隨著綠色能源可再生能源的大規模開發和利用，太陽能憑借其獨特的優點得到了更多的關注。太陽能是當前世界上最清潔、最現實、大規模開發利用最有前景的可再生能源之一。其中太陽能光伏利用受到世界各國的普遍關注，而太陽能光伏並網發電是太陽能光伏利用的主要發展趨勢，必將得到快速的發展。本論文就是在此背景下，對太陽能並網發電係統中最大功率跟蹤控製技術、並網控製策略、孤島效應檢測方法等進行了研究，具有重要的現實意義。太陽能光伏並網發電係統的兩個核心部分是太陽能電池板的最大功率點跟蹤（MPPT）控製和光伏並網逆變控製。本文重點對光伏發電的逆變器最大功率點跟蹤技術、孤島檢測技術以及光伏電站並網控製技術進行了討論，並且預測了光伏發電技術的發展趨勢。

1.光伏並網發電係統的基本介紹

1.1光伏並網發電係統的基本原理

光伏並網逆變器係統是將太陽能光伏陣列發出的直流電轉化為與公共電網電壓同頻同相的交流電，因此該係統是既能滿足本地負載用電又能向公共電網送電。一般情況下，公共電網係統可看作是容量為無窮大的交流電壓源。當太陽能光伏發電並網係統中太陽能光伏陣列的發電量小於本地負載用電量時，本地負載電力不足部分由公共電網輸送供給；當光伏電池陣列的發電量大於本地負載用電量時，太陽能光伏係統將多餘的電能輸送給公共電網，實現並網發電

1.2光伏並網發電係統的組成

太陽能光伏發電並網係統組成如圖所示，該係統一般由太陽能電池光伏陣列、MPPT控製、DC/DC變換器、驅動電路以及控製器組成，其中變換器可將太陽能光伏陣列發出的直流電逆變成正弦交流電並入公共電網。控製器主要控製逆變器並網電流的波形、功率以及光伏電池最大功率點的跟蹤，以便向電網傳送的功率與太陽能光伏電池陣列所發的最大功率電能相匹配。

1.3光伏並網發電係統的控製方式

如果光伏並網逆變器的輸出采用電壓控製，則相當於是電壓源與電壓源並聯運行；如果光伏並網逆變器的輸出采用電流控製，就相當於電流源與電壓源並聯運行。逆變器采用電流控製時，隻需控製逆變器的輸出電流跟蹤電網電壓，控製輸出電流與電網電壓同頻同相，這樣係統的功率因數為1。目前，光伏並網逆變器一般都采用電壓源輸入、電流源輸出的控製方式。

太陽能光伏發電並網係統的逆變器通常采用電流控製模式，這樣整個係統係統實際上就是一個電壓源和電流源並聯的係統。逆變器並網運行的主要控製目標是要保證逆變器輸出電流與公共電網電壓同頻同相，並且還能實時跟蹤電網電壓實現最大功率跟蹤控製。通過采用鎖相控製技術實現太陽能光伏發電並網係統輸出的並網電流與公共電網電壓相位同步，保證係統輸出的功率因數為1。光伏並網逆變器運行時還要控製並網電流的總畸變失真要低，以減小對電網的諧波影響，使並網係統的有功功率輸出達到最大。

1.4光伏並網發電係統的分類

光伏並網發電係統可以按照係統功能分為兩類：一種為不含蓄電池環節的不可調度式光伏並網發電係統；另一種為含有蓄電池組的可調度式光伏並網發電係統。係統結構圖如1．1所示

可調度式光伏並網發電係統增加了儲能環節，係統首先對蓄電池進行充電，然後根據需要將係統用作並網或者經逆變後獨立使用，係統工作時間和並網功率大小可以人為設定。可調度式並網係統雖然在表麵上看來比不可調度式係統功能齊全，但由於增加了儲能環節，帶來了很多嚴重的問題，這是因為：

(1)由於采用蓄電池作為儲能設備，係統必須增加蓄電池的充電裝置，這就增加了成本並且降低了係統的可靠性。

(2)蓄電池組的壽命較短。目前免維修蓄電池在良好環境下的工作壽命通常為5年，而光伏陣列穩定工作的壽命則在25~30年之問，這樣就需要定期更換蓄電池組，又增加了許多係統的投入。

(3)蓄電池組較為笨重，需要占用較大空間，同時要防止泄露出腐蝕性液體，另外報廢的蓄電池組要專門處理，否則會造成汙染。

基於上述原因，目前的光伏並網係統主要以不可調度式係統為主。不可調度式光伏並網發電係統的集成度高，其安裝和調試相對方便，可靠性也高。

2.並網發電係統

根據其所產生的電能能否返送到電力係統，可以分為逆流型，無逆流型，切換型，直、交流型，混合型和地域型等。

（1）直、交流型並網發電係統，該係統就是將光伏並網逆變器發電係統所產生的直流電直接供用電設備使用。該係統有時與電力係統並用，主要目的是為了提高供電的可靠性。

（2）混合並網發電係統當太陽能光伏發電所提供的電力不足(如遇到連續陰雨天氣、冬季日照時間過短等)，需要使用其他能源來補充時，可以將風力發電、燃料電池發電等其他發電係統與光伏發電係統並用，這樣的係統叫做混合並網發電係統，如太陽能光伏、燃料電池並網發電係統和風、光互補型並網發電係統：①太陽能光伏、燃料電池並網發電係統，為綜合利用能源，提高能源的綜合利用率，節約電費，減少環境汙染，有時將燃料電池與太陽能光伏發電係統並網在一起，構成太陽能光伏、燃料電池並網係統；②風、光互補型並網發電係統，當利用光伏發電提供的電力不足時，可以利用風力發電；當風力發電不足時，可以利用光伏發電，這樣的係統稱為風、光互補式並網發電係統。

風光互補係統同時利用太陽能和風能發電，因此對氣象資源的利用更加充分。可實現晝夜發電。在適宜氣象條件下，風光互補係統可提高係統供電的連續性和穩定性。由於通常夜晚無陽光時恰好風力較大，所以互補性好，可以減少係統的太陽能板配置，從而大大降低係統造價，單位容量的係統初投資和發電成本均低於獨立的光伏係統。該係統發電有餘時可向電網係統供電(賣電)；當該係統所發出的電能不足時，可以由電網係統供電(買電)。

（3）逆流型太陽能並網發電係統，當太陽能光伏係統發出的電能充裕時，可將剩餘電能向電網係統供電；當太陽能光伏係統提供的電力不足時，可利用外接電力係統供電。這種係統稱為逆流式並網發電係統。

（4）無逆流型並網發電係統光伏並網逆變器發電係統，即使發電充裕也不向電力係統供電，但當太陽能光伏發電係統供電不足時，可以利用外接電力係統供電。這種係統稱為無逆流式並網發電係統。

（5）切換型並網發電係統，該係統可分為以下兩種：①切換型並網發電係統當多雲、陰雨、日光不足、晚間或蓄電池容量不足時，切換器能自動地換向電力係統一側，由電網直接向負載供電。設計時，若采用大容量的蓄電池，投資費用增大；采用切換器可使用小容量的蓄電池，則成本可以明顯降低。②自運行切換型並網係統當電力係統因多種原因突然停電時，光伏係統可以通過保護裝置自動使電力係統與光伏係統分離。

3.光伏並網係統的核心技術

為了最大限度的利用好太陽能資源，現階段太陽能光伏並網技術的研究方向為最大功率點跟蹤技術，並網逆變器控製技術，孤島檢測技術。

3.1最大功率點跟蹤技術（MPPT）

最大功率點跟蹤技術是通過調整光伏陣列端電壓，使光伏陣列在不同的光照和溫度下實現最大功率輸出，目前常用的MPPT方法主要有恒電壓跟蹤方法，幹擾觀測法和電導增量法

3.1.1恒電壓跟蹤方法

雖然光伏陣列的最大功率點功率隨著光照強度的增強而增大.但最大功率點電壓基本變化不大。因此，隻要通過光伏陣列生產商提供的光伏陣列的特性數據或者通過實際測量就可以得到近似最大功率點電壓U..係統隻需將光伏陣列的輸出電壓固定在U.上.就可以使光伏陣列以近似最大功率輸出。這樣就將最大功率點跟蹤控製簡化成穩壓控製，光伏陣列的工作點比較穩定，實現方法簡單，係統穩定可靠。

但是.這種方法忽略了溫度對光伏陣列工作特性的形響。當溫度上升時，光伏陣列的最大功率點電壓下降，並且變化較大。如果仍然采用固定電壓法控製.光伏陣列的輸出功率將損失較大.無法充分發揮作用，效率下降.因此，在冬夏、早晚等溫度變化較大時.采用固定電壓控製並不合適，此時，可以通過以下方法根據實際情況改變Um：

1)根據冬夏、早晚的實際情況，手工調整Um.由於需要人工維護，費時費力，因此較少采用。

2)將光伏陣列在不同溫度下對應的Um.存儲在係統的存儲器內。根據溫度傳感器測量得到的溫度相應的將光伏陣列輸出電壓固定在此溫度下對應的Um。

3)根據光伏陣列的最大功率點電壓與開路電壓之間存在近似的比例關係這一特性改變Um。

根據以上分析，可知因定電壓法的特點如下:

1)原理簡單，控製方法容易實現.隻需耍將光伏陣列輸出電壓固定在近似最大功率點電壓Um處即可。

2)由於光伏陣列輸出電壓固定在某一特定值，因此係統比較穩定.不易出現振蕩.

3)在外部環境發生變化的情況下控製精度較低.因此適用子外部環境(光照強度、溫度等)變化不大的場合，如太空。

3.2並網逆變器控製技術

光伏並網係統是將太陽能電池板產生的直流電轉化為正弦交流電，從而向電網供電的裝置，它實際上是一個有源逆變係統。光伏並網逆變器控製目標是：控製逆變電路輸出的交流電流為穩定的高質量的正弦波，且與電網電壓同頻、同相。光伏並網係統逆變器按控製方式分類，可以分為電壓源電壓控製、電壓源電流控製、電流源電壓控製和電流源電流控製四種方式。電壓源型逆變器是采用電容作為儲能元件，在直流輸入側並聯大電容用作無功功率緩衝環節，構成逆變器低阻抗的電源內阻特性，即電壓源特性。以電流源為輸入方式的逆變器，其直流側需串聯一個大電感作為無功元件儲存無功功率，構成逆變器高阻抗的電流源特性，提供穩定的直流電流輸入，但是串入大電感往往會導致係統動態響應差，因此，目前世界範圍內大部分光伏並網逆變器均采用以電壓源輸入為主的方式。

並網逆變器中逆變部分控製的關鍵量是矢量圖中的電流，可以通過對輸出電壓的控製完成對I的控製或者直接對I進行控製，完成對交流側電流、功率因數的控製。因此，根據電流控製方法的不同，可以將電流控製方式分為以下兩種控製模式：

1)間接電流控製

它是根據穩態電流向量的給定、PWM基波電壓向量的幅值和相位，分別進行閉環控製，進而通過電壓控製實現對並網電流的控製。該控製策略雖然簡單且不需檢測並網電流，但動態響應慢，存在瞬時直流電流偏移，尤其是瞬態過衝電流幾乎是穩態值的兩倍；從穩態向量關係進行電流控製，其前提條件是電網電壓不發生畸變，而實際上由於電網內阻抗、負載的變化以及各種非線性負載擾動等情況的存在，尤其是在瞬態過程中電網電壓的波形會發生畸變。電網電壓波形的畸變會直接影響著係統控製的效果，因此間接電流控製方法控製電路複雜、信號運算過程中要用到電路參數、對係統參數有一定的依賴性、係統的動態響應速度也比較慢。

2)直接電流控製

通過運算求出交流電流，再引入交流電流反饋，通過對交流電流的直接控製，使其跟蹤指令電流值。對於光伏並網逆變器來說為了獲得與電網電壓同步的給定正弦電流波形，通常用電網電壓信號乘以電流有功給定，產生正弦參考電流波形，然後使其輸出電流跟蹤這一指令電流。具有控製電路相對簡單、對係統參數的依賴性低、係統動態響應速度快等優點。

3.3選型技巧

光伏並網逆變器的選用，首先要考慮具有足夠的額定容量，以滿足最大負荷下設備對電功率的要求。對於以單一設備為負載的逆變器，其額定容量的選取較為簡單。

當用電設備為純阻性負載或功率因數大於0.9時，選取逆變器的額定容量為用電設備容量的1.1～1.15倍即可。同時逆變器還應具有抗容性和感性負載衝擊的能力。

對一般電感性負載，如電機、冰箱、空調、洗衣機、大功率水泵等，在起動時，其瞬時功率可能是其額定功率的5～6倍，此時，逆變器將承受很大的瞬時浪湧。針對此類係統，逆變器的額定容量應留有充分的餘量，以保證負載能可靠起動，高性能的逆變器可做到連續多次滿負荷起動而不損壞功率器件。小型逆變器為了自身安全，有時需采用軟起動或限流起動的方式。

4.光伏電站的組成

光伏並網逆變器光伏發電係統是由太陽能電池方陣，蓄電池組，充放電控製器，逆變器，交流配電櫃，太陽跟蹤控製係統等設備組成。其部分設備的作用是：

4.1電池方陣

在有光照（無論是太陽光，還是其它發光體產生的光照）情況下，電池吸收光能，電池兩端出現異號電荷的積累，即產生“光生電壓”，這就是“光生伏特效應”。在光生伏特效應的作用下，太陽能電池的兩端產生電動勢，將光能轉換成電能，是能量轉換的器件。太陽能電池一般為矽電池，分為單晶矽太陽能電池，多晶矽太陽能電池和非單晶矽太陽能電池三種。

4.2蓄電池組

其作用是貯存太陽能電池方陣受光照時發出的電能並可隨時向負載供電。太陽能電池發電對所用蓄電池組的基本要求是：a.自放電率低；b.使用壽命長；c.深放電能力強；d.充電效率高；e.少維護或免維護；f.工作溫度範圍寬；g.價格低廉。

4.3控製器

是能自動防止蓄電池過充電和過放電的設備。由於蓄電池的循環充放電次數及放電深度是決定蓄電池使用壽命的重要因素，因此能控製蓄電池組過充電或過放電的充放電控製器是必不可少的設備。

4.4逆變器

是將直流電轉換成交流電的設備。由於太陽能電池和蓄電池是直流電源，而負載是交流負載時，逆變器是必不可少的。逆變器按運行方式，可分為獨立運行逆變器和並網逆變器。獨立運行逆變器用於獨立運行的太陽能電池發電係統，為獨立負載供電。光伏並網逆變器用於並網運行的太陽能電池發電係統。逆變器按輸出波型可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器電路簡單，造價低，但諧波分量大，一般用於幾百瓦以下和對諧波要求不高的係統。正弦波逆變器成本高，但可以適用於各種負載。

4.5跟蹤係統

由於相對於某一個固定地點的太陽能光伏發電係統，一年春夏秋冬四季、每天日升日落，太陽的光照角度時時刻刻都在變化，如果太陽能電池板能夠時刻正對太陽，發電效率才會達到最佳狀態。世界上通用的太陽跟蹤控製係統都需要根據安放點的經緯度等信息計算一年中的每一天的不同時刻太陽所在的角度，將一年中每個時刻的太陽位置存儲到PLC、單片機或電腦軟件中，也就是靠計算太陽位置以實現跟蹤。采用的是電腦數據理論，需要地球經緯度地區的的數據和設定，一旦安裝，就不便移動或裝拆，每次移動完就必須重新設定數據和調整各個參數；原理、電路、技術、設備複雜，非專業人士不能夠隨便操作。把加裝了智能太陽跟蹤儀的太陽能發電係統安裝在高速行駛的汽車、火車，以及通訊應急車、特種軍用汽車、軍艦或輪船上，不論係統向何方行駛、如何調頭、拐彎，智能太陽跟蹤儀都能保證設備的要求跟蹤部位正對太陽。
烜芯微專業製造二三極管,MOS管，20年，工廠直銷省20%，1500家電路電器生產企業選用，專業的工程師幫您穩定好每一批產品，如果您有遇到什麽需要幫助解決的,可以點擊右邊的工程師,或者點擊銷售經理給您精準的報價以及產品介紹