太阳能光伏并网发电系统的分析与研究

zhaohongm

摘要
随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重，开发利用清洁的可再生能源势在必
行。太阳能是当前世界上最清洁、最现实、大规模开发利用最有前景的可再生能源之一。
其中太阳能光伏利用受到世界各国的普遍关注，而太阳能光伏并网发电是太阳能光伏利
用的主要发展趋势，必将得到快速的发展。此外，高性能的数字信号处理芯片（DSP）
的出现，使得一些先进的控制策略应用于光伏并网逆变器成为可能。本论文就是在此背
景下，对太阳能并网发电系统中的核心器件并网逆变器进行了较为深入的研究，具有重
要的现实意义。
太阳能光伏并网发电系统的两个核心部分是太阳能电池板的最大功率点跟踪
（MPPT）控制和光伏并网逆变控制。
首先，本文对太阳能电池的工作原理及工作特性进行介绍，详细分析太阳能电池工
作的等效电路和数学模型。
其次，本文对几种传统的最大功率点跟踪（MPPT）控制算法进行了研究、分析和
比较，提出各自优缺点。基于最大功率跟踪过程的快速性和稳定性，设计采用改进的间
歇扫描法来实现光伏发电系统中太阳能电池的最大功率输出，以提高系统的性能和最大
功率点跟踪速度。
再次，针对既可独立运行又可并网运行的单相光伏逆变器，本文采用有效值外环、
瞬时值内环的控制方法，既保证了逆变器输出的静态误差为零，又保证了逆变器良好的
输出波形。给出了同时满足独立和并网两种运行模式的输出滤波器结构和元件参数的计
算过程，并通过仿真和实验验证了设计的合理性。
随后，详细讨论了并网过程中的软件锁相环技术，对锁相环电路的组成、工作原理
进行了研究，实验结果表明此方法可靠有效，能使逆变器输出电流与电网电压完全同相，
达到功率因数为1的目的。
最后，采用TI公司的TMS320LF2407A作为主控芯片，研制完成1.5kW实验样机，
分别得出了独立运行和并网运行时的实验结果，结果表明，所采用的控制策略和设计的
硬件电路能够满足设计要求，系统可安全、稳定运行。