题目：基于Matlab/ Simulink的三相光伏发电并网系
统的仿真
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一、背景与目的 (3)
二、实验原理 (3)
1.并网逆变器的状态空间及数学模型 (3)
1.1主电路拓扑 (4)
1.2三相并网逆变器dq坐标系下数学模型 (4)
1.3基于电流双环控制的原理分析 (5)
2.LCL型滤波器的原理 (6)
三、实验设计 (8)
1.LCL型滤波器设计 (8)
1.1LCL滤波器参数设计的约束条件 (8)
1.2LCL滤波器参数计算 (8)
1.3LCL滤波器参数设计实例 (9)
2.双闭环控制系统的设计 (10)
2.1网侧电感电流外环控制器的设计 (10)
2.2电容电流内环控制器的设计 (11)
2.3控制器参数计算 (12)
四、实验仿真及分析 (12)
五、实验结论 (16)
一、背景与目的
伴随着传统化石能源的紧缺，石油价格的飞涨以及生态环境的不断恶化，这些问题促使了可再生能源的开发利用。而太阳能光伏发电的诸多优点，使其研究开发、产业化制造技术以及市场开拓已经成为令世界各国，特别是发达国家激烈竞争的主要热点。近年来世界太阳能发电一直保持着快速发展，九十年代后期世界光伏电池市场更是出现供不应求的局面，进一步促进了发展速度。
目前太阳能利用主要有光热利用，光伏利用和光化学利用等三种主要形式，而光伏发电具有以下明显的优点：
1. 无污染：绝对零排放－没有任何物质及声、光、电、磁、机械噪音等“排放”；
2. 可再生：资源无限，可直接输出高质量电能，具有理想的可持续发展属性；
3. 资源的普遍性：基本上不受地域限制，只是地区之间是否丰富之分；
4. 通用性、可存储性：电能可以方便地通过输电线路传输、使用和存储；
5. 分布式电力系统：将提高整个能源系统的安全性和可靠性，特别是从抗御自然灾害和战备的角度看，它更具有明显的意义；
6. 资源、发电、用电同一地域：可望大幅度节省远程输变电设备的投资费用；
7. 灵活、简单化：发电系统可按需要以模块化集成，容量可大可小，扩容方便，保持系统运转仅需要很少的维护，系统为组件，安装快速化，没有磨损、损坏的活动部件；
8. 光伏建筑集成（BIPV-Building Integrated Photovoltaic）：节省发电基地使用的土地面积和费用，是目前国际上研究及发展的前沿，也是相关领域科技界最热门的话题之一。
我国是世界上主要的能源生产和消费大国之一，也是少数几个以煤炭为主要能源的国家之一，提高能源利用效率，调整能源结构，开发新能源和可再生能源是实现我国经济和社会可持续发展在能源方面的重要选择。随着我国能源需求的不断增长，以及化石能源消耗带来的环境污染的压力不断加剧，新能源和可再生能源的开发利用越来越受到国家的重视和社会的关注。
二、实验原理
1.并网逆变器的状态空间及数学模型
1.1主电路拓扑
图1.1所示为三相并网发电系统的拓扑结构，图中，i dc1为直流输入电源,C1为输入直流母线滤波电容 ,T1~T6为三相逆变桥的6个IGBT开关管 ,R1为滤波电感L1的内阻和由每相桥臂上、下管互锁死区所引起的电压损失，R2为滤波电感L2的内阻，L1、L2、C2组成三阶LCL滤波器。
图1.1三相并网发电系统拓扑结构图
1.2三相并网逆变器dq坐标系下数学模型
滤波器状态空间模型的具体形式与所选状态变量有关，为了建立采用LCL滤波器的三相并网逆变器的状态空间数学模型，这里选择L1的电感电流i1、电容c1的电压u c。以及并网电感L2上的电流i2为状态变量 ,在三相平衡的情况下根据PARK变换可得两相同步旋转dq坐标系下的状态方程为:
式中u d 、u q 、u sd 、u sq 为三相桥臂电压与电网电压的dq 分量。根据式（1）所示的LCL 滤波器在dq 坐标系下的数学模型，旋转3/2变换在系统的d 轴和q 轴之间引入了强耦合，d 、q 轴电流除受控制量u d 均和u q 影响外，还受耦合电压ωL 1i 1q 、?ωL 1i 1d 、ωL 2i 1q 、?ωL 2i 2d 和耦合电流ωC 2u cq 、?ωC 2u cd 以及电网电压u sd 、u sq 的影响。如果不对d 轴和q 轴进行解耦控制，采用电流闭环控制时d 轴和q 轴的电流指令跟踪效果不是很理想。
1.3 基于电流双环控制的原理分析
基于并网电流单环PI 控制无法使系统稳定运行 ,采用电感电流i 1作为内环电流反馈的电流双环控制对系统稳定性没有明显的改善，但采用如图1.3.1所示的电容电流i c 作为内环反馈的双环控制，在选择合适的内外环控制器参数情况下完全能够使系统稳定运行。
图1.3.1电感电流外环电容电流内环系统框图
1232k
*
2k 2k 12231(s)(s)(s)(s)(s)i i i 1(s)(s)(s)(s)(s)(s)
=-+++i c c G G G G G G G G G G G （3） 式中1111(s)=
+G L S R ；221(s)=G C S ；c c (s)=G K ；322
1
(s)=
+G L S R ；i i (s)=+p K G K S 。 将图 1.3.1等效变换为图 1.3.2所示的电流双环控制系统等效图,其参考信号为
**
22(K /s)=+r c p i I K K I 。图1.3.2中，反馈通道的反馈信号由电容电流c I 和并网电流2I 及
积分量分别乘以c K 、c p K K 、i p K K 3个常系数的总和形成。如果把电容电流c I 和并网电流
2I 及其积分量看成系统的3个状态变量 ,则图1.3.2是以*
2r
I 为输入量 , 以c K 、c p K K 、i p K K 组成状态反馈增益矩阵的状态反馈控制系统。
可以看出，当改变内环控制参数c K 时 ，也同时改变了电容电流c I 和并网电流2I 及其积分量的反馈通道系数c K 、c p K K 以及i p K K
，
因此导致电流双环控制器无法通过改变i K 、p K 、c K 的数值将系统的闭环极点配置到所希望的位置上 以满足性能指标要求 , 也是下一步采用高阶极点配置的方法设计电流双环控制器参数时需要解决的问题 。
图1.3.2并网逆变器双环控制系统等效框图
2. LCL 型滤波器的原理
LCL 与L 不同，它是三阶模型，如果设计不好会影响系统的稳定性，需要分析LCL 滤波器的整体模型。参数设计过程中，除了要满足网侧电流谐波含量标准外，还要使逆变器侧电流谐波和电容吸收无功功率小。
图2.2.1单相LCL 滤波器拓扑结构
针对单相LCL 频率特性进行分析和研究图2.2.1所示，(),,ri V i a b c =是逆变器侧输出交流电压，(),,si V i a b c =是电网侧电压，1L 和2L 分别为逆变器侧和电网侧的滤波电感，1R 和2R 分别为对应电感的等效电阻，f C 是滤波电容，d R
是电容
L
支路的电阻。相比于L 滤波器，LCL 滤波器多了2L 和f C ，电容支路对高频纹波电流呈现低阻抗通路从而旁路高频电流，电感2L 抑制电流2i i 中的高频纹波。逆变器侧和网侧电阻1R 、2R 相比于感抗1L 、2L 较小，可以忽略。图2.2.1进行拉普拉斯变换得到滤波器的结构框图如2.2.2。图中看出，LCL 滤波器中，逆变器侧电感支路1L 与网侧电感支路2L 和电容支路f C 并联电路串联，求出滤波器的传递函数。
图2.2.2 LCL 滤波器的结构框图
系统的串联阻抗为X ：
（2-1）
逆变器侧电流1i i 为1i ri
i V X =，网侧滤波电感和电容分流关系： （2-2）
由逆变器侧电流1i i 和公式（3-2）带入可以得到网侧电流2i i ：
（2-3）
由上式可以得出从逆变器侧电压ri V 到网侧电流2i i 的传递函数：
（2-4）
在电路滤波器设计的过程中，功率开关元器件的纹波是设计的主要依据。在给定纹波衰减率的条件下，可以由式（2-4）得出两个电感和电容的约束关系。但是满足上述关系的参数可以是多组的并不唯一这给LCL 滤波器的设计增加了
()()2321212121//C 2
21
f f f f L f f f L L s R L R L C s L L s
X sL X L C s R C s ++++=+=
++2211
2
21
1
f
f C f f i i i L C f f f X R C s i i i X X L C s R C s +=
=
+++()()2232212121211f f ri f f ri ri
i f f f f f f f R C s V R C s V V i X L C s R C s L L C s R L R L C s L L s
++=?=
++++++()()()2
321212121f f i ri f f f R C s i G s V L L C s L L R C s L L s
+==
++++
难度，需要分析LCL 滤波器的运行特性，找出电感和电容的约束条件。
三、 实验设计 1. LCL 型滤波器设计 1.1
LCL 滤波器参数设计的约束条件
（1）LCL 滤波器的电容将引起无功功率增加，从而降低功率因数。为了保证系统的高功率因数，一般限制电容吸收的无功功率低于额定功率的5%。 （2）总电感值要小于，即，否则需要较高的直流电压来保证电流的控制性，这将会增大功率开关的损耗。
（3）为了避免开关频率附近的谐波激发LCL 谐振，谐振频率应远离开关频率，一般小于，但不能过小，否则低次谐波电流将通过LCL 滤波器得以放大。一般谐振频率在十倍的基波频率到开关频率的一半之间100.5res sw f f f ≤≤。 （4）需增设阻尼电阻防止谐振，但阻值不能太大，以免带来过多的损耗，从而降低了效率。
1.2 LCL 滤波器参数计算
(1)电感1L 的计算：
1L =
（3-1）
U 为网侧相电压有效值，sip i 为谐波电流峰值，sw f 为开关频率。 (2)总电感值的约束条件：
m L ≤
（3-2）
其中dc U 为直流母线电压，m E 为网侧相电压峰值，m I 为相电流峰值,且
8dc
sip sw
U L i f ≥
（3-3） (3)计算电容C
可先确定谐振频率r f ，sw r f f f 5.010≤≤，再根据公式：
f C 0.1pu 0.1
g L L pu +≤res f 0.5res f
r f =
3-4） 计算得电容C 的值；也可以取电容消耗的无功功率为总功率的5%，利用约束条
件：b C C %5≤，其中b b b z w C 1=，且p E z b 2
=其中E 为网侧线电压有效值，b w 为
基波频率。 (4)电容所串电阻d R
11
32d r
R f π=
（3-5） 有很多的限制条件，满足有功功率和无功的控制要求，总结如下： （1）滤波电容吸收的无功尽量少； （2）逆变器侧电流纹波尽量少；
（3）谐振频率避免与开关频率及其倍数附近重合； （4）提高逆变器电压对电网侧电流控制。
1.3 LCL 滤波器参数设计实例
选定直流母线电压800V ，电网电压380V/50Hz ，总功率100kW,开关频率选定为5kHz,可得输出相电流峰值为10A ，令为逆变器侧滤波电感，为网侧滤波电感，为滤波电容，为单环控制策略中电容所串电阻。
根据前面所述参数计算方法，可得到： 总电感约束值：
且， 又
所以可取总电感为3mH ，取 又由于,且，，可得，取。
可得谐振频率: 1L 2L f C d R mH
f i U L sw
sip dc
62.08≈≥
m H I E U L m m
dc 73.3242
2
≈-≤
ω
10.8
L =
≈b b b z C ω1=p
E z b 2
=b C C %5≤22f C uF ≈20uF Hz C
L L L L f r 101221
212
1=+=
π
12 1.2L L mH
==
满足约束条件: 100.5res sw f f f ≤≤ 进而可得单环控制策略中电容所串电阻:
2. 双闭环控制系统的设计 2.1
网侧电感电流外环控制器的设计
下图是基于LCL 滤波的三相并网逆变器原理图所得系统线性控制模型：
图3.1.1 基于有源阻尼的线性系统控制
计算PI 调节器的参数，根据文献[2]得LCL 滤波器的传递函数：
321212121
()()()d d sCR F s L L Cs R L L Cs L L s +=
++++（3-6）
将逆变器等效为一个小惯性环节: 1T s 1
+
又C L L 21的数值很小，忽略不计，则F(s)化简为：
121
()()F s L L s =
+（3-7）
进而可得被控对象的传递函数：
112()()(1)pwm
K W s L L s Ts =
++（3-8）
且已知PI 调节器的传递函数为：s
s K W pi pi ττ)
1(+=
其中τ=hT
整定为II 型系统后为：
212(1)
()()(1)pwm pi K K s W s L L s Ts ττ+=
++（3-9）
且典型II 型系统的传递函数为：
11
332d r
R f π=
≈Ω
)1()
1()(2++=
Ts s s K s W II τ（3-10）
其中
2221
T h h K +=
，选定h ，滤波器参数1L 、C 和2L 的值，即可计算出K ，然后可
得
pi
K 即p
K ，且
τp
i K K =
，电容所串电阻d R 为：
11
32d r R f π=
（3-11）
以上为理论计算方法，仿真过程中各参数还需要适当调整，才能得到较好的滤波效果和稳定的电压电流波形。
2.2 电容电流内环控制器的设计
由系统线性控制模型可得电容电流内环控制对象传递函数为：
由于的数量级在，忽略不计，控制对象可简化为：
典型I 型系统为：
上述控制对象要整定为I 型系统，可采用PI 调节器：
，
且取为T 和RC 中较大的数，由于，取3,C=20uF ，T 为0.0002S ，
，则取=RC ，整定后的I 型系统为：
，
又,且取KT=0.5时超调较小、动态响应较快，计算可得的)
1)(1(21+++RCs Cs L Ts K pwm
C L 19
10-)
1)(1(++RCs Ts K pwm
)
1(+Ts s K
s
s K p 11)
1(ττ+1τΩ≤5R ΩT RC >1τ)
1()(1+=
Ts s K K s W p
pwm I τ4002
==
dc
pwm U K p K
值，。
2.3 控制器参数计算
根据2.1节，可得整定后的并网电感电流外环传函为：
且典型II 型系统为：
其中，由于开关频率为5KHz ，则T=0.0002s ，又取h=5时，动态响应适中，此时： 可得：， 即： ， 又，
可得：。
根据2.2节，计算得电容电流内环的PI 调节器的参数：
四、 实验仿真及分析
为了验证本文所叙述的LCL 滤波器参数的设计方法及所采用的电流双环控制策略的可靠性，以及系统是否能达到所要求的稳定性，第三章中的系统设计了
仿真，根据上文中计算所得各参数，取滤波电感，滤波
电容，电容所串电阻，并网电感电流外环PI 调节器参数为
,，滤波电容电流内环PI 调节器参数为，。
下图是基于LCL 滤波器的光伏三相并网逆变器双环控制仿真电路：
1
τp
i K K =
)1()()1()(221+++=
Ts s L L s K K s W pi pwm ττ()
21()(1)
II K s W s s Ts τ+=
+22
1
2h K h T
+=
6310K =?12 1.2L L mH ==4002
==
dc
pwm U K 0.2635pi K =0.2635p K =τ
p
i K K =
27.12i K =0.21p K ≈35
i K =Matlab 12 1.2L L mH ==20f C uF =Ω=3d R 0.2635p K =27.12i K =0.21p K ≈35i K =
图4.1基于LCL滤波器的光伏三相并网逆变器双环控制仿真电路
（1）有功功率和无功功率波形
图4.2有功和无功功率波形
由图4.2可知，系统的无功功率为0，有功功率稳定在8000W，小于8000W 是因为存在有功功率损耗。
（2）电网电压波形
图4.3电网电压波形
由于都是三相并网，且电压、频率相同，电压是已确定的，所以仿真所得电压波形如上图所示，仿真中设置A相初相位为0°，B、C两相一次相差120°。（3）逆变器输出电压电流波形
图4.4逆变器输出电压电流波形
由图4.4可知,电压电流同频同相,实现了单位功率因数并网。
（4）并网电流仿真波形
（a）逆变器侧的滤波电感1L上的电流1L i波形
（b）逆变器侧的滤波电感2L上的电流2L i波形
图4.5 基于LCL型滤波器的逆变器并网电流波形
并网电流仿真波形如图4.5所示，上半部分为逆变器侧的滤波电感1L上的电流1L i，下半部分则为网侧电感2L上的电流2L i。从这并网电流仿真波形中我们可以看到，逆变器侧电感电流纹波比网测电感电流纹波粗，这是由于网测电感电流是经过了1L和2L两个电感的滤波而得到的，逆变器侧电感电流只经过了一个电感1L的滤波，这样网测电感电流中的谐波含量就比逆变器侧电感电流的谐波含量低，2L的波形自然就比1L的波形细。同时也验证了LCL型滤波器的滤波效果比单一电感的滤波效果好这一观点。
（5）输出电流波形
图4.6基于有源阻尼控制策略的仿真电流
通过以上波形，可以看出基于LCL滤波器的光伏三相并网逆变器双环控制策略所得到的电流波形平滑，谐波成分更少，滤波效果更好。
同时对仿真波形进行了傅里叶分析，分析如下图
图4.7 基于有源阻尼控制的仿真电流傅里叶分析
通过以上仿真波形可以看出，网侧电流的相位与电网电压非常接近，系统实现了高功率因数并网运行，并且网侧电流THD仅为0.10%，很好地抑制了入网电流的谐波含量，获得了预期的电流输出效果，证明控制策略以及滤波器参数计算均正确可行。
五、实验结论
本文采用了LCL滤波器取代传统的单电感滤波，分析了逆变器的工作原理，以及基于LCL滤波器的三相并网逆变器数学模型。由于引入了LCL滤波器，采用了一种电容电流和网侧电流双闭环的电流控制策略，通过平台下建立相应的仿真模型，进行研究可得到如下结论：
1.三相静止对称坐标系中的逆变器一般数学模型交流侧均为时变交流量，因而不利于控制系统的设计，通过坐标变换将三相对称静止坐标系转换成以电网基波频率同步旋转的坐标系，这样，经坐标旋转变换后，三相对称静止坐标系中
基波正弦变量将转化成同步旋转坐标系中的直流变量，从而简化了控制系统设计。
2.由于引入了LCL滤波器，并网系统采用传统的网侧电流控制方法系统不稳定，加入阻尼电阻后系统能变得稳定，输出电流含有较大的纹波，但同单电感滤波仿真波形相比纹波要小，并且动态性加强。
3.采用电容电流和网侧电流双闭环控制实现了系统的稳定性控制，进行仿真实验，结果证明采用电容电流和网侧电流双闭环的控制策略，输出电流变得更加平滑，纹波明显减少，系统稳定性和动态性进一步加强。
综上所述，在大功率并网系统中，在较低的开关频率下，采用LCL滤波器的并网逆变器可以有效抑制输出电流中的谐波分量，获得较好的正弦电流波形，并网逆变双闭环控制使系统稳定性和动态性进一步加强；有源阻尼策略虽然减少了功率损失，却需要较多的传感器和较复杂的控制方法。实际应用中，应根据要求，选择合适的控制策略，这样才能使电网电流得到充分利用。
太阳能光伏发电系统课程设计家庭并网光伏发电系统的优 化设计 《太阳能光伏发电系统》 课程设计 课题名称: 家庭并网光伏发电系统的优化设计专业班级: 学生姓名: 学生学号: 指导教师: 设计时间: 沈阳工程学院 报告正文 目录 第1章绪 论 ..................................................................... . (3) 1.1 设计背 景 ..................................................................... .. (3) 1.2 设计意 义 ..................................................................... ......................................... 3 第2章朝阳市气象资料及地理情况...................................................................... ............... 4 第3章家用并网型...................................................................... .. (6)
太阳能光伏发电系统的优化设 计 ..................................................................... .. (6) 3.1 设计方 案 ..................................................................... .. (6) 3.2负载的计算...................................................................... . (8) 3.3 太阳能电池板容量及串并联的设计及选 型 (9) 3.4 太阳能电池板的方位角与倾斜角的设 计 (10) 3.5 蓄电池容量及串并联的设计及选型..................................................................... 11 3.6 控制器、逆变器的选 型 ..................................................................... (12) 3.7 电气配置及其设 计 ..................................................................... (13) 3.8 系统配置清 单 .....................................................................
太阳能自动跟踪系统的设计 1引言 开发新能源和可再生资源是全世界面临的共同课题，在新能源中，太阳能发电已成为全球发展最快的技术。太阳能作为一种清洁无污染的能源，开发前景十分广阔。然而由于太阳存在着间隙性，光照强度随着时间不断变化等问题，这对太阳能的收集和利用装置提出了更高的要求(见图1)。目前很多太阳能电池板阵列基本都是固定的，不能充分利用太阳能资源，发电效率低下。据测试，在太阳能电池板阵列中，相同条件下采用自动跟踪系统发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%左右。 所谓太阳能跟踪系统是能让太阳能电池板随时正对太阳，让太阳光的光线随时垂直照射太阳能电池板的动力装置，能显著提高太阳能光伏组件的发电效率。目前市场上所使用的跟踪系统按照驱动装置分为单轴太阳能自动跟踪系统和双轴太阳能自动跟踪系统。所谓单轴是指仅可以水平方向跟踪太阳，在高度上根据地理和季节的变化人为的进行调节固定，这样不仅增加了工作量，而且跟踪精度也不够高。双轴跟踪可以在水平方位和高度两个方向跟踪太阳轨迹，显然双轴跟踪优于单轴跟踪。 图1 太阳能的收集装置现场 从控制手段上系统可分为传感器跟踪和视日运动轨迹跟踪(程序跟踪)。传感器跟踪是利用光电传感器检测太阳光线是否偏离电池板法线，当太阳光线偏离电池板法线时，传感器发出偏差信号，经放大运算后控制执行机构，使跟踪装置从新对准太阳。这种跟踪装置，灵敏度高，但是遇到长时间乌云遮日则会影响运行。视日运动轨迹跟踪，是根据太阳的实际运行轨迹，按照预定的程序调整跟踪装置。这种跟踪方式能够全天候实时跟踪，其精度不是很高，但是符合运行情况，应用较广泛。 从主控单元类型上可以分为PLC控制和单片机控制。单片机控制程序在出厂时由专业人员编写开发，一般设备厂家不易再次进行开发和参数设定。而学习使用PLC比较容易，通过PLC厂家技术人员的培训，设备使用厂家的技术人员可以很方便的学会简单的调试和编写，并且PLC能够提供多种通讯接口，通讯组网也比较方便简单。
绪论 新能源是21世纪世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。随着世界经济的快速发展，对能源需求逐年增长，而地球上以石油和煤为主的矿物资源日渐枯竭，能源已成为制约各国经济发展的瓶颈。同时，随着化石燃料的燃烧，所产生的二氧化碳在大气中的浓度急剧增加，生态环境逐渐恶化，使地球逐渐变暖。随着人类社会的发展，改善生态环境的呼声越来越高，开发利用无污染的新能源，对促进社会文明与进步，发展经济，改善人民生活具有重大的意义。太阳能作为一种清洁、高效和永不衰竭的新能源，在日常生活中受到了各国政府的重视，各国都将太阳能资源利用作为国家可持续发展战略的重要内容。 太阳能并网发电系统通过把太阳能转化为电能，不经过蓄电池储能，直接通过并网逆变器，把电能送上电网。太阳能并网发电代表了太阳能电源的发展方向，是21世纪最具吸引力的能源利用技术。光伏发电技术根据负载的不同分为离网型和并网型两种，早期的光伏发电技术受制于太阳能电池组件成本因素，主要以小功率离网型为主，满足边远地区无电网居民用电问题。随着光伏组件成本的下降，光伏发电的成本不断下降，预计到2013年安装成本可降至1.5美元/Wp，电价成本为6美分/(kWh)，光伏并网已经成为可能。并网型光伏系统逐步成为主流。
目录 第一章基于Matlab软件平台的光伏并网系统仿真实训......................... 错误！未定义书签。 1.1 Matlab软件介绍...................................... 错误！未定义书签。 1.2 光伏并网系统 (8) 第二章光伏并网逆变器电路工作原理 (13) 2.1 逆变器定义 (13) 2.3 逆变器功能作用 (13) 2.3.2 孤岛检测技术 (14) 2.3.3 智能电量管理及系统状况监控系统 (14) 第三章SG3525芯片 (15) 3.1芯片特点 (15) 3.2 管脚功能管脚图 (16) 3.3 结构设计内部结构图 (17) 第四章制图 (18) 4.1 用protel绘制原理图 (18) 4.2 根据原理图生成PCB电路板图 (18) 第五章焊接与调试 (19) 5.1 电路前面板的设计 (19) 5.2 调试结果 (20) 第六章实训结论 (21)
光伏并网发电系统设计 摘要：最大功率点跟踪是光伏并网发电系统中经常遇见的问题。系统设计采用电流型控制芯片UC3845实现最大功率点跟踪（MPPT），由单片机STC12C5408AD产生SPWM信号，实现频率相位跟踪功能、输入欠压保护功能、输出过流保护功能。结果表明，该设计不但电路设计简单，软硬件结合，控制方法灵活，而且能够有效的完成最大功率跟踪的目的。 关键词：STC12C5408AD DC-AC转换电路 MPPT 太阳能作为绿色能源,具有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭等优点,越来越受到人们的关注。光伏电池的输出是一个随光照、温度等因素变化的复杂量，且输出电压和输出电流存在非线性关系。光伏系统的主要缺点是初期投资大、太阳能电池的光电转换效率低。为充分利用太阳能必须控制电池阵列始终工作在最大功率点上，最大功率点跟踪(MPPT, Maximum Power Point Tracker)是太阳能并网发电中的一项重要的关键技术。 1 设计任务 为研究方便设计一光伏并网发电模拟装置，其结构框图如图1所示。用直流稳压电源U S和电阻R S模拟光伏电池，U S=60V，R S=30Ω~36Ω；u REF为模拟电网电压的正弦参考信号，其峰峰值为2V，频率f REF为45Hz~55Hz；T为工频隔离变压器，变比为n2:n1=2:1、n3:n1=1:10，将u F作为输出电流的反馈信号；负载电阻R L=30Ω~36Ω。要求系统具有最大功率点跟踪（MPPT）功能，频率、相位跟踪功能，输入欠压保护和输出过流保护功能。另外要求系统效率高、失真度低。 U R L
图1 并网发电模拟装置框图 2 系统总体方案 光伏并网系统主要由前级的DC-DC变换器和后级的DC-AC逆变器组成。在系统中,DC-DC 变换器采用BOOST结构,主要完成系统的MPPT控制;DC-AC部分采用全桥逆变器,维持中间电压稳定并且将电能转换成110 V/50 Hz交流电。设计采用单片机SPWM调制，驱动功率场效应管，经滤波产生正弦波，驱动隔离变压器，向负载输出功率。系统设计保证并网逆变器输出的正弦电流与电网电压同频同相。系统总体硬件框图如图2所示： 图2 系统总体硬件框图 3 MPPT原理及电路设计 MPPT原理 由于光伏阵列的最大功率点是一个时变量，可以采用搜索算法进行最大功率点跟踪。其搜索算法可分为自寻优和非自寻优两种类别。所谓自寻优算法即不直接检测外界环境因素的变化,而是通过直接测量得到的电信号,判断最大功率点的位置。典型的追踪方法有扰动观测法和增量导纳法等。增量导纳法算法的精确度最高,但是,由于增量导纳法算法复杂,对实现该算法的硬件质量要求较高、运算时间变长，会增加不必要的功率损耗,所以实际工程应用中,通常采用扰动观测法算法]1[。 扰动观测法原理:每隔一定的时间增加或者减少电压,并通过观测其后功率变化的方向,
太阳能光伏发电自动跟踪系统项 目 可行性研究报告 编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司 编制时间：https://www.doczj.com/doc/2a7359160.html, 高级工程师：高建
关于编制太阳能光伏发电自动跟踪系统项 目可行性研究报告编制说明 （模版型） 【立项 批地 融资 招商】 核心提示： 1、本报告为模板形式，客户下载后，可根据报告内容说明，自行修改，补充上自己项目的数据内容，即可完成属于自己，高水准的一份可研报告，从此写报告不在求人。 2、客户可联系我公司，协助编写完成可研报告，可行性研究报告大纲（具体可跟据客户要求进行调整） 编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司 专 业 撰写节能评估报告资金申请报告项目建议书 商业计划书可行性研究报告
目录 第一章总论 (1) 1.1项目概要 (1) 1.1.1项目名称 (1) 1.1.2项目建设单位 (1) 1.1.3项目建设性质 (1) 1.1.4项目建设地点 (1) 1.1.5项目主管部门 (1) 1.1.6项目投资规模 (2) 1.1.7项目建设规模 (2) 1.1.8项目资金来源 (3) 1.1.9项目建设期限 (3) 1.2项目建设单位介绍 (3) 1.3编制依据 (3) 1.4编制原则 (4) 1.5研究范围 (5) 1.6主要经济技术指标 (5) 1.7综合评价 (6) 第二章项目背景及必要性可行性分析 (8) 2.1项目提出背景 (8) 2.2本次建设项目发起缘由 (8) 2.3项目建设必要性分析 (8) 2.3.1促进我国太阳能光伏发电自动跟踪系统产业快速发展的需要 (9) 2.3.2加快当地高新技术产业发展的重要举措 (9) 2.3.3满足我国的工业发展需求的需要 (9) 2.3.4符合现行产业政策及清洁生产要求 (9) 2.3.5提升企业竞争力水平，有助于企业长远战略发展的需要 (10) 2.3.6增加就业带动相关产业链发展的需要 (10) 2.3.7促进项目建设地经济发展进程的的需要 (11) 2.4项目可行性分析 (11) 2.4.1政策可行性 (11) 2.4.2市场可行性 (11) 2.4.3技术可行性 (12) 2.4.4管理可行性 (12) 2.4.5财务可行性 (13) 2.5太阳能光伏发电自动跟踪系统项目发展概况 (13)
一、实验过程记录 1.画出实验接线图 图1 实验接线图 图2 光伏电池板图3 实验接线实物图 2.实验过程记录与分析 （1）给出实验的详细步骤 ○1实验前根据指导书要求完成预习报告 ○2按预习报告设计的实习步骤，利用MATLAB建立光伏数学模型，如下图4所示。
图4 光伏电池模型其中PV Array模块里子模块如下图5所示。 图5 PV Array模型其中Iph，Uoc，Io，Vt子模块如下图6-9所示。 图6Iph子模块
图7Uoc子模块 图8 Io子模块 图9Vt子模块 ○3在光伏电池建模的基础上，输入实际光伏电池参数值，研究不同光照强度下、不同温度下光伏电池的I-V、P-V特性曲线，并得出结论。 ○4设计光伏电池测试平台，在不同光照、温度情况下测试光伏电池输出电压、输出电流值，对实测数据进行处理并加以分析，记录实际光伏电池的I-V、P-V特性曲线，与仿真结果进行对比，得出有意义的结论。 ○5确定电力变换电路拓扑结构，设计电路中的相关参数值，通过MATLAB搭建电路并仿真分析，搭建电路如图10所示。
图10离网型光伏发电系统 ○6确定系统MPPT控制策略，建立MPPT模块仿真模型，并仿真分析。 系统联调，调节离网型光伏发电系统的电路和控制参数值，仿真并分析最大功率跟踪控制效果。 （2）记录实验数据 表1当T=290K时S=1305W/时的测试数据 表2当T=287K时S=1305W/时的测试数据 表3当T=287K时S=1278W/时的测试数据
二、实验结果处理与分析 1.实验数据的整理和选择 使用MATLAB软件其中的simulink工具进行模型的搭建。再对其进行仿真，得到仿真曲线。使用Excel表格输入实验所测得U、I、P，在对其自动生成I-V，P-V曲线。 2.绘制不同光照强度下、不同温度下光伏电池的I-V、P-V特性曲线； 图11 I-V曲线图12 P-V曲线 当T=290K时S=1305W/时的测拟合曲线 图13 I-V曲线图14 P-V曲线 当T=287K时S=1305W/时的拟合曲线
】 南昌航空大学 自学考试毕业论文 【 题目太阳能并网光伏发电系统 专业光伏材料及应用 学生姓名 准考证号 指导教师 . 2012 年 04 月
光伏发电并网控制技术设计 摘要 随着全球经济社会的不断发展，能源消费也相应的持续增长。能源问题已经成为关系到人类生存和发展的首要问题。所以，迫切需要对新的能源进行开发和研究。而太阳能的利用近年来已经逐渐成为新能源领域中开发利用水平高，应用较广泛的能源，尤其在远离电网的偏远地区应用更为广泛。 本文主要对光伏并网发电系统作了分析和研究。论文首先介绍了太阳能发电的意义以及光伏并网发电在国内外的应用现状。其次，对太阳能发电系统的特性和基本原理分别做了具体分析，并对系统各组成部分的功能进行了详细的介绍。接着，对光伏并网中最重要部分——逆变器进行研究。再次，提出光伏并网发电系统的设计方案。最后，对光伏并网发电系统的硬件进行设计。并网光伏发电充分发挥了新能源的优势，可以缓解能源紧张问题，是太阳能规模化发展的必然方向。我国政府高度重视光伏并网发电，并逐步推广＂屋顶计划＂。太阳能并网发电正在由补充能源向替代能源方向迈进。 关键词：能源；太阳能；光伏并网；逆变器
目录 第一章太阳能光伏产业绪论 (1) 光伏发电的意义 (1) 光伏并网发电 (1) 第二章太阳能光伏发电系统 (5) 太阳能光伏发电简介 (5) 太阳能光伏发电系统的类别 (5) 太阳能光伏发电系统的发电方式 (6) 影响太阳能光伏发电的主要因素 (7) 第三章并网太阳能光伏发电系统组成 (10) 并网光伏系统的组成和原理 (10) 光伏电池的分类及主要参数 (12) 光伏控制器性能及技术参数 (14) 光伏逆变器性能及技术参数 (15) 第四章发展与展望 (18) 发展与展望 (18) 全文总结 (19) 参考文献 (20) 致谢 (21)
100kW光伏并网发电系统典型案例解 100kW光伏并网发电系统典型案例解析 1、项目地点分析 本项目采用光伏并网发电系统设计方案，应用类别为村级光伏电站项目。项目安装地为江西，江西位于位于中国的东南部,长江中下游南岸。地处北纬24°29′-30°04′，东经113°34′-118°28′之间。项目所在地坐标为北纬25°8′，东经114°9′。根据查询到的经纬度在NASA上查询当地的峰值日照时间如下： (以下数据来源于美国太空总署
根据项目所在地理位置坐标，项目所在地坐标为项目所在地坐标为北纬25°8′，东经114°9′，光伏组件安装最佳倾角为20°如下图所示： 2.3组件阵列间距及项目安装面积 采用260Wp的组件，组件尺寸为1650*990*35mm，共用400块太阳能电池板， 总功率104kWp。根据下表公式可以计算出组件的前后排阵列间距为2.4m，单 块组件及其间距所占用面积为2.39㎡。
104kWp光伏组件组成的光伏并网发电系统占地面积为2.39*400=956㎡,考虑到安装间隙、周围围墙等可能的占地面积，大约需要1000㎡。 3、光伏支架 本项目为水平地面安装，采用自重式支架安装方式。自重式解决方案适用于平屋顶及地面系统。利用水泥块压住支架底部的铝制托盘，起到固定系统的作用。
自动跟踪太阳能光伏发电系统方案 方案需求 ?光伏发电管理急需精细化，降本增效。 ?传统光伏支架未能最大化利用太阳能，无法跟踪光照。 ?光伏板依靠本地维护人员巡检管理，人工成本高，且存在漏检现象。 方案介绍 宇飞太阳能自主研发的自动跟踪太阳能光伏发电系统，是一种能随着太阳角度变化，按照一定的算法，控制太阳能板转动，增加有效受光面积，从而增加电厂发电量带来更高收益的自动化控制系统，可以理解为“向日葵”。 自动跟踪太阳能光伏发电系统其实是一套负反馈控制系统，工控机采集角度传感器信息后，根据当前角度与目标角度的差异，下发控制指令驱动电机带动推拉杆运动使太阳能板旋转，直至采集回来的当前角度与目标角度吻合。 系统组成 自动跟踪太阳能光伏发电系统由：太阳能跟踪支架，太阳能组件，带监控模块的MPPT控制器，蓄电池，逆变器及连接线缆组成。 太阳能跟踪支架规格参数
1、立柱直径：φ220mm 2、立柱高度：650mm 3、安装容量：最大6块450W 4、光伏板倾角：25度角度固定 5、抗风能力：14级，带细钢丝绳斜拉结构； 6、材料：不锈钢材料 7、旋转精度：1度 8、旋转速率：12分钟旋转半圈 9、旋转角度：220度， 10、提高发电量：天气晴好情况下，冬季提高发电量15%；春秋季提高30%；夏季提高45%；综合全年提高25-35%（不同地区发电量提高有区别） 11、控制器电源：12V由光伏板输出供电（或者提供集中12V 直流供电） 12、控制方式：将光伏板固定好，并将追日控制器接好电源线后，天气晴朗条件下旋转立柱自动带着光伏板跟踪太阳；在天阴时，自动转入时控控制状态，每隔5分钟自动旋转1度； 13、而且每个旋转立柱内部都有同步控制系统，确保每台旋转立柱每次旋转的角度完全一致，光伏板以最强光强功率发电。晚上天黑，自动回东。 14、由多个旋转立柱组成的各种规模的光伏电站，由于旋转立柱的东限位位置全部一致，旋转立柱内置机械同步装置，可以确
光伏并网发电模拟装置 一、任务 设计并制作一个光伏并网发电模拟装置，其结构框图如图1所示。用直流稳压电源U S 和电阻R S 模拟光伏电池，U S =60V ，R S =30Ω~36Ω；u REF 为模拟电网电压的正弦参考信号，其峰峰值为2V ，频率f REF 为45Hz~55Hz ；T 为工频隔离变压器，变比为n 2:n 1=2:1、n 3:n 1=1:10，将u F 作为输出电流的反馈信号；负载电阻R L =30Ω~36Ω。 R L U S 图1 并网发电模拟装置框图 二、要求 1．基本要求 （1）具有最大功率点跟踪（MPPT ）功能：R S 和R L 在给定范围内变化时， 使d S 1 2 U U =，相对偏差的绝对值不大于1%。 （2）具有频率跟踪功能：当f REF 在给定范围内变化时，使u F 的频率f F =f REF ， 相对偏差绝对值不大于1%。 （3）当R S =R L =30Ω时，DC-AC 变换器的效率η≥60%。 （4）当R S =R L =30Ω时，输出电压u o 的失真度THD ≤5%。 （5）具有输入欠压保护功能，动作电压U d （th ）=（25±0.5）V 。 （6）具有输出过流保护功能，动作电流I o （th ）=（1.5±0.2）A 。 2．发挥部分 （1）提高DC-AC 变换器的效率，使η≥80%（R S =R L =30Ω时）。 （2）降低输出电压失真度，使THD ≤1%（R S =R L =30Ω时）。 （3）实现相位跟踪功能：当f REF 在给定范围内变化以及加非阻性负载时，
均能保证u F 与u REF 同相，相位偏差的绝对值≤5°。 （4）过流、欠压故障排除后，装置能自动恢复为正常状态。 （5）其他。 3. 器件要求 （1） 必须使用C2000处理器，推荐选择TMS320F28035, TMS320F28027, TMS320F2808；可使用各实验室已有的C2000开发板 ( 视参赛队情况，TI 可提供F28027开发模块 )； （2） 必须选择TI 生产的运放设计，推荐TLC08x ，TLV246x ； （3） 必须使用C2000内建ADC 进行设计，不得使用外部ADC ； （4） 若需MOSFET 驱动器，尽量使用TI 产品，比如UCC27423，UCC27424 和UCC27425等； （5） TI 将免费提供上述推荐使用的芯片，每参赛队处理器两片，模拟芯 片按板上数量乘以3提供（均为DIP 封装）。对于非推荐使用的芯片，TI 不负责提供。样片提供依据为参赛队提交的不雷同的原理图和PCB 图。 三、说明 1．本题中所有交流量除特别说明外均为有效值。 2．U S 采用实验室可调直流稳压电源，不需自制。 3．控制电路允许另加辅助电源，但应尽量减少路数和损耗。 4．DC-AC 变换器效率o d P P η= ，其中o o1o1P U I =?，d d d P U I =?。 5．基本要求（1）、（2）和发挥部分（3）要求从给定或条件发生变化到电路 达到稳态的时间不大于1s 。 6．装置应能连续安全工作足够长时间，测试期间不能出现过热等故障。 7．制作时应合理设置测试点（参考图1），以方便测试。 8．设计报告正文中应包括系统总体框图、核心电路原理图、主要流程图、 主要的测试结果。完整的电路原理图、PCB 图和所有源程序以电子档附件形式提交，若不愿公开相关资料请提前说明。 9. 测试方法见附件。
光伏发电并网系统Simulink仿真实验 报告电气工程学院 王安20 一．光伏发电系统基本原理与框架图 基本原理为：光伏阵列接受太阳能产生直流电流电压，同时电流电压受光照和温度的影响，而后经DC\DC（BOOST升压电路）转化将电压升高，再经DC\AC逆变产生交流电压供给负载使用。在这中间需要用MPPT使光伏电池始终工作在最大功率点处。 二．光伏电池的工作原理 光伏发电的能量转换器件是太阳能电池，又叫光伏电池。光伏电池发电的原理是光生伏打效应。光伏电池应用P-N结的光伏效应（Photovoltaic Effect）将来自太阳的光能转变为电能。当太阳光照射到太阳能电池上时，电池吸收光能，产生光电子－空穴对。在电池内电场的作用下，光生电子和空穴被分离，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏打效应”。若在内建电场的两侧引出电极并接上负载，则负载就有“光生电流”流过，从而获得功率输出。这样，太阳的光能就变成了可以使用的电能。 三．光伏发电系统并网Simulink仿真 利用MTALAB中的simulink软件包，可以对10KW,380V光伏发电系统进行仿真，建立仿真模型如下： 输入参数如下： Simulink提供的子系统封装功能可以大大增强simulink系统模型框图的可读性封装子模块如下： 光伏电池封装模块： 最大功率点跟踪模块：
PWM模块如下： 并网端PWM内部PI模块： 运行结果如下图所示： 光伏电池输出电压如下： 光伏电池输出电流如下： 光伏电池输出功率波形如下： 并网(220V)成功后输出电流波形： 结果分析:通过对光伏发电的matlab-simulink仿真，得到了与理论曲线基本相同的电压、电流、功率曲线，但仍有不足之处，比如产生了许多谐波。通过这次的仿真实验，让我更加深刻认识了光伏发电的工作原理和过程，对光伏发电过程中可能出现的问题也有了一定的了解。虽然自己现在没办法解决，但随着自己学习的深入，以后会有办法解决的。另外，此次试验是和几个同学一起完成过程中也遇到了很多问题，最后集思广益解决了很多的问题，这让我也明白了合作的重要性。
光伏并网发电系统设 计
光伏并网发电系统设计 摘要：最大功率点跟踪是光伏并网发电系统中经常遇见的问题。系统设计采用电流型控制芯片UC3845实现最大功率点跟踪（MPPT），由单片机STC12C5408AD产生SPWM信号，实现频率相位跟踪功能、输入欠压保护功能、输出过流保护功能。结果表明，该设计不但电路设计简单，软硬件结合，控制方法灵活，而且能够有效的完成最大功率跟踪的目的。 关键词：STC12C5408AD DC-AC转换电路 MPPT 太阳能作为绿色能源,具有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭等优点,越来越受到人们的关注。光伏电池的输出是一个随光照、温度等因素变化的复杂量，且输出电压和输出电流存在非线性关系。光伏系统的主要缺点是初期投资大、太阳能电池的光电转换效率低。为充分利用太阳能必须控制电池阵列始终工作在最大功率点上，最大功率点跟踪(MPPT, Maximum Power Point Tracker)是太阳能并网发电中的一项重要的关键技术。 1 设计任务 为研究方便设计一光伏并网发电模拟装置，其结构框图如图1所示。用直流稳压电源U S和电阻R S模拟光伏电池，U S=60V，R S=30Ω~36Ω；u REF为模拟电网电压的正弦参考信号，其峰峰值为2V，频率f REF为45Hz~55Hz；T为工频隔离变压器，变比为n2:n1=2:1、n3:n1=1:10，将u F作为输出电流的反馈信号；负载电阻R L=30Ω~36Ω。要求系统具有最大功率点跟踪（MPPT）功能，频率、相位跟踪功能，输入欠压保护和输出过流保护功能。另外要求系统效率高、失真度低。
R L U 图1 并网发电模拟装置框图 2 系统总体方案 光伏并网系统主要由前级的DC-DC 变换器和后级的DC-AC 逆变器组成。在系统中,DC-DC 变换器采用BOOST 结构,主要完成系统的MPPT 控制;DC-AC 部分采用全桥逆变器,维持中间电压稳定并且将电能转换成110 V/50 Hz 交流电。设计采用单片机SPWM 调制，驱动功率场效应管，经滤波产生正弦波，驱动隔离变压器，向负载输出功率。系统设计保证并网逆变器输出的正弦电流与电网电压同频同相。系统总体硬件框图如图2所示： 图2 系统总体硬件框图 3 MPPT 原理及电路设计 3.1 MPPT 原理
5kWp光伏太阳能并网发电系统 设 计 方 案 设计人：申小波（Mellon） 单位：个人 电话： 日期： 2013年10月27日
目录 一、光伏太阳能并网发电系统简介 (2) 二、项目地点及气候辐照状况 (2) 三、相关规范和标准 (5) 四、系统结构与组成 (5) 五、设计过程 (6) 1、方案简介 (6) 2、设计依据 (6) 3、组件设计选型 (7) 4、直流防雷汇流箱设计选型 (9) 5、交直流断路器 (11) 6、并网逆变器设计选型 (13) 7、电缆设计选型 (14) 8、方阵支架 (15) 9、配电室设计 (15) 10、接地及防雷 (15) 11、数据采集检测系统 (16) 六、仿真软件模拟设计 (17) 七、接入电网方案 (22)
八、设备配置清单及详细参数 (22) 九、系统建设及施工 (22) 十、系统安装及调试 (23) 十一、运行及维护注意事项 (26) 十二、设计图纸 (28) 十三、工程预算投资分析报告 (32)
5kWp光伏太阳能并网发电系统配置方案 一、光伏太阳能并网发电系统简介 并网系统（Utility Grid Connected）最大的特点：太阳电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网，并网系统中光伏方阵所产生电力除了供给交流负载外，多余的电力反馈给电网。在阴雨天或夜晚，太阳电池组件没有产生电能或者产生的电能不能满足负载需求时就由电网供电。 因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用光伏方阵所发的电力，从而减小了能量的损耗，并降低了系统的成本。但是系统中需要专用的并网逆变器，以保证输出的电力满足电网电力对电压、频率等电性能指标的要求。因为逆变器效率的问题，还是会有部分的能量损失。这种系统通常能够并行使用市电和太阳能太阳电池组件阵列作为本地交流负载的电源，降低了整个系统的负载缺电率，而且并网系统可以对公用电网起到调峰作用。但并网光伏供电系统作为一种分散式发电系统，对传统的集中供电系统的电网会产生一些不良的影响，如谐波污染，孤岛效应等。 二、项目地点及气候辐照状况 图片来自Google地球 1、项目地点为：江苏省泰州市XX区XX镇； 2、纬度：32°22’，经度：120°12’； 3、平均海拔高度：7m；
光伏并网发电模拟装置 摘要：系统基于光伏发电原理，采用正弦波脉宽调制技术（SPWM），以单片机和大规模可编程阵列逻辑器件（FPGA）作为控制核心，实现了模拟的光伏并网发电功能。系统采用增量电导法实现最大功率点跟踪（MPPT）功能，采用频率跟踪法和沿触发补偿跟踪法分别实现了系统的频率跟踪功能和相位跟踪功能。系统对各路输入输出信号进行实时监测和反馈控制，实现了欠压和过流保护，且具有自动恢复功能。系统对强弱电进行了隔离，这样既避免两部分电路的相互影响，保证了弱电部分器件的安全，又达到了控制的效果。主回路DC-AC变换器效率达到80%以上，负载电路输出电压失真度很小，不大于1%。系统人机界面友好，稳定性高，安全可靠，并具有可实时监测并显示变换器效率、频率等功能。 关键字：SPWM MPPT 频率跟踪相位跟踪 一、方案论证 1、方案比较与选择 1）DC-AC主回路拓扑 鉴于此DC-AC逆变器为电压输出，故我们采用电压型逆变电路。 方案一：半桥式。半桥式电路中每只开关管只需承受逆变器输入电压幅值大小的电压应力，电路简单，但其需要正负对称供电才能输出无直流偏置的信号。 方案二：全桥式。两个半桥合并成即为全桥，全桥式电路的输出功率比半桥式大，且效率较半桥式电路高、谐波少，其输出对称性好，供电简单。 综上比较，全桥式电路输出谐波少，则输出端滤波较为容易，在工作频率不是很高的情况下，效率可以达到很高，所以我们选择方案二。 2）SPWM控制波实现方案 方案一:模拟调制法。用硬件电路产生正弦波和三角波，其中正弦波作为调制信号，三角波作为载波，两路信号经模拟比较器比较后输出SPWM波形。 方案二：数字采样法。把正弦波波表及三角波波表存入存储器里，通过DDS 生成相应波形，再通过数字比较器产生所需要的波形。 方案一电路简单，响应速度快，但参数漂移大，集成度低，波形易受外界噪声干扰，设计不灵活，且需要很复杂的硬件来控制逆变器功率器件的死区。但方案二可靠性高，可重复编程，响应快，精度高，控制简单，故选用方案二。 3）MPPT控制方案 方案一：扰动观测法（P&O）。其原理是每隔一定的时间增加或者减少电压，并观测其后的功率变化方向，来决定下一步的控制信号。 方案二：增量电导法（INC）。对光伏电池的电压和电流进行采样，通过比较光伏电池的电导增量和瞬间电导来改变控制信号。 方案二和方案一均是通过扰动逐步使光伏电池逼近最大功率点，但方案二较方案一更具优势，其避免了扰动观测法的盲目性，控制精确，响应速度快，且光伏电池的输出电压能平稳追随环境的变化，稳态振荡小，故选用方案二。 4）同频控制方案 方案一：瞬时比较方式。对反馈信号和参考信号测频并作比较，偏差通过滞环比较产生控制主电路中开关通断的SPWM信号，从而实现频率跟踪功能。
题目：基于Matlab/ Simulink的三相光伏发电并网系 统的仿真 院系： 姓名： 学号： 导师：
目录 一、背景与目的 (3) 二、实验原理 (3) 1.并网逆变器的状态空间及数学模型 (3) 1.1主电路拓扑 (4) 1.2三相并网逆变器dq坐标系下数学模型 (4) 1.3基于电流双环控制的原理分析 (5) 2.LCL型滤波器的原理 (6) 三、实验设计 (8) 1.LCL型滤波器设计 (8) 1.1LCL滤波器参数设计的约束条件 (8) 1.2LCL滤波器参数计算 (8) 1.3LCL滤波器参数设计实例 (9) 2.双闭环控制系统的设计 (10) 2.1网侧电感电流外环控制器的设计 (10) 2.2电容电流内环控制器的设计 (11) 2.3控制器参数计算 (12) 四、实验仿真及分析 (12) 五、实验结论 (16)
一、背景与目的 伴随着传统化石能源的紧缺，石油价格的飞涨以及生态环境的不断恶化，这些问题促使了可再生能源的开发利用。而太阳能光伏发电的诸多优点，使其研究开发、产业化制造技术以及市场开拓已经成为令世界各国，特别是发达国家激烈竞争的主要热点。近年来世界太阳能发电一直保持着快速发展，九十年代后期世界光伏电池市场更是出现供不应求的局面，进一步促进了发展速度。 目前太阳能利用主要有光热利用，光伏利用和光化学利用等三种主要形式，而光伏发电具有以下明显的优点： 1. 无污染：绝对零排放－没有任何物质及声、光、电、磁、机械噪音等“排放”； 2. 可再生：资源无限，可直接输出高质量电能，具有理想的可持续发展属性； 3. 资源的普遍性：基本上不受地域限制，只是地区之间是否丰富之分； 4. 通用性、可存储性：电能可以方便地通过输电线路传输、使用和存储； 5. 分布式电力系统：将提高整个能源系统的安全性和可靠性，特别是从抗御自然灾害和战备的角度看，它更具有明显的意义； 6. 资源、发电、用电同一地域：可望大幅度节省远程输变电设备的投资费用； 7. 灵活、简单化：发电系统可按需要以模块化集成，容量可大可小，扩容方便，保持系统运转仅需要很少的维护，系统为组件，安装快速化，没有磨损、损坏的活动部件； 8. 光伏建筑集成（BIPV-Building Integrated Photovoltaic）：节省发电基地使用的土地面积和费用，是目前国际上研究及发展的前沿，也是相关领域科技界最热门的话题之一。 我国是世界上主要的能源生产和消费大国之一，也是少数几个以煤炭为主要能源的国家之一，提高能源利用效率，调整能源结构，开发新能源和可再生能源是实现我国经济和社会可持续发展在能源方面的重要选择。随着我国能源需求的不断增长，以及化石能源消耗带来的环境污染的压力不断加剧，新能源和可再生能源的开发利用越来越受到国家的重视和社会的关注。 二、实验原理 1.并网逆变器的状态空间及数学模型
并网光伏发电系统设计分析与仿真 1、绪论 在能源形势日益严峻和环境污染问题日益严重的今天，开发利用绿色可再生能源以实现可持续发展是人类必须采取的措施，分布式发电成为世界各国争相发展的热点，其中太阳能无疑是符合可持续发展战略的理想的绿色能源。随着太阳能电池研究进程的加快和转换效率的不断提升，光伏发电成本呈现出快速下降趋势，社会普遍认同光伏发电作为可再生能源的作用与应用前景，开展光伏发电（Photovoltaic（PV））的应用推广也更具有现实意义。同时光伏发电正在由边远农牧区和特殊场合应用向并网发电规模化方向发展，由补充能源向替代能源方向过渡。光伏并网发电已经成为太阳能光伏利用的主要方式之一。开展并网光伏发电的研究，对于缓解能源和环境问题，研究高性能光伏发电系统，合理正确利用太阳能光伏发电，不仅具有理论意义同样也具有重大的现实意义。 光伏发电作为分布式发电的一种，其工作特点是利用并网逆变器将太阳能电池组件产生的直流电转换成符合电网要求的交流电并入公共电网，光伏系统产生的电能除供给交流负载外，将剩余电能反馈给电网。可任意组合光伏系统的容量，分散使用最佳，可作为大电厂、大电网集中式供能的重要补充，也是新一代能源体系的重要组成部分。 2、光伏系统介绍及阵列输出特性分析 光伏发电系统通常由光伏阵列、能量优化控制器、储能组件及逆变器等部分组成。光伏发电系统一般分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统两大类。独立光伏发电系统是指供用户单独使用的光伏发电系统，如在边远地区使用的家用光伏电源等。并网光伏发电系统是指与电网系统相连的光伏发电系统。
2.1独立光伏发电系统 不与电网相连的光伏发电系统称为独立光伏发电系统，如图2-1所示。由于独立光伏发电系统中太阳能是唯一的能量来源，为了保证系统的正常工作，系统中必定存在一个储能环节来储存和调节整个系统的能量。 图2-1 独立光伏发电系统 2.2并网光伏发电系统 并网光伏发电系统如图2-2所示，光伏发电系统直接与电网连接，其中逆变器起很重要的作用，要求具有与电网连接的功能。目前常用的并网光伏发电系统具有两种结构形式，其不同之处在于是否带有蓄电池作为储能环节。带有蓄电池环节的并网光伏发电系统称为可调度式并网光伏发电系统，由于此系统中逆变器配有主开关和重要负载开关，使得系统具有不间断电源的作用，这对于一些重要负荷甚至某些家庭用户来说具有重要意义；此外，该系统还可以充当功率调节器的作用，稳定电网电压、抵消有害的高次谐波分量从而提高电能质量。不带有蓄电池环节的并网光伏发电系统称为不可调度式并网光伏发电系统，在此系统中，并网逆变器将太阳能电池板产生的直流电能转化为和电网电压同频、同相的交流电能。当主电网断电时，系统自动停止向电网供电；当有日照照射、光伏系统所产生的交流电能超过负载所需时，多余的部分将送往电网；夜间当负载所需电能超过光伏系统产生的交流电能时，电网自动向负载补充电能。
1. 引言 日常生活和社会生产都离不开能源。人们通过直接或间接利用某些自然资源得到能，因而，把具有某种形式能量资源以及由它加工或转换得到的产品统称为能源。前者叫自然能源或一次能源，如矿物燃料、植物燃料、太阳能、水能、风能、海洋能、地热能和潮汐能等，后者通常又把可再生的自然资源称为新能源，其围包括太阳能、生物质能、风能、地热能和海洋能等。矿物燃料（煤、石油、天然气等）又称为常规能源。 值得注意，几乎所有的自然资源，从广义的角度看都来自太阳能。由大气、陆地、海洋、生物等所接受的太阳能都是各种自然资源的源泉。矿物燃料是古生物长期沉积在地下形成的，它的形成源自远古的太阳能。[9]水的蒸发和凝结，风、雨、冰、雪等自然现象的动力也是靠太阳，因而水能、风能归根到底都来自太阳能。生物质能是通过光合、光化作用转化太阳辐射能取得的。由于太阳和月球对地球水的吸水作用产生潮汐能。 世界上最丰富的永久能源是太阳能。地球截取的太阳能辐射能通量为1.7ⅹ1014kW,比核能、地热和引力能储量总和还要大5000多倍。其中约30%被反射回宇宙空间；47%转变为热，以长波辐射形式再次返回空间；约23%是水蒸发、凝结的动力，风和波浪的动能，植物通过光合作用吸收的能量不到0.5%。地球每年接受的太阳能总量为1ⅹ1018kW·h。这相当于5ⅹ1014桶原油，是探明原油储量的近千倍，是世界年耗总能量的一万余倍。 太阳的能量是如此巨大，正如通常所说的“取之不尽、用之不竭”，但是太阳辐射能的通量密度较低，大气层外为1353W/m2.太通过大气层时会进一步衰减，还会受到天气、昼夜以及空气污染等因素的影响，因而，太阳能对地球又呈
基于光伏发电的自动跟踪系统的设计方案 跟踪系统设计方案 2.1控制方法的确定 2.1.1该领域现有的控制方法 太阳电池方阵的发电量与入射角有关，光线与太阳电池方阵平面垂直时发电量最大，改变入射角，发电量明显下降。基本原理与结构：由两台电动机和减速机分别构成方位角转动机构和高度角转动机构，光电传感器置放大，与太阳电池板方阵平面垂直安装。随着光线方向的细微改变，传感器失衡，引起系统输出信号产生偏差，当这一输出信号达到一定幅度时，方向开关电路启动，执行机构开始进行纠正，使光电传感器重新达到平衡，即太阳能电池板方阵平面与光线成90度角而停止转动，完成一次调整周期。如此不断调整，时刻沿着太阳的运行轨迹追随太阳，构成一个闭路负反馈系统，实现了跟踪。该系统不需设定基准位置，跟踪器永不迷失方向。系统设有防杂光干扰及夜间停止跟踪电路，并附有手动控制开关，以方便调试[4]。系统结构如图2-1所示。 阴天或太阳被云层遮挡时，光线很弱，发电量极小，跟踪将无意义，系统会自动停止跟踪。即使天边某处透出相对较亮的光线，跟踪器也不会被误导跟踪，实现了防杂光干扰。云散日出时，自动跟踪器即时响应，找到太阳，跟踪到位。傍晚光线消失，已不能发电，传感器会发出信号，夜间停止电路启动，并转回到，转动机构上下终点共设 4个限位开关，以防万一出轨。 图2-1 双轴光伏发电自动跟踪系统结构框图 跟踪器所用传感器有三种：方位和仰角太阳传感器，风力传感器，日光开关。太阳传感器是把聚光电池阵列法线偏离太线的角度信号转变为电信号的装置，它是跟踪系统的重要部件，在很大程度上决定跟踪的精度。太阳传感器测量太阳的方位，如有偏向，通过驱动电机的运转使电池阵列对准太阳。风力传感器采用感应式器件，当风力达到一定强度（如