光伏系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行仿真研究

1、    光伏系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行仿真研究    顧振宇+付立思+吳碩摘要：根據(jù)光伏發(fā)電的原理和數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)一個(gè)由光伏組成的直流微網(wǎng)。光伏發(fā)電部分能夠?qū)崿F(xiàn)變步長(zhǎng)最大功率跟蹤，結(jié)合雙向整流器提出g光伏直流微網(wǎng)并網(wǎng)的控制策略，并利用matlab仿真驗(yàn)證控制策略的可行性，為光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：光伏系統(tǒng)；最大功率跟蹤；仿真；直流微網(wǎng)；控制：tm727 ：a ：1674-1161（2014）01-0052-03近年來(lái)，人們逐漸開(kāi)始利用潔凈、可再生能源發(fā)電，如太陽(yáng)能，風(fēng)能等。光伏發(fā)電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)不僅是當(dāng)今能源的重要補(bǔ)充，更具備成為未來(lái)主要能源來(lái)源的潛力。國(guó)

2、家能源發(fā)展規(guī)劃規(guī)定，20102020年重點(diǎn)采用戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)或建設(shè)小型光伏電站，以解決偏遠(yuǎn)地區(qū)和無(wú)電戶的供電問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)光伏并網(wǎng)的研究較多，相關(guān)設(shè)備越來(lái)越先進(jìn)，相關(guān)理論也在不斷完善。介紹光伏發(fā)電的原理和數(shù)學(xué)模型，給出目前比較流行的變步長(zhǎng)最大功率跟蹤的分析和仿真模型，在此基礎(chǔ)上描述boost電路的工作原理，最后結(jié)合雙向整流器提出g光伏直流微網(wǎng)并網(wǎng)的控制策略，并利用matlab仿真驗(yàn)證控制策略的可行性。1 光伏電池的數(shù)學(xué)模型和仿真光伏電池利用光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生電能，工程上普遍采用硅光伏電池進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。光伏電池的等效模型數(shù)學(xué)表達(dá)式為：i=isc1-c1exp-1+i（1）c2=（vm/voc

3、-1）ln（1-im/isc） （2）i=g（tc-tref）/gref+（g/gref-1）isc （3）v=-（tc-tref）+rsi （4）式中：i為太陽(yáng)能電池輸出電流；u為太陽(yáng)能輸出電壓；isc為短路電流；g為太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度；tref，gref分別為太陽(yáng)輻射（1 000 w/m2）和光伏電池溫度參考值（25 ）；vm，im為最大功率點(diǎn)電壓、電流；tc為光伏電池當(dāng)前溫度；為光伏電池短路的電流溫度系數(shù)；為光伏電池開(kāi)路的電壓溫度系數(shù)。根據(jù)上述公式得出的matlab仿真波形如圖1所示。2 并網(wǎng)變換器的控制策略光伏并網(wǎng)變換器控制策略分為單級(jí)式和兩級(jí)式2種。單級(jí)式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比兩級(jí)式少一個(gè)dc/dc

4、直流變換環(huán)節(jié)，并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的控制目標(biāo)比較多，難以兼顧，因而較少采用。兩級(jí)式雖然比單級(jí)式成本高，但其前后級(jí)可以分工合作，控制效果較好。兩級(jí)式并網(wǎng)變換器控制又分為前級(jí)最大功率跟蹤和后級(jí)最大功率跟蹤2種。當(dāng)采用后級(jí)最大功率跟蹤時(shí)，在不同的運(yùn)行階段，前后級(jí)需要改變調(diào)節(jié)速度來(lái)滿足控制要求，增加了整個(gè)系統(tǒng)控制的復(fù)雜程度。采用前級(jí)最大功率跟蹤時(shí)，dc/dc環(huán)節(jié)只需進(jìn)行太陽(yáng)能電池的最大功率跟蹤，利用功率平衡來(lái)維持直流側(cè)電壓。為避免能量堆積，要求dc/ac的調(diào)節(jié)速度比前級(jí)dc/dc快，但其更容易實(shí)現(xiàn)。前級(jí)最大功率跟蹤的控制結(jié)構(gòu)如圖2所示。2.1 最大功率跟蹤電路控制策略光伏電池最大功率跟蹤電路有buck電路、bo

5、ost電路、buck-boost電路、cuk電路。boost電路（如圖2所示）適合工作于小功率光伏系統(tǒng)。boost變換電路主要由續(xù)流二極管d1、全控開(kāi)關(guān)管t、電感和電容組成。當(dāng)全控開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電感開(kāi)始續(xù)能；當(dāng)全控開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，電感產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)和電源的電壓串聯(lián)加在電容c2上，這使得電容c2上的電壓高于電容c1。通過(guò)改變?nèi)亻_(kāi)關(guān)t的導(dǎo)通頻率和占空比，實(shí)現(xiàn)對(duì)升壓大小的控制。擾動(dòng)觀察法是目前比較常用的最大功率跟蹤（mppt）算法，它通過(guò)定期改變光伏電池電壓大小來(lái)增減功率（見(jiàn)圖1）。當(dāng)運(yùn)行到最大功率點(diǎn)左側(cè)時(shí)，電壓增加，功率增大；當(dāng)運(yùn)行到最大功率點(diǎn)右側(cè)時(shí)，電壓增加，功率減少。電壓定期改變的大小稱為步長(zhǎng)。當(dāng)

6、采用定步長(zhǎng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)最大功率點(diǎn)附近擾動(dòng)較大或者系統(tǒng)進(jìn)入最大功率點(diǎn)附近的工作時(shí)間較長(zhǎng)等問(wèn)題。而采用變步長(zhǎng)則可克服上述問(wèn)題。采用自適應(yīng)占空比擾動(dòng)觀察法，通過(guò)改變mppt模塊中脈寬調(diào)制信號(hào)的占空比來(lái)改變升壓電路的輸入和輸出關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)最大功率的阻抗匹配，克服定步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法的缺點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)。2.2 光伏并網(wǎng)變換器控制策略.三相電壓型pwm整流器（voltage source rectifier）采用全控型開(kāi)關(guān)器件，既可以從電網(wǎng)上吸收功率，使系統(tǒng)在整流狀態(tài)工作，也可以向電網(wǎng)輸出功率，使系統(tǒng)在有源逆變狀態(tài)工作。圖2中的整流器數(shù)學(xué)模型在park變換后的表達(dá)式為：=idiqvdc+edeq（5）

7、式中：l為交流側(cè)濾波電感；r為交流側(cè)線路等效阻抗；c為直流側(cè)電容；vdc為直流側(cè)電壓；idc為直流側(cè)負(fù)載電流（工作在整流狀態(tài)時(shí)）；id為解耦后的有功電流；iq為解耦后得無(wú)功電流；為交流側(cè)電壓頻率；sd為解耦后控制有功的開(kāi)關(guān)函數(shù)；sq為解耦后控制無(wú)功的開(kāi)關(guān)函數(shù)。整流器的控制策略分為間接電流控制和直接電流控制。間接電流控制由于沒(méi)有交流側(cè)電流反饋環(huán)節(jié)，所以控制原理簡(jiǎn)單、工作可靠，缺點(diǎn)是交流側(cè)電流的動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較慢及系統(tǒng)參數(shù)變化給網(wǎng)側(cè)電流帶來(lái)的影響比較大。直接電流控制引入了交流電流反饋，交流側(cè)電流反應(yīng)快，控制性能有所提高，但控制系統(tǒng)復(fù)雜程度較高。不過(guò)，直接電流控制依然是目前應(yīng)用比較廣泛的一種控制方法，其

8、控制策略如圖3所示。采用l型并網(wǎng)，利用公式（6），（7），（8）進(jìn)行并網(wǎng)濾波器參數(shù)的選取和pi參數(shù)的整定。l （6）kip=kui=（7）kup=kui=（8）式中：l為濾波電感；c為直流側(cè)電容值；fsw為整流器的開(kāi)關(guān)頻率；ia為并網(wǎng)后額定電流的單相值；u為并網(wǎng)交流電壓的額定有效值；ts為整流器系統(tǒng)的采樣周期；kpwm為雙向整流裝置等效增益。3 光伏系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行仿真用matlab/simulink進(jìn)行仿真研究，仿真參數(shù)如下：交流側(cè)線電壓380 v；直流側(cè)電壓600 v；光伏最大功率4 kw；直流負(fù)載4 kw；濾波電感6 ml；整流器直流側(cè)電容3 mf；直流升壓電路電感1 ml。系統(tǒng)運(yùn)行狀況如下

9、：0.3 s前，直流電網(wǎng)無(wú)負(fù)載，光伏電源將最大功率輸送給電網(wǎng)（4 kw）；0.3 s后，直流電網(wǎng)帶直流4 kw直流負(fù)載；0.7 s時(shí)，光照改變（最大功率為1 500 w），直流網(wǎng)從主網(wǎng)吸收電能來(lái)滿足直流負(fù)載要求。仿真運(yùn)行情況見(jiàn)圖46。圖4顯示了直流微網(wǎng)中光伏電源最大功率跟蹤情況，從波形可以看出，系統(tǒng)很好地完成了控制目標(biāo)。由圖5可知，直流側(cè)直流電壓很快進(jìn)入了設(shè)定值，且變化很小。圖6展現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)相電壓和相電流。系統(tǒng)開(kāi)始仿真后，網(wǎng)側(cè)電流很大，這是由系統(tǒng)需要向直流側(cè)電容充電造成的，向電網(wǎng)提供電能時(shí)，電流和電壓保持良好的相位關(guān)系；當(dāng)加入直流負(fù)載后，直流微網(wǎng)所提供的電能和負(fù)載剛好相等，但網(wǎng)側(cè)電流并不為0，這

10、是由設(shè)計(jì)濾波電感時(shí)采用了20%的紋波電流造成的。當(dāng)系統(tǒng)需要向電網(wǎng)吸收功率供給直流負(fù)荷時(shí)，網(wǎng)側(cè)電流和電壓相位關(guān)系也很滿意。4 結(jié)論建立一個(gè)由光伏組成的直流微網(wǎng)，利用變步長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)分布式電源的最大功率跟蹤，在并網(wǎng)運(yùn)行的情況下根據(jù)負(fù)荷和分布式電源的變化從電網(wǎng)吸收電能或者輸送電能給電網(wǎng)，并且保持較好的直流電壓質(zhì)量。利用仿真驗(yàn)證提出的控制目標(biāo)和策略，為光伏并網(wǎng)研究提供參考。 摘要：根據(jù)光伏發(fā)電的原理和數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)一個(gè)由光伏組成的直流微網(wǎng)。光伏發(fā)電部分能夠?qū)崿F(xiàn)變步長(zhǎng)最大功率跟蹤，結(jié)合雙向整流器提出g光伏直流微網(wǎng)并網(wǎng)的控制策略，并利用matlab仿真驗(yàn)證控制策略的可行性，為光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展提供理論依據(jù)。關(guān)鍵

11、詞：光伏系統(tǒng)；最大功率跟蹤；仿真；直流微網(wǎng)；控制：tm727 ：a ：1674-1161（2014）01-0052-03近年來(lái)，人們逐漸開(kāi)始利用潔凈、可再生能源發(fā)電，如太陽(yáng)能，風(fēng)能等。光伏發(fā)電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)不僅是當(dāng)今能源的重要補(bǔ)充，更具備成為未來(lái)主要能源來(lái)源的潛力。國(guó)家能源發(fā)展規(guī)劃規(guī)定，20102020年重點(diǎn)采用戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)或建設(shè)小型光伏電站，以解決偏遠(yuǎn)地區(qū)和無(wú)電戶的供電問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)光伏并網(wǎng)的研究較多，相關(guān)設(shè)備越來(lái)越先進(jìn)，相關(guān)理論也在不斷完善。介紹光伏發(fā)電的原理和數(shù)學(xué)模型，給出目前比較流行的變步長(zhǎng)最大功率跟蹤的分析和仿真模型，在此基礎(chǔ)上描述boost電路的工作原理，最后結(jié)合雙向整流器提出

12、g光伏直流微網(wǎng)并網(wǎng)的控制策略，并利用matlab仿真驗(yàn)證控制策略的可行性。1 光伏電池的數(shù)學(xué)模型和仿真光伏電池利用光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生電能，工程上普遍采用硅光伏電池進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。光伏電池的等效模型數(shù)學(xué)表達(dá)式為：i=isc1-c1exp-1+i（1）c2=（vm/voc-1）ln（1-im/isc） （2）i=g（tc-tref）/gref+（g/gref-1）isc （3）v=-（tc-tref）+rsi （4）式中：i為太陽(yáng)能電池輸出電流；u為太陽(yáng)能輸出電壓；isc為短路電流；g為太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度；tref，gref分別為太陽(yáng)輻射（1 000 w/m2）和光伏電池溫度參考值（25 ）；vm，im為

13、最大功率點(diǎn)電壓、電流；tc為光伏電池當(dāng)前溫度；為光伏電池短路的電流溫度系數(shù)；為光伏電池開(kāi)路的電壓溫度系數(shù)。根據(jù)上述公式得出的matlab仿真波形如圖1所示。2 并網(wǎng)變換器的控制策略光伏并網(wǎng)變換器控制策略分為單級(jí)式和兩級(jí)式2種。單級(jí)式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比兩級(jí)式少一個(gè)dc/dc直流變換環(huán)節(jié)，并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的控制目標(biāo)比較多，難以兼顧，因而較少采用。兩級(jí)式雖然比單級(jí)式成本高，但其前后級(jí)可以分工合作，控制效果較好。兩級(jí)式并網(wǎng)變換器控制又分為前級(jí)最大功率跟蹤和后級(jí)最大功率跟蹤2種。當(dāng)采用后級(jí)最大功率跟蹤時(shí)，在不同的運(yùn)行階段，前后級(jí)需要改變調(diào)節(jié)速度來(lái)滿足控制要求，增加了整個(gè)系統(tǒng)控制的復(fù)雜程度。采用前級(jí)最大功率跟蹤時(shí)，dc

14、/dc環(huán)節(jié)只需進(jìn)行太陽(yáng)能電池的最大功率跟蹤，利用功率平衡來(lái)維持直流側(cè)電壓。為避免能量堆積，要求dc/ac的調(diào)節(jié)速度比前級(jí)dc/dc快，但其更容易實(shí)現(xiàn)。前級(jí)最大功率跟蹤的控制結(jié)構(gòu)如圖2所示。2.1 最大功率跟蹤電路控制策略光伏電池最大功率跟蹤電路有buck電路、boost電路、buck-boost電路、cuk電路。boost電路（如圖2所示）適合工作于小功率光伏系統(tǒng)。boost變換電路主要由續(xù)流二極管d1、全控開(kāi)關(guān)管t、電感和電容組成。當(dāng)全控開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電感開(kāi)始續(xù)能；當(dāng)全控開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，電感產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)和電源的電壓串聯(lián)加在電容c2上，這使得電容c2上的電壓高于電容c1。通過(guò)改變?nèi)亻_(kāi)關(guān)t的導(dǎo)通頻

15、率和占空比，實(shí)現(xiàn)對(duì)升壓大小的控制。擾動(dòng)觀察法是目前比較常用的最大功率跟蹤（mppt）算法，它通過(guò)定期改變光伏電池電壓大小來(lái)增減功率（見(jiàn)圖1）。當(dāng)運(yùn)行到最大功率點(diǎn)左側(cè)時(shí)，電壓增加，功率增大；當(dāng)運(yùn)行到最大功率點(diǎn)右側(cè)時(shí)，電壓增加，功率減少。電壓定期改變的大小稱為步長(zhǎng)。當(dāng)采用定步長(zhǎng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)最大功率點(diǎn)附近擾動(dòng)較大或者系統(tǒng)進(jìn)入最大功率點(diǎn)附近的工作時(shí)間較長(zhǎng)等問(wèn)題。而采用變步長(zhǎng)則可克服上述問(wèn)題。采用自適應(yīng)占空比擾動(dòng)觀察法，通過(guò)改變mppt模塊中脈寬調(diào)制信號(hào)的占空比來(lái)改變升壓電路的輸入和輸出關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)最大功率的阻抗匹配，克服定步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法的缺點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)。2.2 光伏并網(wǎng)變換器控制策略.三相電

16、壓型pwm整流器（voltage source rectifier）采用全控型開(kāi)關(guān)器件，既可以從電網(wǎng)上吸收功率，使系統(tǒng)在整流狀態(tài)工作，也可以向電網(wǎng)輸出功率，使系統(tǒng)在有源逆變狀態(tài)工作。圖2中的整流器數(shù)學(xué)模型在park變換后的表達(dá)式為：=idiqvdc+edeq（5）式中：l為交流側(cè)濾波電感；r為交流側(cè)線路等效阻抗；c為直流側(cè)電容；vdc為直流側(cè)電壓；idc為直流側(cè)負(fù)載電流（工作在整流狀態(tài)時(shí)）；id為解耦后的有功電流；iq為解耦后得無(wú)功電流；為交流側(cè)電壓頻率；sd為解耦后控制有功的開(kāi)關(guān)函數(shù)；sq為解耦后控制無(wú)功的開(kāi)關(guān)函數(shù)。整流器的控制策略分為間接電流控制和直接電流控制。間接電流控制由于沒(méi)有交流側(cè)電

17、流反饋環(huán)節(jié)，所以控制原理簡(jiǎn)單、工作可靠，缺點(diǎn)是交流側(cè)電流的動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較慢及系統(tǒng)參數(shù)變化給網(wǎng)側(cè)電流帶來(lái)的影響比較大。直接電流控制引入了交流電流反饋，交流側(cè)電流反應(yīng)快，控制性能有所提高，但控制系統(tǒng)復(fù)雜程度較高。不過(guò)，直接電流控制依然是目前應(yīng)用比較廣泛的一種控制方法，其控制策略如圖3所示。采用l型并網(wǎng)，利用公式（6），（7），（8）進(jìn)行并網(wǎng)濾波器參數(shù)的選取和pi參數(shù)的整定。l （6）kip=kui=（7）kup=kui=（8）式中：l為濾波電感；c為直流側(cè)電容值；fsw為整流器的開(kāi)關(guān)頻率；ia為并網(wǎng)后額定電流的單相值；u為并網(wǎng)交流電壓的額定有效值；ts為整流器系統(tǒng)的采樣周期；kpwm為雙向整流裝置等

18、效增益。3 光伏系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行仿真用matlab/simulink進(jìn)行仿真研究，仿真參數(shù)如下：交流側(cè)線電壓380 v；直流側(cè)電壓600 v；光伏最大功率4 kw；直流負(fù)載4 kw；濾波電感6 ml；整流器直流側(cè)電容3 mf；直流升壓電路電感1 ml。系統(tǒng)運(yùn)行狀況如下：0.3 s前，直流電網(wǎng)無(wú)負(fù)載，光伏電源將最大功率輸送給電網(wǎng)（4 kw）；0.3 s后，直流電網(wǎng)帶直流4 kw直流負(fù)載；0.7 s時(shí)，光照改變（最大功率為1 500 w），直流網(wǎng)從主網(wǎng)吸收電能來(lái)滿足直流負(fù)載要求。仿真運(yùn)行情況見(jiàn)圖46。圖4顯示了直流微網(wǎng)中光伏電源最大功率跟蹤情況，從波形可以看出，系統(tǒng)很好地完成了控制目標(biāo)。由圖5可知，直

19、流側(cè)直流電壓很快進(jìn)入了設(shè)定值，且變化很小。圖6展現(xiàn)了網(wǎng)側(cè)相電壓和相電流。系統(tǒng)開(kāi)始仿真后，網(wǎng)側(cè)電流很大，這是由系統(tǒng)需要向直流側(cè)電容充電造成的，向電網(wǎng)提供電能時(shí)，電流和電壓保持良好的相位關(guān)系；當(dāng)加入直流負(fù)載后，直流微網(wǎng)所提供的電能和負(fù)載剛好相等，但網(wǎng)側(cè)電流并不為0，這是由設(shè)計(jì)濾波電感時(shí)采用了20%的紋波電流造成的。當(dāng)系統(tǒng)需要向電網(wǎng)吸收功率供給直流負(fù)荷時(shí)，網(wǎng)側(cè)電流和電壓相位關(guān)系也很滿意。4 結(jié)論建立一個(gè)由光伏組成的直流微網(wǎng)，利用變步長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)分布式電源的最大功率跟蹤，在并網(wǎng)運(yùn)行的情況下根據(jù)負(fù)荷和分布式電源的變化從電網(wǎng)吸收電能或者輸送電能給電網(wǎng)，并且保持較好的直流電壓質(zhì)量。利用仿真驗(yàn)證提出的控制目標(biāo)和策略

20、，為光伏并網(wǎng)研究提供參考。 摘要：根據(jù)光伏發(fā)電的原理和數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)一個(gè)由光伏組成的直流微網(wǎng)。光伏發(fā)電部分能夠?qū)崿F(xiàn)變步長(zhǎng)最大功率跟蹤，結(jié)合雙向整流器提出g光伏直流微網(wǎng)并網(wǎng)的控制策略，并利用matlab仿真驗(yàn)證控制策略的可行性，為光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：光伏系統(tǒng)；最大功率跟蹤；仿真；直流微網(wǎng)；控制：tm727 ：a ：1674-1161（2014）01-0052-03近年來(lái)，人們逐漸開(kāi)始利用潔凈、可再生能源發(fā)電，如太陽(yáng)能，風(fēng)能等。光伏發(fā)電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)不僅是當(dāng)今能源的重要補(bǔ)充，更具備成為未來(lái)主要能源來(lái)源的潛力。國(guó)家能源發(fā)展規(guī)劃規(guī)定，20102020年重點(diǎn)采用戶用光伏發(fā)電系統(tǒng)或建設(shè)小型

21、光伏電站，以解決偏遠(yuǎn)地區(qū)和無(wú)電戶的供電問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)光伏并網(wǎng)的研究較多，相關(guān)設(shè)備越來(lái)越先進(jìn)，相關(guān)理論也在不斷完善。介紹光伏發(fā)電的原理和數(shù)學(xué)模型，給出目前比較流行的變步長(zhǎng)最大功率跟蹤的分析和仿真模型，在此基礎(chǔ)上描述boost電路的工作原理，最后結(jié)合雙向整流器提出g光伏直流微網(wǎng)并網(wǎng)的控制策略，并利用matlab仿真驗(yàn)證控制策略的可行性。1 光伏電池的數(shù)學(xué)模型和仿真光伏電池利用光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生電能，工程上普遍采用硅光伏電池進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。光伏電池的等效模型數(shù)學(xué)表達(dá)式為：i=isc1-c1exp-1+i（1）c2=（vm/voc-1）ln（1-im/isc） （2）i=g（tc-tref）/gref

22、+（g/gref-1）isc （3）v=-（tc-tref）+rsi （4）式中：i為太陽(yáng)能電池輸出電流；u為太陽(yáng)能輸出電壓；isc為短路電流；g為太陽(yáng)能輻射強(qiáng)度；tref，gref分別為太陽(yáng)輻射（1 000 w/m2）和光伏電池溫度參考值（25 ）；vm，im為最大功率點(diǎn)電壓、電流；tc為光伏電池當(dāng)前溫度；為光伏電池短路的電流溫度系數(shù)；為光伏電池開(kāi)路的電壓溫度系數(shù)。根據(jù)上述公式得出的matlab仿真波形如圖1所示。2 并網(wǎng)變換器的控制策略光伏并網(wǎng)變換器控制策略分為單級(jí)式和兩級(jí)式2種。單級(jí)式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比兩級(jí)式少一個(gè)dc/dc直流變換環(huán)節(jié)，并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的控制目標(biāo)比較多，難以兼顧，因而較少采用。兩級(jí)式

23、雖然比單級(jí)式成本高，但其前后級(jí)可以分工合作，控制效果較好。兩級(jí)式并網(wǎng)變換器控制又分為前級(jí)最大功率跟蹤和后級(jí)最大功率跟蹤2種。當(dāng)采用后級(jí)最大功率跟蹤時(shí)，在不同的運(yùn)行階段，前后級(jí)需要改變調(diào)節(jié)速度來(lái)滿足控制要求，增加了整個(gè)系統(tǒng)控制的復(fù)雜程度。采用前級(jí)最大功率跟蹤時(shí)，dc/dc環(huán)節(jié)只需進(jìn)行太陽(yáng)能電池的最大功率跟蹤，利用功率平衡來(lái)維持直流側(cè)電壓。為避免能量堆積，要求dc/ac的調(diào)節(jié)速度比前級(jí)dc/dc快，但其更容易實(shí)現(xiàn)。前級(jí)最大功率跟蹤的控制結(jié)構(gòu)如圖2所示。2.1 最大功率跟蹤電路控制策略光伏電池最大功率跟蹤電路有buck電路、boost電路、buck-boost電路、cuk電路。boost電路（如圖2

24、所示）適合工作于小功率光伏系統(tǒng)。boost變換電路主要由續(xù)流二極管d1、全控開(kāi)關(guān)管t、電感和電容組成。當(dāng)全控開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電感開(kāi)始續(xù)能；當(dāng)全控開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，電感產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)和電源的電壓串聯(lián)加在電容c2上，這使得電容c2上的電壓高于電容c1。通過(guò)改變?nèi)亻_(kāi)關(guān)t的導(dǎo)通頻率和占空比，實(shí)現(xiàn)對(duì)升壓大小的控制。擾動(dòng)觀察法是目前比較常用的最大功率跟蹤（mppt）算法，它通過(guò)定期改變光伏電池電壓大小來(lái)增減功率（見(jiàn)圖1）。當(dāng)運(yùn)行到最大功率點(diǎn)左側(cè)時(shí)，電壓增加，功率增大；當(dāng)運(yùn)行到最大功率點(diǎn)右側(cè)時(shí)，電壓增加，功率減少。電壓定期改變的大小稱為步長(zhǎng)。當(dāng)采用定步長(zhǎng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)最大功率點(diǎn)附近擾動(dòng)較大或者系統(tǒng)進(jìn)入最大功率點(diǎn)附近的工

25、作時(shí)間較長(zhǎng)等問(wèn)題。而采用變步長(zhǎng)則可克服上述問(wèn)題。采用自適應(yīng)占空比擾動(dòng)觀察法，通過(guò)改變mppt模塊中脈寬調(diào)制信號(hào)的占空比來(lái)改變升壓電路的輸入和輸出關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)最大功率的阻抗匹配，克服定步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法的缺點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且容易實(shí)現(xiàn)。2.2 光伏并網(wǎng)變換器控制策略.三相電壓型pwm整流器（voltage source rectifier）采用全控型開(kāi)關(guān)器件，既可以從電網(wǎng)上吸收功率，使系統(tǒng)在整流狀態(tài)工作，也可以向電網(wǎng)輸出功率，使系統(tǒng)在有源逆變狀態(tài)工作。圖2中的整流器數(shù)學(xué)模型在park變換后的表達(dá)式為：=idiqvdc+edeq（5）式中：l為交流側(cè)濾波電感；r為交流側(cè)線路等效阻抗；c為直流側(cè)電容；vdc為直流側(cè)電壓；idc為直流側(cè)負(fù)載電流（工作在整流狀態(tài)時(shí)）；id為解耦后的有功電流；iq為解耦后得無(wú)功電流；為交流側(cè)電壓頻率；sd為解耦后控制有功的開(kāi)關(guān)函數(shù)；sq為解耦后控制無(wú)功的開(kāi)關(guān)函數(shù)。整流器的控制策略分為間接電流控制和直接電流控制。間接電流控制由于沒(méi)有交流側(cè)電流反饋環(huán)節(jié)，所以控制原理簡(jiǎn)單、工作可靠，缺點(diǎn)是交流側(cè)電流的動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較慢及系統(tǒng)參數(shù)變化給網(wǎng)側(cè)電流帶來(lái)的影響比較大。直接電流控制引入了交流電流反