光伏課程設(shè)計---光伏發(fā)電

1、<p><b>　　新能源課程設(shè)計</b></p><p><b>　　設(shè)計題目：光伏發(fā)電</b></p><p>　　姓 名： </p><p>　　班 級： 電氣101 </p><p>　　學(xué) 號：

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　成績評定： </p><p>　　2013年12月23日</p><p><b>　　一 光伏發(fā)電原理</b></p><p&g

3、t;　　光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由三大部分組成：太陽能電池板組件、控制器、逆變器。</p><p>　　其中在光伏發(fā)電過程中，太陽能電池板起到核心作用，它是光-電的橋梁。太陽能電池是一種由于光生伏特效應(yīng)而將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個半導(dǎo)體光電二極管，當太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當許多個電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就可以成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池板組件

4、通過收集光、太陽能，然后轉(zhuǎn)換成電能，之后通過太陽能控制器和逆變器把電輸送到用電設(shè)備。</p><p>　　太陽能電池發(fā)電的主要原理是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。硅原子有4個電子，如果在純硅中摻入有5個電子的原子如磷原子，就成為帶負電的N型半導(dǎo)體；若在純硅中摻入有3個電子的原子如硼原子，形成帶正電的P型半導(dǎo)體。當P型和N型結(jié)合在一起時，接觸面就會形成電勢差，成為太陽能電池。當太陽光照射到P-N結(jié)后，空穴由N極區(qū)往P極區(qū)移動，

5、電子由P極區(qū)向N極區(qū)移動，形成電流。</p><p>　　制作時，多晶硅經(jīng)過鑄錠、破錠、切片等程序后，制作成待加工的硅片。在硅片上摻雜和擴散微量的硼、磷等，就形成P-N結(jié)。然后采用絲網(wǎng)印刷，將精配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經(jīng)過燒結(jié)，同時制成背電極，并在有柵線的面涂一層防反射涂層，電池片就至此制成。電池片排列組合成電池組件，就組成了大的電路板。一般在組件四周包鋁框，正面覆蓋玻璃，反面安裝電極。有了電池組件和其他輔

6、助設(shè)備，就可以組成發(fā)電系統(tǒng)。為了將直流電轉(zhuǎn)化交流電，需要安裝電流轉(zhuǎn)換器。發(fā)電后可用蓄電池存儲，也可輸入公共電網(wǎng)。發(fā)電系統(tǒng)成本中，電池組件約占50%，電流轉(zhuǎn)換器、安裝費、其他輔助部件以及其他費用占另外50%。</p><p><b>　　二 行業(yè)現(xiàn)狀</b></p><p>　　這個行業(yè)，曾經(jīng)被投資者瘋狂追捧，一度誕生了中國首富；這個行業(yè)，各國政府高度重視，每年斥巨資發(fā)

7、放補貼，扶持發(fā)展，被譽為前景最為光明的行業(yè)，而2007年中國的產(chǎn)量占了全球的三分之一；還是這個行業(yè)，近來出現(xiàn)一波接一波的破產(chǎn)潮，甚至連昔日的行業(yè)龍頭也難逃滅頂之災(zāi)！</p><p>　　這就是光伏產(chǎn)業(yè)，在短短三年之中，經(jīng)歷了景氣度的繁榮高峰與衰退低谷間的大起大落，眾多企業(yè)感受到從“烈火烹油”到“冰寒刺骨”的滋味。</p><p>　　然而，正當國內(nèi)企業(yè)還掙扎在存亡邊際，從華爾街卻傳來了全新

8、的訊息：一方面，美股光伏龍頭股價輪番暴漲，最具代表性的Sunpower（NASDAQ:SPWR）今年股價漲幅超過300%；另一方面，“股神”巴菲特攜25億美元收購光伏電站，世界上最賺錢的公司“蘋果”也投資光伏產(chǎn)業(yè)。作為世界上最有效的資本市場，股價的上漲是人們用資金在投票，巴菲特、蘋果公司在行業(yè)低谷期競相投資太陽能領(lǐng)域，這意味著什么？</p><p>　　股價靚麗表現(xiàn)的同時，行業(yè)基本面也正發(fā)生著變化。美國、中國等新

9、興市場正在發(fā)生劇變，產(chǎn)業(yè)政策集中出臺，上網(wǎng)與補貼發(fā)放更具確定性和可操作性，光伏電站中長期規(guī)劃被大幅提高，巨大的裝機需求一觸即發(fā)。</p><p>　　更為重要的是，隨著光伏轉(zhuǎn)換率逐年提高，成本逐年下降，優(yōu)勢企業(yè)的發(fā)電成本即將與火電持平，而一旦突破這一“臨界點”，平價上網(wǎng)的時代即將來臨，光伏發(fā)電替代傳統(tǒng)火電的大幕隨即拉開，人類的能源消費結(jié)構(gòu)也會隨之改變。</p><p>　　非晶硅薄膜電池從

10、20世紀80年代初開始商業(yè)化生產(chǎn)，但由于效率低且有衰減，使用壽命較晶體硅電池短，市場份額增加不快。另外，結(jié)晶缺陷所帶來的效率損失需要通過復(fù)雜工藝彌補，比如多晶硅是通過PECVD－SNx來實現(xiàn)，獲得了很大成功。但其他薄膜電池，如非晶硅和其他薄膜電池至今尚未獲得滿意結(jié)果，這也是薄膜電池發(fā)展比人們預(yù)想得慢的主要原因。</p><p>　　晶體硅太陽能電池是目前國際光伏市場的主流產(chǎn)品，占世界光伏電池產(chǎn)量的85%以上，因此

11、可以預(yù)見的是未來10~15年仍然以晶體硅為主。</p><p>　　三 光伏發(fā)電的類型特點</p><p>　　依據(jù)全世界對光伏發(fā)電系統(tǒng)的清晰認識，光伏行業(yè)人士一般將光伏發(fā)電系統(tǒng)分為三大類： 一、獨立光伏發(fā)電系統(tǒng) 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)：根據(jù)字體含義，我們可以直觀的說是單獨的發(fā)電站，通過光伏發(fā)電獲得的電量不會連接到國家的電網(wǎng)。 二、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng) 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)：相對于獨立光

12、伏發(fā)電系統(tǒng)來說，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是指通過光伏發(fā)電所得的電量，通過國家的電網(wǎng)相連，把多余的電力輸送到國家電網(wǎng)中。 三、混合光伏發(fā)電系統(tǒng) 從名稱得知，混合光伏發(fā)電系統(tǒng)是獨立和并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)合，它彌補了兩者的缺點，結(jié)合了兩者的優(yōu)點。以下是三種光伏發(fā)電系統(tǒng)的圖形模式：</p><p><b>　　獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)</b></p><p><b>　　并

13、網(wǎng)光伏發(fā)電</b></p><p><b>　　混合光伏發(fā)電系統(tǒng)</b></p><p>　　下面我們以圖表方式來突顯出獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、混合光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點。</p><p>　　四 典型的實際系統(tǒng)介紹</p><p>　　柏林中央火車站BIPV 光伏系統(tǒng)</p><

14、p>　　青島火車站BIPV 項目</p><p>　　美國stillwell地鐵站光電屋面工程總面積76,000 平方英尺；其中光電板使用面積為50，000平方英尺。發(fā)電峰值功率為250ＫＷ；非晶硅電池板塊規(guī)格：a-Si－40W。</p><p>　　日本Sanyo太陽光電公司運用簡單的建筑意象設(shè)計，以圣經(jīng)上的「諾亞方舟」神話，完美的表達太陽光電于能源秏竭危機中所扮演的任務(wù)及角色。&

15、lt;/p><p>　　德國奧迪物流中心 400 m² 16.4KW 非晶硅光電幕墻</p><p>　　廈門太古飛機工程維修中心五期擴建1．2MWp并網(wǎng)光伏發(fā)電工程是財政部、科技部、國家能源局于2009年7月16 13發(fā)布的《關(guān)于實施金太陽示范工程的通知》(財建[2009]397號)中福建省列人的八個項目之一，工程總安裝面積14 000 m ，年均發(fā)電量約119．53萬kWh，系

16、統(tǒng)設(shè)計壽命為25年。項目業(yè)主為廈門太古飛機工程有限公司，由環(huán)態(tài)源科技發(fā)展(深圳)有限公司負責項目技術(shù)實施。</p><p><b>　　4.1 技術(shù)方案</b></p><p>　　4.1.1 項目建設(shè)地太陽能資源</p><p>　　本工程項目建設(shè)地點位于福建省廈門市高崎國際機場南側(cè)，坐標為東經(jīng)118。08 10 ，北緯24。3240”，屬南

17、亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候。全年平均氣溫為2l℃ ，夏季較炎熱，7、8月氣溫一般都在30℃ 以上；冬季溫度則經(jīng)常低于l0℃。全年f3照時問長，陽光充沛。根據(jù)當?shù)貧庀蟛块T資料，當?shù)啬昶骄涤炅? 100 mm，多年平均全年日照時數(shù)為2 300 h，年13照百分率51％ ，年太陽總輻射量5 250 MJ／m。，屬于我國太陽能資源的第三等級，適合太陽能光伏發(fā)電項目建設(shè)。</p><p>　　4.1.2 工程規(guī)模及總體方案&l

18、t;/p><p>　　本工程光伏電站建設(shè)于廈門太古飛機工程有限公司的3 、5 、6 機庫的附建樓屋頂，總安裝面積14 000 m ，安裝單晶硅光伏組件6 669片，總?cè)萘繛?．2 MWp。附建樓為多層框架建筑物，東南西側(cè)無較高建筑物遮擋，對安裝在屋頂?shù)奶柲芄夥疥囀荜柟庹丈錈o影響。其屋面雖為平屋面，但裝有大量線管、空調(diào)、水箱等設(shè)備。采用鋼架在屋頂建立一個架空的鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架，光伏組件陣列在鋼架網(wǎng)上。使用桁架一定角度成排

19、安裝，以便減少屋頂設(shè)備對光伏組件陣列的陰影影響，盡可能提升光伏系統(tǒng)發(fā)電效率。本光伏發(fā)電系統(tǒng)采用BAPV安裝，分為3個大發(fā)電單元，每個單元分為3—4個交流配電柜。每個光伏并網(wǎng)發(fā)電單元的光伏組件采用串并聯(lián)(19串l6并)的方式組成多個光伏組件陣列，經(jīng)過防雷直流匯流箱匯流后接人直流配電柜，通過國產(chǎn)并網(wǎng)光伏逆變器完成DC到AC的轉(zhuǎn)換。采用分塊發(fā)電、就近并網(wǎng)、集中監(jiān)管的方案，將系統(tǒng)分成多個光伏并網(wǎng)發(fā)電單元，分別接人各個安裝地所在的機庫及附建<

20、;/p><p>　　樓配電室內(nèi)，實現(xiàn)將整個光伏并網(wǎng)系統(tǒng)接入機庫380 V低壓交流電網(wǎng)進行并網(wǎng)發(fā)電的方案。</p><p>　　4.2.3系統(tǒng)組成方案</p><p>　　本項目所建設(shè)的大型建筑光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列(主要由太陽電池組件、光伏防雷匯流箱、光伏防雷配電柜、直流電纜等構(gòu)成)、并網(wǎng)逆變(主要由并網(wǎng)逆變器構(gòu)成)、低壓輸配電(主要由低壓交流配電柜、低壓交流電

21、纜等構(gòu)成)、監(jiān)控(主要由光伏系統(tǒng)監(jiān)控部分構(gòu)成)等部分構(gòu)成。用戶側(cè)并網(wǎng)型太陽能光伏電站利用光伏組件將太陽能轉(zhuǎn)換成直流電能，再通過逆變器將直流電逆變成50 Hz、230／400 V的三相交流電，逆變器的輸出端通過配電柜并人機庫的低壓配電網(wǎng)。光伏并網(wǎng)發(fā)電站所發(fā)的電量主要供給用戶自己使用，剩余的電量送人電網(wǎng)。本電站無蓄電池儲能設(shè)備，當夜晚或遇陽光較差時，電網(wǎng)給負載供電。光伏陣列將太陽能輻射能量轉(zhuǎn)換為直流電能，通過匯流箱(直流配電箱)傳送到與之相

22、連接的逆變器的直流輸入端；逆變器采用MPPT (最大功率跟蹤)技術(shù)使光伏陣列保持最佳輸出狀態(tài)，同時將直流電轉(zhuǎn)換成為與電網(wǎng)頻率和相位均相同的交流電能，符合電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電的要求；逆變器發(fā)出的交流電能經(jīng)過低壓配電就近接人建筑物配電網(wǎng)。光伏并網(wǎng)逆變器本身帶有數(shù)據(jù)采集和通訊功能，可以監(jiān)測光伏陣列的電壓、電流等直流側(cè)運行參數(shù)，電網(wǎng)的電壓、頻率、逆變器輸出電流、功率、功率</p><p>　　4.2.4關(guān)鍵設(shè)備選型</p&

23、gt;<p>　　關(guān)鍵設(shè)備的選型遵循高效性、先進性、成熟性和穩(wěn)定性的原則。主要設(shè)備均選用通過中國金太陽認證要求的產(chǎn)品。</p><p>　　晶體硅組件。本工程采用國產(chǎn)高效率單晶硅鋼化玻璃層壓光伏組件，具體參數(shù)詳見表1。</p><p>　　并網(wǎng)逆變器。逆變器的選型必須符合《光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求》GB／T 19939—2005的規(guī)定。本項目將采用通過中國金太陽要求認證的國產(chǎn)光伏

24、并網(wǎng)逆變器SG100K3型11套。其轉(zhuǎn)換效率超過95％ ，且所選用的光伏并網(wǎng)逆變器可靠性高，保護功能齊全，具有電網(wǎng)側(cè)高功率因數(shù)正弦波電流、無諧波污染供電、防孤島效應(yīng)好等特點。并網(wǎng)逆變器主要技術(shù)參數(shù)詳見表2。</p><p>　　(3)光伏直流防雷匯流箱。采用光伏專用匯流箱，匯流箱內(nèi)置接線端子、直流斷路器、直流防雷模塊及相關(guān)附件，采用ABB專用光伏直流1 000V直流防雷模塊。光伏陣列集線盒具有以下特點：</

25、p><p>　?、俜雷o等級IP65滿足室外安裝的使用要求；② 同時可按人l6路太陽電池串列，每路電流最大可達10A；③接人最大光伏陣列的開路電壓值可達DC900V；④熔斷器的耐壓值不小于DC1 000 V；⑤每路光伏陣列具有二極管防反保護功能；⑥配有光伏專用高壓防雷器，正極負極都具備防雷功能。直流防雷匯流箱參數(shù)詳見表3。</p><p>　　4.2.5 傾角設(shè)計及陣列間距</p>

26、<p><b>　　(1)傾角</b></p><p>　　從氣象站得到的資料均為水平面上的太陽能輻射量，需要換算成光伏陣列傾斜面的輻射量才能進行發(fā)電量的計算。對于某一傾角固定安裝的光伏陣列，所接受的太陽輻射能與傾角有關(guān)，較簡便的輻射量計算經(jīng)驗公式為：RB：S[sin(儀+p)／sina] 十D</p><p>　　式中：R。為傾斜光伏陣列面上太陽能總輻射

27、量；s為水平面上太陽直接輻射量；D為散射輻射量；為中午時分的太陽高度角；B為光伏陣列傾角。經(jīng)計算并結(jié)合現(xiàn)場情況進行合理優(yōu)化，光伏陣列傾角為25．77。。</p><p><b>　　(2)陣歹U間足巨</b></p><p>　　為避免陣列之間遮陰，光伏電池組件陣列問距應(yīng)不小于D：D=0．707H／tan[arcsin(0．648cos~一0．399sin~)]<

28、;/p><p>　　式中： 為當?shù)氐乩砭暥?，北半球為正，南半球為負；H為陣列前排最高點與后排組件最低位置的高度差。計算得：D=919．5 mm。根據(jù)現(xiàn)場情況及經(jīng)驗，取光伏電池組件前后排陣列間距為0．95 m。太陽能光伏陣列布置見圖2。</p><p>　　五 三相光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)仿真模型</p><p>　　光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。系統(tǒng)可分為3個部分：光伏電池陣

29、列(PV)、功率變換器和并網(wǎng)控制器，本文側(cè)重針對這三部分在MATLAB仿真環(huán)境中建立仿真模型。</p><p>　　光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　5.1光伏電池陣列模型</p><p>　　當前光伏陣列(PV)的仿真建模通常有2種方法 ：基于光伏陣列物理機制和外特性的建模方法。本研究主要基于PV物理機制的數(shù)學(xué)方程結(jié)合其等效電路特點構(gòu)建光伏陣列的仿真模型單

30、個光伏電池等效電路模型圖2(a)所示，經(jīng)過等效電路變換，即可得任意Np ×Ns 個光伏電池串、并聯(lián)所構(gòu)成的光伏陣列(PV)的電路模型，如圖2(b)所示。</p><p>　　圖2 光伏陣列方仿真模型</p><p>　　(a)單個光伏電池等效電路模型(b) 串、并聯(lián)所構(gòu)成的光伏陣列(PV)的電路模型</p><p>　　光伏電池模塊的輸出特性方程： 式中

31、：I為光伏電池的輸出電流； IL為PN結(jié)電流； I0為反向飽和電流； V為輸出電壓；T為絕對溫度(K)；g是單位電荷，其值為1．6×10-19C；k是玻耳茲曼常數(shù)，其值為1．38×10-23J／K；A為二極管理想常數(shù)，其值常在l～2之間變化,np,ns 分別為光伏陣列模塊中光伏電池并聯(lián)和串聯(lián)的個數(shù).</p><p>　　當光伏電池處于開路狀態(tài)時 I=0； V=Voc,代入式(2.1)可得反向飽

32、和電流的表達式為：</p><p>　　式中： Voc 為光伏電池的開路電壓； 為光伏電池的開路電壓溫度系數(shù)。</p><p>　　當光伏陣列模塊工作在最大功率點時， 由式(2.1)可求得Rs ：</p><p>　　光伏電池外特性是近似由恒流源和恒壓源特性組合而成，兩者交界點就是最大功率點?；谏鲜龅臄?shù)學(xué)模型，在MATLAB／Simu1ink環(huán)境下建立光伏電池陣列

33、的通用仿真模型，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。創(chuàng)建子系統(tǒng)，并在其內(nèi)封裝Im、Vm 、Isc 、Voc 等參數(shù)，這些參數(shù)可由廠家給定產(chǎn)品數(shù)據(jù)中獲得。仿真時，可以方便的對不同的光伏電池陣列進行設(shè)置。本文仿真參數(shù)設(shè)置Voc=330V ，Isc=180A, Im=120A,Vm=250V. </p><p>　　光伏電池陣列的仿真模型</p><p><b>　　5.2功率變換器</b&g

34、t;</p><p>　　功率變換器采用兩電平H逆變器結(jié)構(gòu)，功率開關(guān)管采用IGBT，如圖4所示。本文仿真參數(shù)C=4500uf 電抗器L=1mh,R=5mΩ。</p><p><b>　　并網(wǎng)功率變換器結(jié)構(gòu)</b></p><p><b>　　5.3并網(wǎng)控制器</b></p><p>　　并網(wǎng)控制器

35、為三環(huán)控制，最內(nèi)層是交流電流閉環(huán)控制，控制并網(wǎng)電流，要求響應(yīng)速度最快;其次是直流電壓閉環(huán)控制，穩(wěn)定太陽電池板電壓，最外層是功率跟蹤控制，響應(yīng)速度最慢。其中電壓環(huán)采用PI控制器，控制結(jié)構(gòu)如圖5所示。</p><p><b>　　并網(wǎng)控制器結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　5.4電流內(nèi)環(huán)控制模型</p><p>　　在三相靜止對稱坐標系數(shù)學(xué)模型中，

36、逆變器交流側(cè)均為時變交流量，因而不利于控制系統(tǒng)設(shè)計。為此，可以通過坐標變換轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的(d、q)坐標系【4】。這樣，經(jīng)坐標旋轉(zhuǎn)變換后，三相對稱靜止坐標系中的基波正弦量將轉(zhuǎn)化成同步旋轉(zhuǎn)坐標系中的直流變量，從而簡化了控制系統(tǒng)設(shè)計。由三電平逆變器在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學(xué)模型，可以得到dq兩相電流微分方程為： </p><p><b>　　式中 </b></p>

37、<p>　　、——三相逆變器交流輸出端基波相電壓合成矢量的d軸和q軸分量；</p><p>　　、——三相電網(wǎng)電壓合成矢量的d軸和q軸分量；</p><p>　　、——三相并網(wǎng)電流合成矢量的d軸和q軸分量；</p><p>　　由式（2.4）可知，d、q軸電流除受控制量、的影響外，還受到交叉耦合電壓、和電網(wǎng)電壓、的擾動。因此，需要對d、q軸電流進行解耦并引

38、入電網(wǎng)電壓前饋進行更好的控制。同時，電網(wǎng)電壓前饋的引入有利于系統(tǒng)的動態(tài)性能得到進一步提高。由此，可以將系統(tǒng)電流內(nèi)環(huán)設(shè)計【4】【5】【6】為：</p><p>　　根據(jù)上述分析，構(gòu)造如圖6所示的系統(tǒng)控制仿真模型。</p><p>　　圖6 電流環(huán)控制仿真模型</p><p>　　5.5功率跟蹤控制模型</p><p>　　由于太陽能電池的電壓

39、與電流并不是線性的關(guān)系，且在不同的大氣條件下，因日照量與溫度不同每個工作曲線都不一樣。每一個工作曲線均有一個不同的最大功率點(Pmax)此即為太陽能電池的最佳工作點。為了提高太陽能發(fā)電系統(tǒng)的效率并充分的運用太陽能電池，需要一控制法則來使太陽能電池隨時操作在最大功率點，此即最大功率點追蹤法(MPPT)。 最大功率點跟蹤的過程實質(zhì)上是一個尋優(yōu)過程，即通過控制太陽能電池端電壓來控制最大功率的輸出[7]，常用的方法有：恒壓跟蹤法(CTV)、擾動

40、觀測法、導(dǎo)納微分法。其中擾動觀測回探法既避免了擾動觀測法判斷失誤的可能性，又以其算法簡明、測量參數(shù)少而優(yōu)于導(dǎo)納微分法，太陽能電池輸出功率的利用率得到很大提高[8]，圖7是算法流程。Matlab/Simulink現(xiàn)有的模塊要實現(xiàn)該算法比較困難，本文通過編寫相應(yīng)的代碼，以s函數(shù)封裝形式來完成該算法模塊功能。s函數(shù)提供了一個代碼和Simulink模塊之間的接口，用來實現(xiàn)對模塊的編程。其中s函數(shù)的代碼可以用Matlab語言編寫，也可以是C、C+

41、+、Ada、Fortran等語言編寫。</p><p>　　圖7 最大功率跟蹤流程圖</p><p>　　圖中，I:光伏電池陣列輸出的電流；U:光伏電池陣列輸出電壓；P:光伏電池陣列輸出功率；Uref:最大功率跟蹤器輸出的電壓參考值；△U:電壓擾動值。</p><p>　　5.6仿真結(jié)果與分析</p><p>　　設(shè)置仿真時間為0.18s,

42、在前0.1s功率跟蹤控制器輸出電壓給定值低于最大功率點電壓，后0.08s電壓給定值大于最大功率點電壓。圖8是A,B,C相并網(wǎng)電壓與電流波形圖。第一個周期由于仿真環(huán)境采用不等步長仿真，第一個周期點數(shù)比較多，所以顯得時間比較長，其實就是一個周波，這是給電容充電階段。整體上該電流與電壓是同相的,表明本文設(shè)置的并網(wǎng)控制器是有效的。</p><p>　　(a)

43、 (b)</p><p><b>　　©</b></p><p>　　圖8 三相光伏發(fā)電并網(wǎng)電流與電壓波形</p><p>　　(a)A相電壓與電流波形(黑體為電流波形);(b) B相電壓與電流波形(黑體為電流波形);(c)C相電壓與電流波形(黑體為電流波形)</p><p>　　圖9是直流端電壓、電流

44、波形圖，在前0.1s,電壓波動明顯，原因在于該時段最大功率跟蹤器輸出的電壓給定值低于最大功率點電壓，此時系統(tǒng)工作在電池陣列的恒流源特性區(qū)域，使得稍微調(diào)節(jié)電流，直流側(cè)電壓的變化就比較大，加之電流內(nèi)環(huán)也存在一定的動態(tài)調(diào)節(jié)時間，電流波動也就特別明顯。后0.08s,當直流側(cè)電壓給定值遠大于最大功率點電壓，系統(tǒng)始終工作在光伏電池陣列的恒壓源特性區(qū)域，所以直流側(cè)電壓波動比較小。從直流端光伏電池輸出電流波形可以看出，在連接電網(wǎng)斷路器合上之前，電流基本

45、上就是電容的充電電流，可以看出，初始沖擊電流還是比較大的，如何降低初始充電電流對電容的沖擊，在工程設(shè)計時應(yīng)當注意。其次可以看出，該電流波形是個脈沖波形，對電流傳感器要求比較高。</p><p>　　(a) (b)</p><p>　　圖9直流側(cè)電壓與電流波形</p><p>　　(a)直流側(cè)電

46、壓波形;(b)直流側(cè)電流波形</p><p>　　圖10是并網(wǎng)過程中電池陣列輸出功率與交流側(cè)并網(wǎng)功率波形圖，從圖中可以看出，光伏電池輸出功率與交流側(cè)并網(wǎng)功率并不平衡，原因在于電抗器、以及功率開關(guān)管，并網(wǎng)變壓器均存在功率損耗。其次可以看出，并網(wǎng)功率前半段時間并網(wǎng)功率波動比較明顯，原因在于此時段，光伏電池陣列工作在恒流特性區(qū)域，使得稍微調(diào)節(jié)直流側(cè)電流，導(dǎo)致直流側(cè)電壓的變化就比較大，加之電流內(nèi)環(huán)也存在一定的動態(tài)調(diào)節(jié)時間

47、，并網(wǎng)電流波動也就特別明顯。反之，在后半段時段，光伏電池陣列工作在恒壓特性區(qū)域，直流側(cè)電壓變化不大，電流內(nèi)環(huán)的電流參考值變化不大，交流側(cè)并網(wǎng)功率就比較恒定。因此，為了減小并網(wǎng)功率的波動，兼顧電池效能的最大利用，光伏電池陣列推薦工作在接近最大功率點的恒壓特性區(qū)域。</p><p>　　圖10光伏電池陣列輸出功率與并網(wǎng)功率</p><p><b>　　六 總結(jié)</b>&l

48、t;/p><p>　　本文建立的三相光伏并網(wǎng)發(fā)電仿真模型及其控制方法能較好地模擬三相光伏并網(wǎng)發(fā)電情況，為太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計、優(yōu)化提供了有效的手段。</p><p>　　系統(tǒng)控制模型采用最大功率跟蹤環(huán)、電壓環(huán)與電流內(nèi)環(huán)的三環(huán)結(jié)構(gòu)，功率跟蹤主要作用使太陽能電池隨時操作在設(shè)定功率點；電壓環(huán)主要作用是控制三相逆變器直流側(cè)電壓，使直流側(cè)電壓跟隨指定電壓；電流內(nèi)環(huán)采用前饋解耦的電流閉環(huán)控制。仿真

49、表明上述控制方法能使交流電流很好地跟蹤交流電網(wǎng)電壓，實現(xiàn)了逆變目標。</p><p>　　通過三相光伏并網(wǎng)發(fā)電仿真，光伏電池陣列可以工作在恒流特性區(qū)域，但是并網(wǎng)交流電流波動比較大，為了減小并網(wǎng)功率的波動，光伏電池陣列推薦工作在接近最大功率點的恒壓特性區(qū)域。</p><p>　　在光伏發(fā)電并網(wǎng)之前，并聯(lián)在光伏電池陣列的電容在充電階段，初始沖擊電流是比較大的，工程設(shè)計時要考慮抑制初始充電電流對