户用太阳能光伏发电系统的设计与研究.pdf

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1、第24卷第6期电力学报Vo1．24No．62009年12月JOURNALOFELECTRICPOWERDec．2009文章编号：1005—6548(2009)06—0474—04户用太阳能光伏发电系统的设计与研究薛太林，王长柱，安慧仙(1．山西大学工程学院，太原030013；2．山西电力职业技术学院，太原030024)摘要：光伏发电系统是太阳能利用的发展趋势。简析了户用太阳能光伏发电系统的组成基础上，阐述了对最大功率点跟踪(MPPT)的控制方法，分析了作为系统核心部分的直流变换环节和逆变器的工作原理，给出了直流变换环节的控制方程以及逆变器环节的控制电路组成图，并采用Matlab对系统进行了仿真

2、研究。关键词：光伏发电；最大功率点跟踪；Dc／DC变换器；DC／AC变换器中图分类号：TM615文献标识码：A随着全球经济的迅速发展和人口的不断增加，能源危机已成为世界各国共同面临的课题，太阳能应用正成为全球的热点。1太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电系统的组成如图1所示，其中直流变换器可将光伏电池发出的电能升压变换为适当的直流电压；逆变器完成直流电到正弦交流电压的变换；MPPT＼PWM控制器主要控制光伏电池最大功率点的跟踪及DC／DC变换的直流输出电压控图2采用电压增量的MPPT寻优算法流程图制；SPwM控制器主要控制DC／AC的变换。扰动的方向有利于输出功率的提高，此后继续施加正扰动量

3、，使(Vd*+(AVd。*)一a*；若输出功率增大，而且，此时的Va()V。(忌一1)，说明电压扰动的方向不利于输出功率的提高，此后需要施加负2最大功率点跟踪控制方法扰动量，使(*一(AVd*)一；若输出功率由于太阳能电池的输出电压与输出电流成非线减小，而且，此时的Vd(k)

4、。扰动量，使(。*+△Va*)一*。如此不停的适用于微处理器离散控制的MPPT寻优算法流程观察调整，以使太阳能电池工作在最大功率点附近。如图2所示。该电压增量法的实现原理较为简单，其控制精度也电压增量法是给一个电压扰动值△根据测较电压控制法精确，但是这种方法会使系统总是在出的电压电流值计算出电池的输出功率P(志)，然后电池的最大功率点附近振荡工作，且其扰动的初始将其与上一个测量值P(k一1)进行比较。若输出功值和扰动步长对控制精度和速度有较大的影响。率增大，而且，此时的Va(忌)>Va(最一1)，说明电压收稿日期：2009—04—20作者简介：薛太林(1965一)，男，山西新绛人，副教授，主要

5、研究方向为电力电子技术，(E—mail)xtll965@163．corn第6期薛太林等：户用太阳能光伏发电系统的设计与研究475变桥；D1～D4是对应的反并联二极管；Va为DC／3DC／DC变换器的工作原理及其控制DC环节输出的直流电压或蓄电池两端电压；V。为DC／DC变换器采用升压直流变换电路如图3DC／AC逆变器输出的交流电压；电感L、电容C组所示，其控制电路部分主要完成MPPT控制并监控成低通滤波电路，用于滤除功率器件高频开断引起直流变换环节的输出电压值经过MPPT控的高频谐波；桥式逆变电路可采用两只IR2110半制得到参考电压*与太阳能板实测电压V相桥驱动块组成全桥驱动电路，驱动信号采

6、用正弦脉比较后，其误差电压经PI调节器后输出控制直流电宽调制方式(SPWM)，利用该方式可以获得低失压，与三角载波叠加形成PWM驱动波形，而直流变真、低谐波和高品质的正弦输出电流波形。换环节的输出电压值的检测环节只是在超过其考虑到前面的DC／DC直流变换环节已设有对上限电压设定值⋯时才起作用，主要目的是防止直流输出电压进行稳压控制的作用，对于负荷要求造成过电压损坏逆变电路有关器件。不是很高的单一用户而言，该DC／AC逆变环节只需要采用简单的电压单闭环控制方式，而且SPWM控制波形可以利用简单的RC桥式振荡电路(振荡频率选为50Hz)与三角波发生电路产生的三角载波，经比较器电路而得到。正弦波振荡

7、电路的输出电压频率基本固定为工频50Hz，但其幅值可以微调。。为负载输出电压经半波整流之后的平均值，为给定负载电压半波平均值，二者经比较后得到差值电压，再经PI调节器输出一个控制信号，对正弦振荡电路的图3DC／DC变换原理电路及其控制图输出电压幅值进行微调。通过改变SPWM波该直流变换环节的控制关系式如下：形的调制系数M(正弦电压幅值V与三角载波的KII(d一Vd*)dt+KP(d一Vd*)一Vk