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近年來，全球經濟高速發展，電力需求越來越大。電力生產所需煤炭燃料逐漸衰竭，全球變暖、廢氣排放等環境惡化關注度日益增加，電力供需矛盾日益加大。于是，人們逐漸開始嘗試利用以風能、太陽能等能源為主的分布式發電技術進行發電，將多個可再生發電單元并網實現“微網”結構。光伏是分布式能源中的一種重要能源形式，以光伏發電并網技術為核心的光伏發電技術在未來具有較大的潛力。目前，我國光伏發電并網技術與歐美和日本等國家差距較大。隨著技術研究的不斷深入，光伏發電并網在系統建模仿真，控制策略分析等領域取得了一定成果。該文給出了光伏發電并網系統的結構和光伏電池的數學模型，采用電壓、電流雙環結構控制逆變器，通過直接擾動占空比跟蹤光伏電池的最大功率點。通過MATLAB軟件進行仿真驗證了控制策略的可行性。

1光伏發電并網系統的結構

該文主要研究三相光伏發電并網系統，采用兩級控制，其結構如圖1所示。并網系統前級采用DC/DC升壓，考慮到光伏電池發電功率的不穩定性，因此一般采用直接擾動法進行最大功率跟蹤(MPPT);后級采用DC/AC逆變，利用設定好的功率平衡維持直流側電壓。逆變后的交流電壓進行光電隔離、濾波后，經隔離變壓器并入電網。

2光伏電池的數學模型

光伏電池原理是利用半導體光伏效應將太陽能轉換為電能。根據文獻中關于光伏電池的等效模型的介紹，進行簡化、處理。假設光照1000W/m2、溫度為25℃時，根據式(1)～式(4)進行MATLAB仿真，其電流電壓波形以及功率電壓波形如圖2所示。假如光伏電池在1000W/m2和25℃的條件下，外部直接所帶負載為純阻性，當負載從小到大(0~40Ω)改變時光伏輸出功率阻抗特性如圖3所示。從圖3可知，只有當外部負載為8Ω時，光伏電池才能達到最大功率。由圖2可觀察最大功率點處的電壓與電流之比與8十分接近。這正好與最大功率輸出匹配原則相符合，也就是負載阻抗與電源輸出阻抗相等時，電源的輸出功率最大。

3并網變換器的控制策略

3．1MPPT控制策略目前，最大功率跟蹤控制(MPPT)方法有擾動觀察法、恒壓法、電導增量法、模糊邏輯控制等，該文采用擾動觀察法。采用BUCK－BOOST電路為光伏電池最大功率跟蹤電路，其電路結構和算法如圖4所示。當改變變換器占空比時，光伏系統的功率變化曲線和改變光伏系統工作電壓時的曲線的趨勢類似，借著這個特性，可以通過直接擾動占空比的方法完成最大功率跟蹤。利用定步長擾動占空比的方法和降壓升壓裝置在MATLAB中進行建模仿真，仿真模型如圖5所示。仿真條件:溫度為－10℃，在0～0．25s時光照為800W/m2，0．25～0．5s時光照為500W/m2。降壓升壓裝置工作在電感電流連續的模式。光伏電池側電容為0．8×10－3mF，電感為10mH，負載側電容為0．5×10－3mF，最大功率跟蹤模塊的三角波頻率為5kHz。從圖6中可以看出，采用降壓升壓裝置和擾動占空比算法的光伏系統能夠很好地完成最大功率跟蹤。

3．2逆變器的控制策略三相電壓型PWM逆變器采用全控型開關器件IGBT，IGBT既可以從電網上吸收功率使系統在整流狀態工作也可以向電網輸出功率使系統工作在有源逆變狀態［7］。當電網電壓三相平衡時，為了便于分析和功率解耦，對其進行PRAK變換，則三相電壓型光伏逆變器的數學表達式為。三相并網光伏逆變器控制策略采用電壓、電流雙環的結構，如圖7所示。電壓外環為逆變器直流側電壓與設定值比較得到偏差，然后利用PI調節器運算得到并網電流參考值。電流內環為并網電流參考值與實際值比較得出偏差進行PI運算，其結果作為逆變器調制波的信號［4］。其中eabc為大電網電壓，iabc為逆變器輸出電流。

4并網運行仿真

圖8為三相光伏并網運行的仿真模型，仿真參數為:交流側線電壓380V;直流側電壓600V;光伏最大功率4kW;光伏電池溫度25℃;0．5s之前光照強度為1000W/m2;0．5s后變為500W/m2;濾波電感6mL;逆變器直流側電容2mF;直流升壓電路中電感1．5mL;最大功率跟蹤載波頻率4kHz;逆變器三角波載波頻率10kHz;電壓環比例和積分控制系數為15和200，電流環比例和積分控制系數為15和10。MATLAB仿真結果如圖9～圖11所示。圖9表明前級最大功率跟蹤良好，從圖10可以看出三相光伏并網系統在穩定時逆變器直流電壓能夠保持600V，當系統開始仿真時，由于功率不平衡，出現了一定的超調。當光照強度降低時，逆變器直流電壓由于按照上一時刻的電流參考值輸出導致電壓下降，但是隨著并網電流參考值下降后，逆變器直流電壓又開始回升至設定值。圖11表明在系統啟動階段，并網電流與電網電壓反相并且數值較大，這是由于逆變器直流電壓沒有達到設定值，需要充電電流，在逆變器直流電壓超出設定值后，逆變器輸出電流又大于設定值，逆變器充電電流減少，且在0．3s輸出電流穩定，并且并網電流與電網電流同頻同相。

5結論

該文建立了一個由三相兩極光伏發電系統并網運行的微網模型，采用降壓升壓裝置和擾動占空比算法跟蹤分布式電源的最大功率，在并網運行時，對逆變器采用電流電壓雙環結構控制，并搭建了并網運行的系統仿真模型。實驗結果表明:該控制方法能使直流母線電壓穩定，并網逆變器輸出電流相位和大電網電壓頻率保持一致，動態響應快，從而驗證了控制策略的正確性。

作者：吳碩 趙繼忠 單位：遼寧裝備制造職業技術學院