能源是人类社会生存和发展的动力源泉。当今,各种节能的科学技术正在快速的发展。太阳能的开发利用步伐在这种潮流当中也迅速发展。关于太阳能的开发利用,太阳能的光伏发电利用是其的一个主要组成部分。
太阳能的光伏发电主要利用了太阳能辐射能量,通过太阳能光伏阵列收集辐射能量,进而将辐射能量转换为电能,这些电能通过电能收集装置储存起来或者直接通过逆变器转换为工频电能馈送到电网。本文针对并网运行的单相光伏逆变器,采用有效的最大功率点跟踪(MPPT)外环、瞬时值的比例-谐振(PR)控制算法的电流内环,既保证了并网逆变器输出的正弦波零静态误差,又保证了逆变器的输出正弦波形的质量(THD)。为此,论文主要对系统的电路拓扑结构、控制方法以及并网过程中的正弦波电流和反孤岛保护等技术进行了分析研究。
本文首先针对太阳能的光伏发电现状进行分析,表明现在太阳能光伏发电的关键技术,总结了一些关于单相并网逆变器的基本原理和逆变器发电系统的拓扑结构,并指出太阳能光伏阵列的转换效率是可以充分地提高的,其关键的技术是最大功率点跟踪(MPPT)算法。通过该算法,整套太阳能发电系统的太阳能利用效率会得到相当大的提高。
其次,太阳能逆变器的核心是控制器算法。本文比较各种电流环控制算法而提出采用比例谐振(PR)控制算法的逆变器,它的跟踪曲线比传统的采用PI控制算法的逆变器好。而根据自动控制理论的方法,它的参数整定也是较为容易的,只要遵循几条基本原则即可获得较为理想的控制效果。针对本文的研究对象(正弦波优化问题),比例谐振(PR)控制算法正是非常合适的,该算法与传统的比例积分(PI)算法相比较,PR算法拥有了算法简单且容易调整参数的特点,而且PR算法特别地针对正弦波给定的对象,可以提供一个频率上的较大增益,满足生成正弦波(50Hz)的苛刻需求。因而,本文主要针对比例谐振(PR)算法进行展开,分析算法的特点与参数整定步骤,进而通过MATLAB仿真的措施进行算法验证。
最后,针对正弦波的优化问题,本文进行具体硬件上的因数讨论,如电磁兼容、电路信号检测、逆变器H桥的驱动问题等。通过分析各个区域硬件的组成,比较各种功能相似而硬件组成不同的电路结构,表明本文的硬件结构是为了尽量提高输出电流波形质量而采取的办法,虽然电路结构有简单的也较复杂的,但是从研究出来的实际电流波形看来,电路结构是正确的,合理的。
