小型光伏并网逆变器的mppt与控制技术研究

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1、小型光伏并网逆变器的MPPT与控制技术研究1绪论1.1课题研究的背景与意义随着经济的快速发展，社会对能源的需求量不断增大。煤、石油、天然气等不可再生能源的储量越来越少，同时，开发和利用这些传统能源会产生一系列环境问题，如酸雨、温室效应、雾霾等。因此，大力开发、利用新能源迫在眉睫[1,2]。欧盟联合研究中心对21世纪世界能源使用结构的预测，如图1.1所示[3]。由图1.1可知，在未来的100多年里，煤、石油、天然气等不可再生能源的占有量先有一定程度的增加，随后逐年降低，到2100年，煤炭在能源结构中的占有量几乎为零。相

2、应的，地热能、太阳热能、光伏以及其它可再生能源所占比例逐年攀升。其中，光伏及太阳热能发电在世界能源使用结构中的增长速度最快、发展势头最为迅猛。太阳能是一种新能源，与常规能源相比具有以下特点：（1）太阳能是储备量最大的能源。据相关资料估计，在过去的11亿年里，太阳消耗了自生能量的百分之二，剩下的能量足以供给人类使用几十亿年，可谓取之不尽用之不竭。（2）太阳能分布范围较大。太阳能可以覆盖全球，因而能够就地开发利用，不存在运输问题。对于交通不便的农村、海岛及其它偏远地区具有更大的利用价值。（3）太阳能是一种清洁能源。在开发

3、利用过程中，不会产生废水、废气、废渣，也没有噪声污染，更不会影响生态平衡[4,5]。........1.2光伏并网逆变器的研究现状及发展前景国外光伏并网逆变器的产品开发已经非常成熟。欧洲是全球光伏市场的先驱，具备完善的光伏产业链，技术水平处于国际领先地位，其中SMA在市场中所占份额最大。国外光伏并网逆变器产品在安全性、拓展性及可靠性方面做的非常好，从小功率到大功率都有完善的技术支持，同时整机工作效率也很高[9]。如今我国光伏并网逆变器研究与生产的公司较少，然而随着国家对新能源产业的大力扶持，未来光伏发电市场前景广阔，

4、为很多光伏产品企业带来了发展机遇。生产公司逐渐增多，但是针对光伏发电所研发的逆变器还是很少，虽然也有部分企业在逆变器行业研究多年，有相关的技术经验和实力，然而和国外相比仍需继续加大投入力度。在技术上，我国生产的逆变器制造工艺、控制策略、系统保护、稳定性等方面与国外相比仍存在很大不足，尤其是大功率逆变器产品。总之，进一步探讨并网逆变器的核心技术，对我国推进光伏发电产业的快速发展起着关键性作用。2012年10月，中国国务院通过了《能源发展十二五规划》，与此同时国务院新闻办发布了《中国的能源政策（2012）》白皮书，同年，

5、国家能源局发布了《可再生能源发展十二五规划》，根据相关国家政策规划，在十二五期间，太阳能等可再生能源的研究、开发和利用成为未来能源政策的重要方面[10]。国家进一步深化电力市场结构改革，从体制机制上为电力供应市场注入更多活力，通过倾向性政策逐步引导市场接纳可再生新能源研发技术[11]。尤其作为电力系统运营主体的公司也将对新能源发电产业给予大力支持，所以，光伏发电具有良好的研究价值。.....2光伏发电并网系统及光伏电池特性分析2.1光伏发电并网系统概述光伏发电并网系统基本组成：光伏组件（太阳能电池板）、光伏逆变器、跟

6、踪控制系统、配电网等，有的还配有储能电池组、充放电控制器、变压器等设备[13]。系统的基本框图如图2.1所示。光伏组件：由若干单体电池板相互串并联，并经过严密封装成为光伏组件，它是整个光伏发电系统的能量，其作用是把太阳能转换成电能。光伏组件的产品质量和成本直接决定整个光伏发电系统的资金投入和使用年限。光伏逆变器：光伏电池输出的是低压直流电能，而在国内的大多数场合都需要220V交流电能。光伏逆变器的作用就是按照特定要求，把低压直流电能转换为符合特定要求的交流电能。同时光伏逆变器还兼具有最大功率点跟踪（MPPT）功能，保

7、障发电组件一直工作在最大功率下，提高整个系统的发电效率。太阳能跟踪控制系统：太阳能跟踪控制系统是使光伏组件时刻正对太阳光，使光伏组件的光电转换效率得以最大化，这是提高系统发电效率的前提。负载：包括电阻性、感性、容性及混合性负载等。光伏并网发电系统中，通常可以不配备储能电池，其发电效率主要取决于光伏电池性能、逆变器的转换效率及MPPT控制性能等。......2.2光伏电池等效模型析光伏电池本质是相当于一个大面积二极管，与二极管的特性相近。由于P型区的空穴比例大，而N型区的电子比例大，在扩散作用下电子和空穴将在PN结势垒

8、区形成内建电场。如果太阳光照射在电池表面，其内部的电子-空穴对就会在吸收能量后各自脱离共价键的束缚，在光伏电池内形成大量处于非平衡状态的电子和空穴，在内建电场的作用下，这些电子和空穴分别移动到P区和N区，使得内部PN结两端产生电势差[17,18]。若在PN结两端接通负载形成闭合回路，则在外部电路中就是产生持续的电流，光伏电池就是按照这样的原理进