WPSOffice_Level23.3新型擾動觀察法 1410194_WPSOffice_Level23.4搭建仿真模型并分析 153715_WPSOffice_Level33.4.1仿真模型搭建 15724_WPSOffice_Level33.4.2仿真結果分析 16724_WPSOffice_Level23.5本章小結 1722898_WPSOffice_Level1第4章三相光伏并網逆變器的建模和分析 1820974_WPSOffice_Level24.1三相光伏并網逆變器的數學模型 181396_WPSOffice_Level34.1.1三相靜止abc坐標系下的數學模型 191236_WPSOffice_Level34.1.2兩相靜止αβ坐標系下的數學模型 20906_WPSOffice_Level34.1.3兩相旋轉dq坐標系下的數學模型 211396_WPSOffice_Level24.2SVPWM控制 2228883_WPSOffice_Level34.2.1SVPWM控制原理 2221781_WPSOffice_Level34.2.2SVPWM控制實現 251236_WPSOffice_Level24.3本章小結 2729954_WPSOffice_Level1第5章并網逆變控制策略的研究 28906_WPSOffice_Level25.1并網逆變控制策略概述 284164_WPSOffice_Level35.1.1間接電流控制 2811305_WPSOffice_Level35.1.2直接電流控制 2828883_WPSOffice_Level25.2基于PI控制器的雙閉環控制策略 3116953_WPSOffice_Level35.2.1并網電流直接反饋 3111848_WPSOffice_Level35.2.2逆變器側電流直接反饋控制 3226565_WPSOffice_Level35.2.3并網電流反饋與電容電流前饋的雙環控制策略 3326565_WPSOffice_Level35.2.4基于PI控制器的電壓外環控制策略27714_WPSOffice_Level25.3并網光伏全系統仿真分析 3526413_WPSOffice_Level35.3.1光伏系統仿真模型搭建 3520155_WPSOffice_Level35.3.2仿真結果分析 3621781_WPSOffice_Level25.4本章小結 3817098_WPSOffice_Level1結論與展望 391787_WPSOffice_Level1參考文獻 4117657_WPSOffice_Level1致謝 45PAGEPAGE7第1章緒論1.1課題背景與意義全球工業的持續高速發展促進世界經濟的日益繁榮，帶來了人口總數的急速增多，生活水平也顯著提高，然而這些都離不開大量能源的支撐。尤其是傳統化石燃料，他們正在慢慢走向枯竭。中國當下消費能量約占全球消費能源總量的15%，主要能源獲取途徑的比例大約為：80%以上的能源是利用火力發電，16%的能源以水電獲取，2%為核電獲取，只有不到1%是利用新能源發電[1-3]。因此，就能源結構和能源安全而言，盡快實現清潔能源的開發并且加以高效利用就至關重要。目前，清潔能源包括很多種，太陽能是其中重要的一員，它的主要應用方式是產生工業需求量極大的電能。太陽能產生電能是運用硅晶體的光伏效應原理，將光能通過導體硅轉換成電能，因此也稱為光伏發電[4]。與傳統火電相比，光伏發電具有其獨特的優勢[5],可歸納為：光伏儲量豐富并且可再生。地球上的太陽能遠遠大于人類目前的需求，此外，太陽能不會像傳統化石能源那樣走向枯竭。

（2）光伏可以實現分布式發電，可就近供電，不需要長距離輸電，減少輸電工程成本和避免了長距離輸電線路所造成的不必要電力損耗，因此符合電力經濟性要求。

（3）光電轉換無任何中間過程，不存在傳統化石燃料發電的多能量轉換照成能量損耗問題。從相關能源發電理論來看，光伏發電理想發電效率達到80％以上，具有非?？捎^的開發效益。

（4）光伏發電過程中只消耗太陽能，沒有其他能源參與，是一種獨立發電方式。該發電方式也不排放任何對環境不利的氣體如溫室氣體等，是一種真正意義上的環境友好型能源利用方式。

（5）光伏發電不受水資源限制，不需要傍水而建。分布式光伏發電甚至可以依附在建筑物上而不需要專門的光伏電站，比較常見的如屋頂光伏發電系統。因此，光伏電站建設土地成本低，在一線城市可節省寶貴的稀缺土地資源。

（6）光伏發電系統一般由光伏電池和自動控制器組成，基本可實現無人看守自動發電，全程工作人員參與度少，維護成本低。

（7）光伏發電系統工作年限長。近年來，光伏電池循環儲-放電技術漸漸成熟，大大延長了電池的使用年限，使得光伏發電系統理論上可工作30年之久。

（8）光伏電站能夠根據用電負荷大小，將光伏電池可通過串并聯組成電池陣列，可發電量彈性大，便于調度。

太陽能電池是一種開發潛力巨大的新型綠色電源，與傳統燃料發電方式相比，光伏發電能源質量高，無燃料枯竭威脅且發電過程無噪聲污染，對環境友好；光伏發電還可實現分布式發電，供配用靈活，這些優點是傳統能源發電所無法具有的。但在實際工程應用中發現光伏發電仍存在一些不足:

(1)太陽能分布分散且輻照強度不穩定：太陽能能源分布密度小，需要較大的電池板面積，且容易受到工作環境影響，周圍溫度和輻照強度將直接影響電池的輸出特性。

(2)光伏電站固定成本較高：光伏電池的能量轉換利用率不高，必須通過龐大的電池板陣列來保證所需發電量，這又提高了光伏電池總成本，發電系統的經濟性優勢衰減明顯。可是隨著薄膜電池的開發利用技術不斷完善成熟，光伏發電成本有望得到降低。

(3)光伏電池生產過程不環保：光伏發電過程對環境無污染，制造光伏電池卻具有高能耗、高污染特點，這也是制約光伏產業發展的一大重要因數。1.2課題研究現狀綜述1.2.1國外光伏發電現狀20世紀70年代后，歐美各國開始投資建設光伏電站，并且在并網技術方面取得了很大的進展。各國政府看好光伏發電的前景，都大力支持光伏產業的發展。美國是從20世紀80年代開始大力推動光伏發電并網系統的發展，數據顯示，太陽能是美國發展最快的發電形式，在2016到2017年間增長了41%,預計到2050年，太陽能將占美國總裝機容量的21%[6-7]。以俄亥俄州為例，截至2018年2月，俄亥俄已安裝了176MW的太陽能，4個正在開發的太陽能項目總計達550MW,預計到2030年，俄亥俄州將實現太陽能裝機2.2GW,涉及36億美元的投資，每年維持800個直接就業崗位和1700多個間接就業崗位，并將每年提高州GDP10億美元，可見太陽能光伏發電的前景十分廣闊。

德國是最先實施屋頂計劃的國家，1993年在政府及電力公司的全力支持下，德國的1000屋頂計劃成功進入到實施環節，由于效果較好，該項計劃隨后就升級為2000屋頂計劃門。這類光伏發電系統用戶獲得德國政府35%的補貼和大約十年的無息貸款，并且德國還新制定了光伏發電上網電價，極大促進了當地光伏發電并網系統的進步和升級。

日本由于自身土地的缺乏，更加側重于建筑設計的太陽能空間利用，特別是從20世紀90年代開始，每年都會有數萬套新建的屋頂光伏發電并網系統投入使用，而且創新設計成瓦和玻璃形式的光伏電池組件既實用又美觀，受到建筑公司的青睞[8]。1.2.2國內光伏發電現狀與同緯度的其他國家相比，中國太陽能資源并不缺乏，與歐洲國家相比有一定的優勢。我國關于光伏電池的探索始于1958年，并在第二年初開發出實用的太陽能電池[9]。

對我國的光伏發電歷程進行分析，可以看出存在兩次主要的跨越期。1978年之后，因為經濟快速發展等有利因素的促進，我國也在短時間內引入大量光伏組件生產設備，推動了光伏發電技術的發展。進入21世紀初,我國光伏產業迎來了第二次發展巔峰，隨著國際項目和政府項目的陸續啟動，我國光伏產業再次實現大跨步發展。2007年末，我國光伏產業的發展首次超越了歐洲和日本，建立了一個從原料到生產再到光伏發電的全過程產業系統。這個時期，我國有五十多家企業從事電池板生產，總產量高達1188MW,光伏發電系統裝機容量也有了100MW的突破。在政策方面，我國于2011年制定了關于太陽能利用的“十二五”規劃，大力推進分布式太陽能光伏發電,標志著我國光伏安裝市場進入了全面擴展階段;隨后的2012年，國網公司也為推進這項工作提出了并網服務工作指導意見,首次對其施行10kV直接免費接入；2013年，發布了《關于做好分布式電源并網服務工作的意見》，允許戶把用剩余的電反賣至電網，使光伏產業的并網普及難題得到了一定程度的緩解，同時加速打開了我國市場。根據國家新能源規劃，預計在2050年可實現600GW的太陽能發電機組突破，提高光伏發電比重[10]。1.3光伏并網控制策略1.3.1MPPT控制由于光伏電池的輸出關系曲線在均勻光照條件下為單峰值曲線，因此在特定的工作環境下存在唯一的最大功率輸出點（MPP），為了提高光伏陣列的利用效率，需要對光伏電池進行最大功率點追蹤（MPPT）控制[11-12]，下面是一些控制方法的介紹。定電壓(CVT)法[13]:恒定電壓法是通過實驗得出光伏電池輸出電壓受環境因素尤其是輻照強度影響較小，故調節負載電壓到最大功率點電壓附近可實現最大功率輸出。其本質并不是一種動態控制手段，不能實時對最大功率點進行追蹤。這種方法最大的不足是忽略了溫度對光伏陣列輸出電壓的影響，對于日溫差較大的地區，CVT法無法實現實時最大功率輸出，降低光伏電池的效率。擾動觀察法[14-15]:擾動法觀測法是通過不斷重復性的給光伏電池陣列的施加一電壓干擾，比較擾動后其輸出功率的變化值與輸出電壓變化值，如果兩者變化值符號相反，說明已經越過峰值點，則在下一周期在相反的方向加電壓擾動，否則保持擾動的方向不變。該方法實質上是一個自尋峰過程，算法編制簡單易操作，但是當控制系統跟蹤到最大功率點后，會在其附近發生劇烈振蕩，導致不必要的功率缺失。

電導增量法[16]:電導增量法與擾動觀測法相比最大的優勢在于，其能夠判斷當前的輸出點與最大功率點之間的關系，無需試探性的施加電壓擾動，從而有針對性的對輸出電壓做出相應的調整，該方法控制精確，跟蹤速度快，對外界環境變化的反應能力強，但是要求采樣數據要足夠精確，且控制閾值設定有一定困難。

智能控制的快速發展使得模糊控制、人工神經網絡等智能控制算法也在光伏發電MPPT控制上得到一定應用[17]。尤其是模糊控制，光伏陣列輸出的不確定性以及陣列自身輸出的復雜非線性，使得模糊控制成了最大功率跟蹤控制的理想控制方式。

1.3.2并網電流控制技術并網電流控制是光伏發電控制系統中的關鍵部分，電流控制的目的是要實現對并網功率因數的單一控制并使并網電流符合國家入網要求?？紤]一般情況下發電設備發出與電網電壓同頻同相的三相交流電流后并網，所以在光伏發電系統中，逆變器也要發出與電網電壓同步的交流電才可并網，故一般選用電壓型逆變器[18-19]。目前，對三相系統各量進行自動控制時，主要在旋轉坐標系和靜止坐標系下完成，有比例控制（PI）、滯環控制、比例諧振控制（PR）等控制方式[20]。相較于靜止坐標系，在dq旋轉坐標系下的控制策略可以實現將輸出電壓和電流轉化為直流量，減少控制系統的靜態誤差。本文選用的基于PI控制下的雙環控制就是將電網電壓與并網電流轉換到同步旋轉坐標系下的直流量，實現直流側母線電壓穩定的同時保證并網電流與電網電壓同頻同相，并且在dq旋轉坐標系下便于控制并網的功率因數。1.4本文完成的主要工作本文就兩級式光伏并網發電系統展開探討，重點分析光伏并網的兩大關鍵技術環節-最大功率跟蹤控制（MPPT）環節和并網逆變控制環節展開深入研究。主要內容概述如下：介紹了光伏發電背景及研究現狀，就光伏并網所涉及的兩大關鍵控制技術做了簡要說明。介紹光伏電池基本原理及推導出其簡化數學模型，并根據簡化數學模型在Matlab/Simulink仿真平臺中搭建光伏電池工程應用仿真模型，選取1Soltech1STH-215-P型光伏電池進行仿真研究并總結其輸出特性。介紹最大功率跟蹤算法原理，分析比較三種典型的MPPT算法，并提出一種基于BOOST升壓電路的新型擾動觀察法，應用Simulink進行仿真驗證。介紹三相逆變器的拓撲及其輸出量在三種坐標系下的狀態方程；分析了SVPWM控制原理及實現方法；分析LCL型濾波器的抑制諧振的方法，提出一種基于PI控制器的電流電壓雙閉環控制策略，并在Simulink搭建并網逆變器及其控制器模型。在Matlab/Simulink中搭建并網光伏系統模型，調節控制器參數，實現單一功率因數并網。第2章光伏電池建模及仿真2.1光伏電池的工作原理基于光伏效應的光伏電池，在均勻輻照強度下，單片光伏電池的等效電路如圖1所示[21]。圖2-1光伏電池等效電路由可以得出：（2-1）式中：為光生電流；為暗電流；為漏電流；為負載電流。其中：（2-2）式中：為負載電壓；為二極管反向飽和電流；為二極管因子，通常取1.3左右；為電子電荷量，；為串聯電阻，很?。ㄒ话銥閹祝?；為玻爾茲曼常數，；為絕對溫度，。（2-3）式中：為并聯電阻；結合式（2-1）、（2-2）、（2-3），得到光伏電池的輸出特性表達式：（2-4）2.2光伏電池的工程應用數學模型光伏電池的制造商一般只會提供在標準條件（即光照強度為，溫度為）下的幾個參數，包括開路電壓、短路電流、最大功率、最大功率點處電壓、最大功率點處電流，本文將利用這些已知參數來構造數學表達式，并搭建光伏電池的仿真模型[22]。在光照強度為，溫度為標準環境條件下，可對式（2-4）進行簡化，其簡化依據為并聯等效電阻的阻值較大，由歐姆定律知該電阻分流效果不明顯，可忽略不計它的影響；此外串聯電阻遠遠小于二極管正向導通電阻，通路狀態接近短路運行，即可認為。則光伏電池的輸出表達式可通過上述依據簡化為：（2-5）其中：根據式（2-5）簡化后輸出特性表達式和電池技術參數，就可以建立光伏電池的數學模型，當前在Matlab中有兩種途徑對光伏電池進行建模處理[23]，第一種式通過創建M文件對其進行編程處理，該方法對編程水平要求高，并且不直觀沒有動態效果；第二種根據光伏電池簡化后輸出特性表達式和其原理等效電路模型，利用Matlab/Simulink仿真平臺中的相關電力電子模塊直接建立其仿真模型，該方法實現容易，并可以實現在線調試和通過示波器較直觀的觀察動態輸出波形。本文選用庫中的電力電子模塊來搭建光伏電池的仿真模型。2.3光伏電池的輸出特性本文選用1Soltech1STH-215-P型光伏電池進行仿真分析，在標準條件下，電池基本參數如表1所示。表11Soltech1STH-215-P基本參數表參數值最大功率開路電壓短路電流最大功率點電壓運用單一變量法研究光伏電池的輸出特性，分別在標準溫度條件下，依次給予光伏電池不同的光照強度；在標準光輻照強度條件下，依次測試不同的溫度，仿真運行通過示波器顯示出光伏電池模型的U-I、P-U輸出特性曲線。圖2-2不同光照下的曲線圖2-3不同光照下的曲線圖2-4不同溫度下的曲線圖2-5不同溫度下的曲線當時，從圖2-2中三條特性曲線可以看出，光伏電池的輸出電流會隨著光輻照強度的增強而增大即成正比例關系，并且光照強度對影響較大，對影響較小。由圖2-3輸出特性曲線可知，光伏電池的輸出功率也與光照強度成正比。由圖2-3中的三條特性曲線可以看出，隨著光照強度的改變，在一固定值附近，基本不受影響，該現象也為最大功率點跟蹤技術研究提供依據[24]。當時，由圖2-4輸出特性曲線可知，光伏電池的輸出電壓受到溫度影響較大，且隨著溫度升高而下降即呈現反比例關系，短路電流則基本不受溫度影響保持不變。由圖2-5輸出特性曲線可知，在標準溫度條件下，光伏電池受溫度影響也呈現反比例關系。即溫度越高，越小，也越低[25]。綜上所述，光伏電池的輸出特性受輻照強度和溫度的影響，呈非線性變化。2.4本章小結本章介紹了光伏電池的工作原理并將數學模型簡化，根據簡化數學模型在仿真平臺中搭建光伏電池工程應用模型，并仿真分析了電池的輸出特性，總結出光照強度和環境溫度對輸出特性的影響，為下一步研究最大功率跟蹤算法提供理論依據。最大功率跟蹤策略的研究3.1MPPT控制的基本原理在線性電路中有當負載與等效電源內阻相等時，負載獲得的輸出功率最大，即最大傳輸功率定理。但從光伏電池的等效拓撲結構中可以看出，其電路中含非線性元件，所以的它的輸入-輸出關系呈現復雜的非線性，因此根據最大功率傳輸定理，要使光伏電池負載獲得最大輸出功率，便要對光伏系統的負載阻抗不斷調整至與電池內阻抗匹配[26]。目前，調節光伏電池負載阻抗的主要方法是在光伏電池和負載之間加入直流斬波電路，通過改變直流斬波電路的占空比，等效調節系統負載阻抗，使光伏電池始終運行在最大功率點附近，從而保證光伏電池最大功率輸出。3.2傳統的MPPT控制算法綜述目前，最大功率跟蹤算法可大致分為傳統算法和智能算法[27]，被廣泛使用的傳統算法有恒定電壓法（）、電導增量法（）和擾動觀察法（）；智能算法有模糊控制算法和人工神經網絡算法等[28]。這些算法在控制原理、實現難易程度、跟蹤速度和跟蹤精度上存在差異，下面介紹三種傳統的MPPT控制算法。3.2.1恒定電壓法CVT法是早期并網光伏工程中應用最廣泛且控制原理實現較簡單的一種功率追蹤算法[29]。從圖3-1可以看出，若忽略溫度對光伏電池陣列輸出電壓的影響，在不同光照下，將光伏電池輸出P-U特性曲線上的最大功率點處對應的電壓各點連起來的直線近乎鉛直，也就是說它們的值近似相等。研究發現，與光伏電池開路電壓成正比關系，比例系數一般取0.78。這就說明將光伏電池廠家提供的電池參數作為MPPT控制器的目標值，不斷調節光伏電池的工作電壓，使其工作在處，即使光伏電池發出的功率最大，從而完成最大功率點跟蹤任務。圖3-1恒定電壓法原理圖由以上分析可知，該方法的操作過程簡單且有較理想的跟蹤速度，實質上就是一種開環穩壓控制，但由于它忽略了環境溫度對輸出電壓的影響，在溫差較大地區，它的跟蹤精度較差。3.2.2電導增量法INC法是基于光伏電池在處這一特征，并通過功率公式推導出處電導變化量和電導變化率的關系，比較工作點處電導變化量和電導變化率來確定工作電壓的改變方向，從而實現最大功率點追蹤[30]。圖3-2是電導增量法的原理圖。圖3-2電導增量法原理圖設在處，光伏電池的輸出電流和電壓分別為和，則此時輸出功率為：(3-1)兩邊同時對求導得：(3-2)又在處，故：(3-3)式（3-3）是達到的判斷式，結合圖3-2，可以得到INC法的判斷方法：由上述可知，電導增量法的控制精度較高，可以穩定工作在最大功率點處，降低能量損耗，系統的魯棒性能較好，但是該算法需要進行大量的計算和數據存儲，實現成本較高，擾動步長閾值選擇也有一定的難度。3.2.3擾動觀測法擾動觀測法實質上是一種爬坡尋優的過程[31-32]，其基本過程是對光伏電池重復性的施加一正向電壓擾動，計算擾動前后輸出功率變化差值并以此為判斷依據。若處在上坡過程，則功率差值應該大于零，說明需要繼續爬坡，即繼續加正向電壓擾動；若處在下坡過程，則功率差值應該小于零，說明需要往反方向爬坡，即下一次擾動應改變方向，就這樣周而復始的在山峰附近徘徊。由上述擾動觀測法追蹤原理可知，該算法因其原理簡單，實現成本低，跟蹤速度和跟蹤精度也較理想得到廣泛運用。但也存在以下不足：由于不停的施加電壓擾動，使得光伏電池的運行點在MPP附近來回振蕩，造成不必要的能量損耗，降低光伏電池的運行效率。擾動步長選擇困難。若步長選擇過大，加快跟蹤速度，跟蹤精度卻不滿足要求；若步長選過小，跟蹤精度提高，跟蹤速度卻下降了。進而很難同時滿足跟蹤速度快且跟蹤精度高的要求。（3）當外界環境不斷變化時，會發生誤跟蹤現象，降低系統可靠性。3.3新型擾動觀察法傳統擾動觀察法因其算法簡單和跟蹤效率高而被廣泛應用于光伏系統。算法流程如圖6所示，該算法是通過爬坡尋優的方式找到最大功率點[33]。但是在光照強度發生劇烈變化時，會出現誤跟蹤或者追蹤速度慢的問題。這是因為光照強度發生變化改變了光伏電池的輸出特性，即發生峰值移動現象，而擾動觀察法沒有判斷峰值是否移動環節，使其朝著錯誤方向尋優，減少光伏電池的輸出功率，降低光伏電池的工作效率。為解決這一問題，本文提出一種新型擾動觀察法，該算法通過在每次擾動過程中增加恒壓估計環節，維持輸出電壓不變，測量因環境發生變化帶來的功率差額，并在下次的擾動觀測過程中補償功率差值，從而達到對擾動方向進行修正的目的。算法流程如圖7所示，該算法存在兩種工作模式：模式1為恒壓估計環節；模式2為擾動觀測環節。模式1測量前一次通過擾動觀測環節得到的輸出電壓和輸出電流，計算得出當前工作電壓對應的輸出功率，并且將輸出電壓保持到下一周期，即令，這樣就能達到恒壓估計的目的；模式2測量恒壓估計環節得到的輸出電壓和電流，計算得出當前工作電壓輸出功率，繼而算出通過恒壓估計得到的功率差值，這個差值只有在外界環境發生變化時非零，并將這個差值補償到此次的觀測判斷中，起修正擾動方向的作用，從而決定下一周期的擾動方向，兩種工作模式循環運行。通過在擾動觀測過程中增加恒壓估計環節，考慮外界環境變化對光伏電池輸出特性的影響，并反饋到下次擾動觀測環節中，這樣便有效抑制了傳統擾動觀察法在外界環境劇烈變化時不能及時修正擾動方向，從而導致誤跟蹤的現象，提高系統的跟蹤精度與利用效率。圖3-3擾動觀察法流程圖圖3-4新型擾動觀測法流程圖3.4搭建仿真模型并分析3.4.1仿真模型搭建由控制系統計算出最大功率點運行時負載端電壓，從而求出Boost電路達到期望負載電壓需要達到的占空比，再通過三角波調制生成控制脈沖，從而實現整個系統的控制[34]。光伏發電仿真模型如圖8所示。該模型主要包括光伏電池模塊、直流升壓變換器、控制器模塊等。圖3-5光伏發電仿真模型圖仿真模型中Boost電路參數。為了驗證在外界環境發生變化時，新型擾動觀察法在不影響跟蹤速度的情況下，跟蹤精度高和可靠性高的優點，分別在光照強度呈階躍變化和正弦變化進行仿真驗證，其中階躍信號為在時，光照強度由0躍變為；正弦信號是。圖3-6階躍光照下的輸出功率圖3-7正弦光照下的輸出功率3.4.2仿真結果分析從圖3-6可以看出，在光照強度呈階躍變化時，即在0s后，光照強度維持在1000，此時傳統與新型擾動觀察法同時跟蹤到最大功率點，且均沒有發生誤跟蹤現象，兩種算法具有相同的跟蹤精度與跟蹤速度。這是因為當光照強度維持在一恒定值時，光伏電池的輸出特性不變，最大功率點所在位置不變，所以傳統擾動觀察法也就不會誤追蹤。從圖3-7可以看出，在光照強度呈正弦變化時，即光照強度在時刻變化，此時傳統擾動觀察法出現誤追蹤情況，從而影響跟蹤精度，降低光伏發電效率；而新型擾動觀察法能夠對最大功率點進行精確跟蹤。這是因為光照強度發生劇烈變化，改變了光伏電池的輸出特性曲線上的峰值位置，所以導致傳統擾動觀察法尋優方向出錯，而新型擾動觀察法增加了恒壓估計環節，測量因光照強度改變帶來的功率差額，并補償到下次的擾動觀測過程中，從而避免了誤跟蹤現象。實際工程應用中，多數時間段光照強度不斷變化，所以說新型擾動觀察法具有較強的工程應用優勢。3.5本章小結本章詳述了傳統最大功率追蹤算法原理，為了克服傳統擾動觀察法在外界環境不斷變化時的誤追蹤問題，提出一種新型擾動觀察法，該算法在擾動觀測過程中，增加恒壓估計環節，測量因光照強度改變帶來的功率差，并補償到下次的擾動觀測過程中，從而解決了誤跟蹤問題，提高了光伏電池的發電效率。通過Simulink搭建光伏發電仿真模型進行仿真驗證，結果顯示當光照強度呈正弦變化時，新型擾動觀察法能夠克服傳統擾動觀察法村子的誤追蹤問題，驗證了新型追蹤算法的有效性。第4章三相光伏并網逆變器的建模和分析4.1三相光伏并網逆變器的數學模型逆變器橋臂控制開關頻次較高，會產生大量的諧波，嚴重影響電網電能質量。目前，接在光伏場站與電網間的濾波電路結構有型、型和型。型和型濾波器結構簡單和參數設計容易，對低頻諧波有一定的抑制作用，但對高頻諧波的濾除效果不理想。而采用LCL型濾波器成本低、體積小且動態效應好，最主要的是有良好的高頻衰減特性，對高頻電流呈高阻狀態，可以很好的抑制入網電流高頻諧波[35-36]。本章的研究對象選擇含型濾波電路的兩級三相光伏并網逆變器，拓撲結構如圖4-1所示。圖中為直流側母線電壓，為直流側濾波電容，為全橋逆變電路的六個開關管，為濾波器輸入電壓，為濾波器側輸入三相電流，為逆變器側濾波電感，為電網側濾波電感，、是濾波電感的寄生電阻，為濾波電容，、為上的電流和電壓，為并網三相電流，是電網電壓，P和N為直流電路的正負極，M與O分別為濾波電容和電網電壓的中性點[37]。圖4-1逆變器拓撲圖4.1.1三相靜止abc坐標系下的數學模型在并網光伏逆變器拓撲結構圖4-1中可以選取變量流過逆變器側的電感電流，濾波電容上的電壓和流過電網側電感及并網電流來建立其在abc坐標系下的理想化數學模型，即認為電感電流與電容電壓均不突變，不計IGBT的開關過程和死區時間和三相電網電壓處于對稱狀態。運用基爾霍夫電流定律可以推導出并網光伏逆變器在三相靜止abc坐標系下的空間狀態方程。（4-1）（4-2）（4-3）由式（4-1）、（4-2）、（4-3）可以得出，LCL型三相并網逆變器在abc坐標系下各相變量具有相同結構形式的微分方程，故可選取任意一相求取逆變器輸出電壓到并網電流的傳遞函數，即系統的開環傳遞函數（不計電網電壓的作用）：（4-4）由于在abc坐標系下的對稱三相系統中，各相傳遞函數形式一致，故可將對稱三相光伏并網系統看成三個獨立的系統進行分析。由基爾霍夫電流定律可知星接三相并網電流之和為零，故有一相電流可由其他兩相電流變量表示，因此只需要控制兩相并網電流便可實現對并網電流的控制。在坐標系下的狀態方程組中各狀態變量的系數為時變系數，在對并網電流進行控制時會引起靜態誤差，影響控制精度。因此有必要進行坐標變換，可將坐標系下的各變量轉換到αβ或坐標系下[38]。4.1.2兩相靜止αβ坐標系下的數學模型在對稱三相并網光伏系統中，三相矢量變量和為零，故其中只有兩個是獨立變量，可通過變換，將三相旋轉坐標系下的狀態方程轉換到兩相靜止坐標系下[39]。坐標變換原理如下圖4-2所示：圖4-2變換原理圖坐標系下的三相變量到坐標系下的兩相變量的變換矩陣：（4-5）將式（4-5）代入到式（4-1）、（4-2）、（4-3）中，可得到坐標系下的狀態空間方程：（4-6）（4-7）（4-8）由式（4-6）、（4-7）、（4-8）可知，經過坐標變化后，與坐標系下的空間狀態方程相比，α軸上的變量與β軸上的變量相互獨立，并且控制量減少，控制成本得到降低[40]。4.1.3兩相旋轉dq坐標系下的數學模型由上述可知，Clark變化后，α、β軸上的各變量不存在耦合關系，但是并網逆變器輸出的電壓和并網電流仍為時變量，靜態誤差便仍然存在，使得控制系統控制精度不滿足要求。所以還需要進行坐標變換將時變量變為直流量，Park變換可以實現該目標，其變換原理如下圖4-3所示，圖中為同步旋轉角頻率。圖4-3變換原理圖αβ坐標變換到坐標的變換矩陣：（4-9）將式（4-9）代入式（4-6）、（4-7）、（4-8）中得到坐標系下的的空間狀態方程：（4-10）（4-11）（4-12）由式（4-10）、（4-11）、（4-12）知，在兩相同步旋轉dq坐標系下，被控對象前系數由時變量轉換為直流量，這樣便消除系統靜態誤差。但是d軸與q軸的各變量間存在交叉耦合關系，為了使控制系統的跟蹤效果處于理想狀態，有必要將電流解耦后進行反饋控制[41]。4.2SVPWM控制4.2.1SVPWM控制原理SPWM調制是一種使輸出波形為正弦波的調制方法，即先使輸出電壓波形接近正弦波，從而通過拓撲約束間接控制電流波形。由電機學理論可知，三相交流電動機運行原理是在定子側接入三相交流電，交流電流在空間對稱的定子繞組中形成旋轉磁動勢，旋轉磁場與轉子繞組存在相對運動，故切割繞組產生感應電流，電流在磁場中受到安培力從而產生穩定的電磁轉矩。結合交流電動機的工作原理，逆變器的控制最終也是為了產生旋轉軌跡為圓形的磁場，可借助不同空間電壓矢量的交替作用實現對磁鏈軌跡的控制，故稱此為空間電壓矢量調制（SVPWM）。在三相光伏并網逆變器中利用逆變器各橋臂上開關器件的不同組合以及匹配開斷時間，使得空間電壓軌跡接近圓，從而實現SVPWM控制[42]。在三相電壓型逆變器拓撲結構圖4-1中，逆變器中的IGBT采用導通方式。為表示各橋臂導通狀態定義狀態函數為：（4-13）全橋逆變電路上每個橋臂有兩種狀態，故三個橋臂共有八種狀態，每一種狀態都對應一個基本電壓矢量，故包括，其中為零矢量，下面以為例進行分析，即。設系統接三相對稱負載，忽略各開關管導通壓降，可得各相電壓關系：（4-14）得到該組合下的各相相電壓：（4-15）故將該狀態下的三相相電壓代入得到αβ坐標系下的合成電壓為：(4-16)將式（4-15）代入到式（4-16），得到該組的相量為：（4-17）按照此算法分析各種開斷方式下的基本電壓矢量，如表4-1所示。表4-1基本電壓矢量表A相B相C相合成矢量矢量標號00000000010100111001011101110000由表4-1可知，不同開關組合的基本電壓矢量在αβ坐標系下只存在相位差異，大小均為，各矢量在復平面上分布如圖4-4所示。圖4-4基本電壓矢量分布圖由圖4-4可知，六個非零矢量對稱分布在復平面上，兩個零矢量位于坐標原點。SVPWM調制的最終目的是獲得圓形電壓矢量軌跡，由圖4-4可知，八個基本電壓矢量依次單獨作用獲得的電壓軌跡是正六邊形，因此需要引入更多的合成電壓矢量使得軌跡無限接近圓形。合成矢量的獲得方式是通過矢量疊加同一扇區的兩個基本電壓矢量與零矢量，從控制時間按邏輯上來看，兩種開關組合不能同一時刻出現，但在IGBT開斷頻率遠高于三相輸出電壓頻率的情況下，相鄰基本矢量的作用間隔遠遠短于輸出電壓周期，故可近似認為同時作用，則可以用基本向量合成中間矢量。合成中間矢量越多，矢量軌跡也就越接近圓形。利用伏秒平衡原則確定基本矢量在合成矢量中的比例系數，原理表達式為：（4-18）（4-19）式中，為合成電壓矢量，為取樣作用時間，分別為同一扇區非零矢量和零矢量的作用時間。式（4-18）、（4-19）的物理意義是合成矢量在時間內的作用效果與分別在作用時間產生的效果等同。4.2.2SVPWM控制實現通過上述分析，可按照以下步驟實現控制：區號判斷合成矢量在αβ坐標系下的電壓分別為和，定義abc坐標系下三相變量，通過Clark逆變換，可以得到：（4-20）定義符號變量A、B、C，若，則，否則；同理，若，則，否則；若，則，否則。令變量S為扇區區號，且，可以計算出各扇區對應的編號S，如下表4-2所示。表4-2扇區編號對照表S315462扇區ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ基本矢量作用時間計算合成電壓矢量區號確定下來后，就需要計算基本矢量的作用時間，以Ⅰ號扇區加以分析，在內，定義分別為和零矢量的作用時間，由伏秒平衡定理可得： （4-21）又，，代入式（21）得： （4-22）（4-23）按照此方法，可以計算出合成電壓矢量在其他各扇區時基矢量作用時間，定義記號變量為：（4-24）在六個扇區中合成電壓矢量時，基矢量作用時間如表4-3所示。表4-3各扇區基本矢量作用時間基本矢量作用時間ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ-ZZX-X-YYXY-YZ-Z-X在計算，時，有時會由于逆變器的輸入控制信號過大，發生過調制，即出現的情況，這就需要對作用時間進行修正，對，進行標準化：（4-25）基本矢量切換時刻確定確定合成矢量所在扇區和基矢量的作用時間后，需要計算出各扇區的基矢量切換時間，定義時間變量：（4-26）式中，分別為空間電壓矢量的先后作用時間。由此可計算出空間矢量切換點與各扇區的對應關系，如表4-4所示。表4-4各扇區切換時刻對照表扇區ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ4.3本章小結本章分別在旋轉和靜止坐標系下建立LCL型兩級式三相電壓型光伏并網逆變器的數學模型并分析比較各自在控制方面的優缺點，還闡述了空間電壓矢量調制原理和實現步驟，為下一章并網控制策略的制定提供理論支撐。第5章并網逆變控制策略的研究5.1并網逆變控制策略概述并網逆變控制策略是光伏發電系統的又一個關鍵技術[43]。其主要作用有兩方面，一方面維持直流側母線電壓穩定；另一方面是控制并網電流與電網電壓同步。為了保證THD%符合國家入網要求，常常加入濾波器。目前，并網電流控制可分為直接電流和間接電流控制。5.1.1間接電流控制間接電流控制指的是利用逆變器輸出電壓與并網電流之間的拓撲約束實現對并網電流的間接控制，即通過控制電壓達到控制電流的目的[44]。間接電流控制方式結構簡單，沒有反饋結構，具有良好的穩態性能。但是它不是以并網電流作為直接控制對象，難以實現對并網電流波動做出瞬時反應，造成并網電流波形品質較差，對系統偏差抑制能力也不足。因此該控制策略不常用于實際工程應用中。5.1.2直接電流控制直接電流控制是目前應用較多的并網逆變控制方式，其實質是一種閉環控制。它直接以并網電流作為控制對象，加入反饋控制實時跟蹤參考電流，使得系統具有良好的動態性能和穩定性能，同時具有較強的抑制電流波動能力，改善并網電流波形，系統的魯棒性能也得以提高[45]。目前廣泛應用的直接電流控制方式有比例積分控制（控制）、比例諧振控制（控制）和重復控制[46-47]，比較分析如下?？刂瓶刂破靼ū壤{節器和積分調節器，是目前并網逆變器應用最為廣泛的一種控制方法。其優點在于控制系統結構參數設計簡單、容易實現和系統魯棒性能好。PI控制器的原理框圖如下圖5-1所示。圖5-1控制器原理框圖比例調節器作用是對當前控制變量誤差進行處理，將被控信號的偏差按照所設比例放大，控制系統作用后，使誤差降到最小。增加比例系數會加快系統的動態響應速度，減小穩態誤差，若太大則會導致系統振蕩次數過多，破壞穩定性。積分調節器作用是對過去信息進行控制，使得系統的穩態誤差降低甚至達到無誤差控制效果。積分常數與其調節作用成反比例關系，即增加控制效果反而減弱。由以上分析可知，理論上PI控制器能夠實現對直流信號的無靜態誤差控制效果，整個控制系統具有較理想的動態性能。所以在三相并網光伏系統中應用PI控制時，需要將abc坐標系下的時變量經過坐標變化到dq坐標系下的直流量，并且在設計時注意d軸和q軸變量的解耦。此外，實際工程應用時，為了維持直流側母線電壓的恒定，需要配合電壓外環控制使用。控制控制器包括比例調節器和諧振調節器，與控制相似，其控制原理框圖如下圖5-2所示。不同的地方是將PI控制的積分控制換成諧振控制環節，其作用是在諧振點處無限放大被控信號，提高控制系統的抵抗電網電壓干擾的能力，也能夠實現對并網電流的無靜差控制。其缺點是只能在特定諧振點頻率處對被控信號提供無限大增益，即帶寬受限，在電網電壓頻率波動時，控制效果不是很理想。為此，一些學者提出準PR控制策略以減小電網頻率偏移對并網電流控制效果的影響。圖5-2控制器原理框圖重復控制重復控制是指在穩定的閉環控制系統中加入一個描述外界重復性干擾信號的數學模型，即運用內?？刂圃淼姆椒?，其原理框圖如圖5-3所示。如果控制系統受到重復性擾動，控制器會記憶擾動發生位置并通過反饋電流與參考電流的誤差，輸出對應的校正信號，從而減小并網電流受到擾動后，出現重復性波動。對三相并網光伏逆變器來說，并網電流發生畸變的主要原因是電網電壓的周期性擾動和死區效應。采用重復控制能夠有效抑制重復性干擾信號，改善并網電流波形質量。圖5-3控制器原理框圖重復控制與控制和控制相比，突出優勢在于對高次與低次諧波均能有效抑制，但在實際工程應用中發現它在控制過程中延遲一個參考周期輸出控制指令，導致系統動態性能不是很理想。所以常常與控制或控制結合使用，達到最理想的控制效果。5.2基于PI控制器的雙閉環控制策略5.2.1并網電流直接反饋采用基于控制器并網電流直接反饋控制策略時，忽略濾波電感上的寄生電阻[48]，其原理框圖如圖5-4所示。圖5-4控制原理框圖圖中，控制器的傳遞函數為：（5-1）為逆變器的傳遞函數：（5-2）式中，為逆變器的等效增益，為逆變器的時間常數。并網電流與逆變器輸出電壓之間的傳遞函數為：（5-3）不計電網電壓擾動時。由式（5-1）、（5-2）、（5-3）可以計算得到采用并網電流直接反饋控制的開環傳遞函數：（5-4）又逆變器開關頻率高，，上式可簡化為：（5-5）在單位負反饋控制系統中，閉環傳遞函數與開環傳遞函數存在如下關系：（5-6）將式（5-5）代入式（5-6）可以得出系統的閉環傳遞函數：（5-7）其特征方程為：（5-8）式（5-8）中的系數為零，故其開環傳遞函數的極點均在坐標軸虛軸上，即會導致在某一頻率發生諧振，影響系統的安全性和穩定性。此外，實際工程應用中電網電壓擾動不可忽略，并且該控制策略是通過控制改變逆變器的橋臂電壓完成對并網電流的控制，忽略了濾波器的電容電流，逆變器側的濾波電感電流都會對并網電流的控制產生影響，為了達到理想的控制效果，有必要考慮這些量。此外，為了解決并網電流直接反饋控制策略存在的諧振問題，可通過選用適當的控制手段來引入虛擬阻尼，因此下文分析逆變側電流反饋和并網電流反饋與電容電流前饋結合的控制策略。5.2.2逆變器側電流直接反饋控制采用逆變器側電流直接反饋的控制策略的原理框圖如下圖5-5所示[49]。圖5-5控制原理框圖不計電網電壓擾動時，控制系統的開環傳遞函數為：（5-9）故可得閉環傳遞函數：（5-10）系統的特征方程為：（5-11）與式（5-8）相比，逆變器側電流反饋通過引入虛擬阻尼，使得特征方程中的系數不為零，故可以判斷出該控制系統的開環傳遞函數在虛軸左側存在極點，即該系統是穩定的，有效解決了并網電流直接反饋中的諧振問題。但是逆變器側電流與并網電流不能同時采樣，因此很難實現實時電流控制，導致并網電流控制滯后，并網功率因數較低。5.2.3并網電流反饋與電容電流前饋的雙環控制策略由上述分析可知，并網電流直接反饋控制策略存在諧振問題，直接破壞控制系統的穩定性。為此，為了抑制諧振幅值尖峰引入虛擬阻尼，采用逆變器側電流反饋控制策略，分析發現該方法不能實時控制并網電流和很難實現高功率因數并網。故針對以上問題，在并網電流反饋的基礎上加入電容電流反饋環節，該環節作用是增加系統虛擬阻尼，很好的彌補了并網電流直接反饋的不足[50]，其原理框圖如下圖5-6所示。圖5-6控制原理框圖該控制策略的開環傳遞函數為：（5-12）系統閉環傳遞函數為：（5-13）特征方程為：（5-14）由式（5-14）可以看出，引入電容電流前饋環節后，有效的抑制LCL型濾波器諧振波峰幅值同時，改善了系統的穩定性和安全性。由知，電容電流不僅可以補償控制系統由于電網電壓擾動引起并網電流缺額還能穩定電容電壓。此外，該控制手段不影響諧波濾除。5.2.4基于PI控制器的電壓外環控制策略基于控制器的雙閉環控制系統如下圖5-7所示。圖5-7控制系統圖控制系統的內環是采用上述的并網電流反饋與電容電流前饋的雙電流環控制策略，且將控制變量轉換到dq坐標系下；外環為電壓環，設計目的是為了維持母線電壓恒定，從而保證并網電流波形質量。直流母線電壓的控制是通過控制電流d軸分量來實現的，故電壓外環的輸出量就是電流內環d軸分量的輸入值。為實現單位功率因數并網，需令電流q軸分量參考值，這樣便使得電網電壓與并網電流矢量方向一致。電壓外環的控制框圖如下圖5-8所示。圖5-8電壓外環控制框圖圖中是電流內環傳遞函數。5.3并網光伏全系統仿真分析5.3.1光伏系統仿真模型搭建為了驗證本文提出的的基于PI控制器的雙閉環控制策略的有效性，依據以上原理分析，在Matlab/Simulink仿真軟件中搭建兩級式三相并網光伏發電系統模型，并在光伏場站與電網間接入LCL型濾波器，如下圖5-9所示。該模型主要包括光伏電池陣列、BOOST升壓電路、MPPT控制算法模塊、逆變器控制模塊及SVPWM調制模塊[52]。圖5-9并網光伏系統仿真模型光伏發電系統模型參數如表5-1所示。表5-1光伏系統參數表名稱值電網相電壓有效值220電網頻率50直流側電壓700直流側電容2200開關頻率10逆變器側電感0.8電網側電感0.2濾波電容50寄生電阻0.055.3.2仿真結果分析基于PI控制器的雙閉環控制策略下的并網電流波形如圖5-10所示。為觀察并網電流與電網電壓是否同步即是否實現單位功率因數并網，有兩種途徑，一種是將A相并網電流和A相電網電壓輸入到同一示波器，生成波形對比圖，如圖5-11所示；另一種是通過測量輸出功率因數。此外，為測得電流諧波總畸變率可利用powergui中的傅里葉分析工具，對并網電流進行諧波分析，如圖5-12所示。圖5-10并網電流波形圖5-11并網電流與電壓對比圖圖5-12FFT諧波分析結果圖從圖5-10可以看出，光伏發電系統秒并網后，三相電流波形比較理想；從圖5-11可以看出，并網電流和電網電壓無相位差，基本同步并實現單一功率因數并網；從圖5-12可以看出，光伏發電系統并網后，電流諧波總畸變率THD%=0.07%遠遠優于我國規定的入網要求（）,電流波形質量很好，驗證了本文所采用的并網控制策略的正確性。5.4本章小結本章為解決型濾波器存在的諧振尖峰問題，提出了一種基于控制器的電流內環與電壓外環的控制策略。最后，在中搭建光伏并網模型，仿真結果驗證了所選控制策略的準確性。結論與展望研究新能源并網發電技術對解決當下能源枯竭威脅與環境問題意義重大。太陽能作為一種理想綠色新能源，對其并網發電技術的研究一直受到國內外學者的高度關注。本文選用的研究對象是三相并網光伏發電系統，對其中的控制和并網逆變控制這兩個關鍵技術進行深入研究分析。主要研究成果總結如下：（1）介紹了光伏電池的工作原理并推導出其簡化數學模型，根據簡化后模型在Simulink仿真平臺中搭建光伏電池工程應用模型，并仿真分析了1Soltech1STH-215-P電池的輸出特性，總結出光照強度和環境溫度對輸出特性的影響，為下一步研究最大功率跟蹤算法提供理論依據。（2）詳述了三種傳統最大功率追蹤算法原理，并比較分析各自優缺點。為了克服傳統擾動觀察法在外界環境不斷變化時的誤追蹤問題，提出一種新型擾動觀察法，該算法在擾動觀測過程中，增加恒壓估計環節，測量因光照強度改變帶來的功率差，并補償到下次的擾動觀測過程中，從而解決了誤跟蹤問題，提高了光伏電池的發電效率。通過Matlab/Simulink搭建光伏發電仿真模型進行仿真驗證，仿真結果顯示當光照強度呈正弦變化時，新型擾動觀察法能夠解決傳統擾動觀察法的誤跟蹤問題，驗證了該算法的有效性。（3）完成在靜止和旋轉坐標系下光伏并網逆變器數學模型的推導，并闡述了SVPWM的控制原理和實現方法，為并網控制策略的研究提供理論依據。（4）對比分析了三種廣泛應用于光伏發電系統的并網控制策略，并詳述各自的優缺點。針對并網電流直接反饋時的諧振尖峰問題，提出了一種基于控制器的雙閉環控制策略。最后，在Simulink中搭建光伏并網模型，仿真結果驗證了所選控制策略的有效性及合理性。受到個人知識水平和研究時間的限制，對本課題的研究尚未深入通透，還有很多地方需要改進。為此，在后續研究中，打算從以下幾個方面著手探索：（1）本文選用BOOST電路作為直流變換器，這并不是最理想的變換器，目前有學者提出使用新型準Z源三電平Boost直流變化器，后續將會深入研究。（2）本文對光伏電池陣列進行建模研究時，假設每塊電池板的輸出特性一致，而實際工程應用中，由于受到電池型號與局部遮蔭的影響，光伏電池輸出特性曲線出現多峰值。為此，本文提出的新型擾MPPT算法將會受到挑戰，需要進一步優化。（3）與本文所設計的光伏系統相比，在電網側與逆變器間加入變壓器進行隔離的光伏并網系統可以有效解決電網直流分量過多的問題，一定程度上降低對電網設備的破壞。（4）本文提出的并網控制策略的前提條件是三相平衡系統，對三相不平衡、孤島效應及低電壓穿越等特殊狀態還未展開研究。參考文獻鄒才能，趙群，張國生.能源革命:從化石能源到新能源[J].天然氣工業，2016,

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