高效屋顶光伏发电及其并网系统研究

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1、第33卷第10期可再生能源Vol.33No.102015年10月RenewableEnergyResourcesOct.2015高效屋顶光伏发电及其并网系统研究林盛鑫，张志（东莞理工学院电子工程学院，广东东莞523808）摘要：文章针对屋顶光伏发电及并网设计了DC-DC-AC型双级式的电力变换器，即前级最大功率跟踪电路和后级单位功率因数并网逆变电路，介绍了双级电力变换器的结构与原理，研究了最大功率跟踪与单位功率因数并网问题，提出基于双环MPPT和专家PID控制的系统控制方法，通过仿真和搭建屋顶光伏发电系统实验平台，分别验证了文章方法的有效性和准确性。关键词：光伏屋顶

2、；最大功率跟踪；并网逆变器；专家PID控制中图分类号：TM615文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）10-1470-08DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.10.0070引言辐照量。开发利用太阳能是缓解能源危机和保护环境光伏电池安装支架电网[1]，[2]的重要方式，目前光伏发电效率较低、并网运电能表行难度大。文献[3]阐述了当前主要的MPPT技术，配电箱变流箱包括固定电压（CV）法、扰动观察（PO）法、增量电汇流箱导（IC）法等；文献[4]提出将CV与PO法相结合以家用适用于不同光照条件下的功率跟踪；文献[5]提

3、出储能电池电器将固定电压法与增量电导法相结合的占空比扰动图1屋顶光伏发电系统算法，直接控制直流斩波器开关占空比以达到快Fig.1Proposedphotovoltaicpowergenerationsystemmounted速准确的功率跟踪效果；文献[6]通过动态调整光onbuildingroof伏电池的安装角度以获取最大辐照量，从而提高1双级变换器工作原理发电效率的方法，但实现难度大。文献[7]指出光双级式电力变换器的结构图如图2所示。伏发电的间歇性出力将造成电网的电压波动，无升降压斩波电路单位功率因数逆变电路旋转惯性的特性将使电网的稳定裕度减少，输出D1TdcD

4、2T1T2T3FSLFS2电网1C1LC2ab功率的不确定性将造成电压闪变等问题，而在三dcc光伏电池TTTSW1SW2相逆变控制中，PI控制器虽然引入电压前馈增强456蓄能家用电池负载了系统动态性，但由于其积分功能的缺陷，仍然不[8]能有效减小稳态误差。文献[9]，[10]提出了基于图2双级电力变换器的电路结构d-q轴同步旋转坐标系的含电压前馈的PI级联Fig.2Doubleconversionstructureoftheproposedcircuit比例谐振控制思路，通过PI实现了并网电流的无图中包含光伏电池、DC-DC变换器、DC-AC静态误差跟踪控制，且级联

5、比例谐振实现了对特变换器、蓄能电池、家用负载和配电网等单元。前定谐波分量的有效抑制。级DC-DC电路采用Boost-Buck型，可为蓄能电典型屋顶光伏发电系统如图1所示。池充电，C1，C2为稳压电容，Tdc为开关，Ldc为电抗考虑到日间不同时段太阳光直射角度的变器。单位功率因数逆变器为三相半桥式DC-AC化，系统根据输出功率大小调整光伏电池支架倾电路，T1～T6为开关，L为三相电抗器，FS1，FS2为角，保障PV板在任意时段获得最大的太阳能光保险丝。收稿日期：2015-06-30。基金项目：广东省教育厅高校创新人才项目（2014KQNCX217）。作者简介：林盛鑫（

6、1979-），男，硕士，工程师，研究方向为太阳能发电、智能电子设计和机器视觉。E-mail:linshengxin8@126.com通讯作者：张志（1981-），男，博士，副教授，研究方向为非线性控制在电力电子中的应用。E-mail:zhangz@dgut.edu.cn·1470·林盛鑫，等高效屋顶光伏发电及其并网系统研究光伏电能通过双级变换，优先供应负载，盈余电能可为蓄能电池充电或回馈给电网；光照微弱开始时，蓄电池经过DC-AC变换器优先为负载供电，Pmax=0，P0-max=0当电量低于备用裕量，切换为电网供电，若电池电f外f内量继续降至安全裕量，则需由电网给电

7、池充电；另△P=Pk-Pmax功率检测与计算%△Pk=Pk-i-Pk-max外，夜间停电时，蓄能电池为家用负载全力供电，外环内环各单元的能量流动关系如图3所示。“备用裕量”

8、△P

9、>△P外kI指电池单独给家用负载正常供电n小时的电量，Erorr=&kp+’．△Pk1Ns复“安全裕量”指低于n个小时的临界电量(n<位22控电机MPPT制n)控制器控制器1。家用负载准k+1=准k+△准0Vk+1=Vk+△VSW开通DC-DCDC-DC-AC1开通2SWYPmax