毕业论文（设计）单相光伏并网发电系统关键技术的研究.pdf

浙江大学硕士学位论文摘要摘要太阳能的大规模开发和有效利用将成为解决当今全球能源短缺和环境污染问题的重 要手段，而光伏并网发电系统作为实现太阳能高效、清洁利用的关键，凭借其高效率、高 可靠性以及优越的控制性能，已经越来越多的受到国内外研究学者的关注。本文在总结、分析国内外光伏并网发电系统研究现状的基础上，通过构建一个单相光伏并网发电系统平 台，对其若干关键技术进行了研究。实现了包括最大功率点跟踪(MP P T)、孤岛检测、单位功率因数输出(Unity P ower Factor)以及高效率、高增益LLC谐振变换器等功能，并 重点对比研究了传统L型输出滤波器和LCL型输出滤波器对抑制并网电流的高次谐波分 量，降低其总谐波失真(Total Har monics Distor tion,THD)的效果。首先，论文对国内外光伏并网发电系统的市场前景以及研究现状进行了总结，并对其 中若干个研究领域进行了简要的分析。其次，论文提出了单相光伏并网发电系统的结构原理图以及系统控制框图，对若干关 键技术进行了详细的研究。其中，通过变步长扰动观察法实现了对模拟光伏电池最大功率 点(MP P)的快速、有效跟踪；采用全桥LLC谐振变换器结构将模拟光伏电池较低的输出 电压升压到较高的直流母线电压，并凭借其自身电路结构特点以及谐振参数、工作点的优 化设计实现了变压器原边主功率管的零电压开通(Zer o-voltage Switching,ZVS)和变压器 副边整流二极管的零电流关断(Zer o-cur r emSwitching,ZCS);采用过电压/欠电压、高频/低频检测的无源孤岛检测技术实现了单相光伏并网发电系统对孤岛现象准确、快速的检 测；通过数字同步鉴相技术，对电网电压的正向过零点进行检测，从而实现了电网电压与 并网电流的同频同相即单位功率因数输出。通过对控制系统进行建模和稳定性分析，论文 重点对比研究了传统L型输出滤波器与LCL型输出滤波器对抑制并网电流高次谐波的效 浙江大学硕士学位论文摘要果。根据系统的伯德图，基于LCL型输出滤波器并网电流单闭环控制系统可以在采用更小 的滤波参数的条件下实现比传统LC滤波器更好的对并网电流高次谐波的衰减，但LCL型输 出滤波器是无阻尼3阶系统，容易发生谐振，故需要在电容支路串联适当的电阻以增加系 统的阻尼，消除系统的振荡，提高系统的稳定性。此外，LCL型输出滤波器还可以采用电 容电流闭环增加系统的阻尼，进而构成并网电流电容电流双闭环控制系统。这样，不但能 够在不引入多余损耗的前提下有效抑制系统振荡，提高系统的稳定性，而且具有更好的抑 制高次谐波的效果，其性能通过Matlab/SIMULINK仿真得到了验证。最后，论文在对上述光伏并网发电系统关键技术研究的基础上，通过该实验平台验证 了最大功率点跟踪（MP P T）、高效率LLC谐振变换器、孤岛检测、数字鉴相以及LCL输 出滤波器等多项关键技术的性能，进而最终验证了单相光伏并网发电系统的可行性。关使词：单相光伏并网发电系统；最大功率点跟踪（MP P T）;孤岛检测；全桥LLC谐振变换器；数字同步鉴相；LCL型输出滤波器浙江大学硕士学位论文AbstractAbstractNowadays,global ener gy shor tage and envir onment pollution could be effectively solved by the lar ge-scale exploitation and efficient utilization of solar ener gy.As the k ey point to achieve high-efficient and clean utilization of solar ener gy,the photovoltaic(P V)gr id-connected gener ation system has been paid mor e and mor e attention to by r esear cher s at home and abr oad by vir tue of its high efficiency,favor able r eliability and excellent contr ol char acter istics.Based on summar ization and analysis about the status q uo of r esear ches on photovoltaic(P V)gr id-connected gener ation system,an exper imental platfor m involving single phase photovoltaic(P V)gr id-connected gener ation system is built and sever al cr ucial techniq ues of it ar e r esear ched.Maximum power point tr ack ing(MP P T),islanding detection,unity power factor output,high-efficient high gain LLC r esonant conver ter and so for th ar e r ealized successfully.The effects of attenuating high fr eq uency har monics of gr id-connected cur r ent and r educing the total har monics distor tion(THD)of that ar e compar ed,emphasized and accomplished between L output filter and LCL output filter.Fir st,the mar k et pr ospect and status q uo of r esear ches on photovoltaic(P V)gr id-connected gener ation system ar e summar ized and at the same time,some r elative fields involving that ar e analyzed br iefly.Then,the str uctur al schematic diagr am and contr ol block diagr am of single phase photovoltaic(P V)gr id-connected gener ation system ar e posed r espectively.Of cour se,sever al cr itical techniq ues about it ar e investigated in details.The r apid and effective tr ack ing of maximum power point(MP P)in photovoltaic(P V)ar r ays can be achieved thr ough per tur bation&obser vation(P&O)algor ithm with var iable size.The lower output voltage fr om photovoltaic(P V)ar r ays will be boosted up to higher voltage level in DC bus for gr id-connected application by lull-br idge LLC r esonant conver ter.With optimized designs of r esonant par ameter s and oper ating point other than r esonant conver ter s char acter istics itself zer o-voltage switching(ZVS)of main power devices in pr imar y side of tr ansfor mer and zer o-cur r ent switching(ZCS)of r ectifier diodes in secondar y side of tr ansfor mer will be obstained.The exact and r apid detection aiming at islanding phenomenon will be r ealized by under-voltage/over-voltage,in浙江大学硕士学位论文Abstracthigh-fr eq uency/low fr eq uency method which is one k ind of passive detection techniq ues.With the help of digital synchr onized phase detection which is to detect positive zer o-cr ossing of gr id voltage,the same fr eq uency and phase between gr id voltage and gr id-connected cur r ent can be ensur ed.That is unity power factor output.Last but not least,system modeling and stability analysis of L output filter and LCL output filter ar e pr esented and accor ding to these,the effectiveness of r estr aining high fr eq uency har monics of gr id-conneceted cur r ent is r esear ched.Compar ed with tr aditional LC output filter,better per for mances in r eduction on values of filter par ameter s and attenuation of high fr eq uency har monics in close-loop contr ol system with gr id-connected cur r ent of LCL output filter ar e demonstr ated thr ough exper iments.However,LCL output filter is a thir d or der system without damping and easy to r esonate.Thus an additional r esistance in ser ies with capacitor is needed to incr ease damping,eliminate r esonance and r aise stability of the system mentioned above.Meanwhile,the damping of contr ol system could also be incr eased thr ough capacitor cunent close-loop.In dual close-loop contr ol system with gr id-connected cur r ent and capacitor cur r ent in LCL ouput filter,not only r estr ained r esonance and incr eased stability could be achieved without any dispensible losses but also lar ger attenuation towar ds high fr eq uency har monics will be r ealized which ar e ver ified by Matlab/SIMULINK.Finally,the pr actical char acter istics and effectiveness of maximum power point tr ack ing(MP P T),high-efficient LLC r esonant conver ter,islanding detection,digital synchr onized phase detection and LCL output filter ar e tested by single phase photovoltaic(P V)gr id-connected gener ation system 灿ich illustr ates the feasibility of it.Keywords:Single phase photovoltaic(P V)gr id-connected gener ation system;maximum power point tr ack ing(MP P T);islanding detection;full-br idge LLC r esonant conver ter;digital synchr onized phase detection;LCL output filterIV目录摘要.IAbstract.Ill1绪论.11.1 课题背景及意义.11.2 国内外光伏发电产业现状.313 光伏并网发电系统.51.3.1 光伏并网发电系统概述.51.3.2 光伏并网发电系统研究现状.61.4 课题研究的主要内容.182单相光伏并网发电系统总体方案及主电路设计.202.1 单相光伏并网发电系统总体方案.202.2 全桥LLC谐振变换器设计.212.2.1 全桥LLC谐振变换器的工作原理.21222全桥LLC谐振变换器参数设计及实现.262.2.3 全桥LLC谐振变换器仿真分析.302.3 DC/AC逆变电路设计.322.4 本章小结.353单相光伏并网发电系统控制技术.373.1 单相光伏并网发电系统总体控制方案.373.2 最大功率点跟踪.383.2.1 最大功率点跟踪原理.38322最大功率点跟踪控制算法及实现.403.3 孤岛检测.423.3.1 过电压/欠电压、高频/低频孤岛检测工作原理和盲区分析.423.3.2 孤岛检测的实现.433.4 数字同步鉴相.：.443.5 本章小结.464单相光伏并网发电系统输出滤波器设计及并网电流控制技术.474.1 传统L型输出滤波器并网电流闭环控制系统设计.474.1.1 L型输出滤波器控制系统框图及数学模型.474.1.2 控制器参数设计与系统性能分析.484.2 LCL型输出滤波器滤波参数设计.504.3 基于LCL输出滤波器的并网电流单闭环控制系统设计.524.3.1基于LCL输出波波器的并网电流单闭环控制系统框图及数学模型.5243.2 控制器参数设计与系统性能分析.544.4 基于LCL输出漉波器的并网电流电容电流双闭环控制系统设计.564.4.1 基于LCL输出漉波器的并网电流电容电流双闭环控制系统框图及数学模型.56442控制器参数设计与系统性能分析.574.5 单相光伏并网发电系统并网电流控制技术仿真分析.604.6 本章小结.635单相光伏并网发电系统实验结果及分析.645.1 整机效果图及性能参数.645.2 实验波形.655.2.1 全桥LLC谐振变换器实验波形.655.2.2 最大功率点跟踪实验数据及波形.665.23数 字同步鉴相实验波形.685.2.4 并网实验波形.685.3 本章小结.“706总结与展望.716.1 全文工作总结.716.2 后续工作展望.72参考文献.73致谢.79作者简历.80浙江大学硕士学位论文绪论1绪论1.1 课题背景及意义能源短缺和环境污染将是21世纪人类面对的最大挑战.据统计，全球一次能源需求 到2030年将比2006年增长50%左右，年平均增长率约为图1给出了国际能源 署（IEA）最近发布的世界能源展望2010）中关于现有能源政策和新能源政策对比研究 发布的全球一次能源的需求统计及预测数据.其中，煤、石油、天然气等传统能源仍将在 一次能源需求增长量中占据大约83%的份额。图1.2显示了当前主要能量来源，在全球现 有的能源体系中的份额。在可以预见的将来，石油仍然是推动全球经济社会发展的主要能 源形势，其在能源体系中所占的份额在32.6%左右；天然气的需求也将持续增长，将担负 起全球1/5的能源供给；煤炭依然是发电的首选能源，大约占到全球能源需求的25.6%.现有能源政策新能源政策16000-石油、天然气、煤等传统化石燃料的大量使用不可避免地对包括人类在内的所有物种 的生存环境带来了严重的威胁。温室效应、全球气候变暖、生态环境的恶化等问题日益凸 浙江大学硕士学位论文绪论显，据不完全统计，全球平均气温每十年将升高0.2C,到2100年全球平均气温将升高 13.5C,而气温每升高23C,全世界将会有11亿至32亿人面临水资源短缺的问题.未 来70年里全球会有2亿到6亿人面临食物短缺,沿海地区会有700万户家庭被洪水淹没.由多国科学家组成的国际研究小组对欧洲、南非、澳大利亚、巴西、墨西哥和哥斯达黎加 六地的1103个物种进行了研究，其中包括植物、哺乳动物、鸟类、爬行动物和昆虫等.研究结果显示：全球气温升高迫使大部分陆地物种向两极和高山地区迁徙，但许多动植物 无法实现这一点.据科学家保守估计，这六个地区的物种到2050年将消失15%至37%,即平均有26%的物种将因为气温升高，无法寻找到适宜的栖息地而灭绝.像哥斯达黎加 的小丑筋毒蛙、墨西哥的囊鼠和欧洲的灰喜鹊等珍稀物种很可能将从地球上消失。而大部 分物种的栖息地也将越来越少叫除此而外，随着经济和社会的发展，这些传统的不可再 生资源将会难以满足日益增长的能源需求.根据目前的能源消耗速度，石油的可开采量是 39.9年，天然气的可开采量为61年，煤炭的可开采量为227年【叫可以预见，如果人类 不采取切实可行的举措来改变现阶段的能源结构和降低单位GDP的能源消耗，世界范围 内的能源短缺和环境污染将成为制约人类社会发展的重大问题。由于人口、资源、环境以及经济、科技等因素的制约，中国的能源问题更加严峻.改 革开放以来，中国在保持经济平稳较快发展的同时，对能源的需求也不断增加。进入21 世纪，中国能源领域正面临总量需求大、液体燃料短缺、单位GDP能耗过大、环境污染 严重、温室气体排放和农村能源消耗增加等五大挑战叫在中国目前的能源结构中，煤炭 仍然是一次能源消费的主体，大约占整个消费结构的6570%.中国煤炭资源中高灰、高硫煤的比重大，陵着开采深度的增加，含硫量还有增加的趋势。目前中国90%以上的煤 炭是作为燃料直接燃烧.2009年全国废气总排放量达423866亿立方米，烟尘排放量为 1724.5万吨，SO2排放量为2036.8万吨，其中因燃煤而引起的SO2、CO、和CO2排放比 重分别为86%、70%和79.5%网.同时，我国煤矿塌陷面积已达40万公顷，阡石累计堆存 所占面积为1.6万公顷.煤炭开采对地表水和地下水也造成较严重破坏，每年排放的矿井 水达22亿立方米，选煤废水4000万吨。在中国某些地区，因采煤而造成的地质灾害和环 境问题已经严重影响了广大人民群众的生产生活.随着中国经济和社会的不断发展，石油 和天然气等传统化石燃料的需求也逐年增加.最新的统计数据表明，2010年中国国内石 油需求已增速恢复到金融危机之前的水平.全年石油消费量增长5%以上，达到4.27亿吨；原油进口增长9.1%,达到2.12亿吨。而天然气消费增长表现更为强劲，国内天然气产量 有望接近1000亿立方米，增速达到14%,进口天然气将突破100亿立方米.根据国际能 2浙江大学硕士学位论文绪论源署的研究报告，到2035年，中国的新增天然气消费量将占到全球天然气消费增长的20%以上山.面对如此巨大的能源需求和日益恶化的生态环境，中国需要着力改变现有的不合 理的能源结构，走出一条优质、高效、低耗与生态环境相协调的可持续发展道路。太阳能因其分布广泛、清洁、安全、可再生成为国际社会公认的替代能源，显示出极 其广阔的发展空间和应用前景。近几年来，太阳能市场保持了高速稳定的增长，预测年增 长率约为16给25%,图L3是ABI公司对近十年太阳能市场和生产能力的预测曲线。从 图中可以看出，乐观估计，2010年的太阳能市场容量为48万千瓦，大约是2003年的9.6 倍；保守估计，2010年的市场容量为25万千瓦，是2003年的5倍叫根据国际权威机 构预测，到21世纪中叶，全球直接利用太阳能的比例将会达到世界能源结构的 13沱15%叫我国太阳能资源丰富，理论储量达每年17000亿吨标准煤.大多数地区年平 均日辐射量大于4千瓦时/平方米，青藏高原地区平均日辐射量更是高达7千瓦时/平方米,太阳能费源开发利用的前景非常广阔.乐观估计增长曲蛆保守估计增长曲战生产能力增K曲绘图1.3近十年太阳能市场和生产能力预测曲线1.2 国内外光伏发电产业现状1839年法国物理学家A.E贝克勒尔(Becq ur el)发现“光生伏打”效应(P hotovoltaic Effect).1954年美国贝尔实验室首次做出光电转换效率为6%的单晶硅光伏电池，从而开 创了光伏发电的新纪元期.在这之后，光伏发电产业得到了迅猛的发展，特别是20世纪 80年代以来，每年以高达30怯40%的速度递增。1973年美国成为全球首个制定光伏发电 发展规划的国家；1974年日本依托其“阳光计划”迅速发展成为世界光伏电池的生产大 国；其他西方发达国家例如德国、英国、西班牙、芬兰等也纷纷制定了各自的光伏发电产 业规划，并投入大量的资金进行技术开发，这些都在很大程度上加速了光伏发电产业的工浙江大学硕士学位论文绪论业化进程.1997年美国在全世界率先发起“百万太阳能屋顶计划”，随后，德国和日本也 相继提出了各自的光伏屋顶计划.进入21世纪，随着世界范围内对能源问题的关注，全 球光伏发电产业更是得到了前所未有的发展.2004年全球光伏电池的产量首次突破100 万千瓦，比2003年增长了 60%【。新型薄膜光伏电池凭借其低廉的成本、成熟的技术、优越的性能将成为未来光伏电池发展的主流，预计2011年全球薄膜光伏电池的产能将达 到7500千瓦.此外，随着电力电子技术、微电子技术和现代控制理论的不断进步，作为 光伏发电产业核心技术的光伏并网逆变器也逐渐朝着高频化、高效率、高功率密度、高可 靠性以及智能化的方向发展。目前，在世界范围内，中等功率的光伏并网逆变器已经实现 了商业化的批量生产，技术相对成熟。未来光伏并网逆变器的发展将主要集中在光伏集成 并网逆变器（小功率微型并网逆变器）和大功率光伏并网逆变器两个方向。2005年8月 通过的2005年美国国家能源政策法明确提出到2020年光伏发电将占美国发电装机增 量的15%,累计安装量达到3600万千瓦冈；欧洲光伏并网逆变器的技术水平在全球处于 领先地位，截止2007年德国光伏企业的销售总额相比于2003年增长了 10倍，达到了 55 亿欧元；2009年德国新安装的光伏发电系统达到150万千瓦，接近全球新安装总量的四 成；最新的调查数据显示，到2010年底全球光伏发电系统的装机容量将达到1420万千瓦，其中德国将占据全球总体市场的一半口叫图1.4显示了 2009年全球新能源发电领域的研 发投入，可以看出，全球光伏发电系统的研发投入大约占到全球新能源发电领域研发投入 的53%。总而言之，从世界范围来看，光伏发电产业已经进入了一个规模化发展的阶段，其应用涵盖了航空航天、工业生产以及日常生活等各个领域，具有重要的研究价值以及广 阔的市场前景.太阳能风能留生物燃料 口生物质能 地热能 海洋能源 小水电图L4 2009年全球新能源发电领域研发投入自1958年开始对光伏电池的生产和应用进行研究以来，中国光伏发电等相关产业的 发展已经取得了长足的进步.80年代中期，我国光伏电池的总生产能力达到4500千瓦，浙江大学硕士学位论文绪论光伏发电产业初步形成；到90年代中后期，我国光伏发电产业已进入稳定发展时期，国 家科委开始将太阳能屋顶系统列入国家科技攻关计划，企业界率先在深圳和北京分别建成 17k W和7k W的光伏发电屋顶系统并成功实现了并网发电叼；2003年10月，国家发改委、科技部制定出未来五年太阳能资源开发计划，先后投入100亿用于光伏发电系统的技术应 用；截止2004年底，中国已在西部7个省区市的632个无电乡建成了容量达2万千瓦的 光伏发电系统间；2008年光伏电池年产量已达200万千瓦，占全球市场的30%;2009年,中国相继提出了太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法、金太阳示范工程等 政策以鼓励光伏发电产业的发展，光伏发电系统的总装机容量达到750万千瓦；在 20092011年期间，中央财政还将综合采取财政补贴和电价优惠等政策，重点支持总规模 不小于50万千瓦的光伏发电系统示范推广应用；近期出台的“十二五”规划初稿更是为 国内光伏发电产业的发展制定了明确的发展目标，即到“十二五”末期，国内光伏发电系 统装机容量将达到500万千瓦口支在今后的十几年中，中国光伏发电的市场将会由独立发 电系统转向并网发电系统，包括沙漠电站和城市屋顶发电系统.到2020年，光伏发电的 总装机容量将达到2000万千瓦，光伏发电总容量达到180万千瓦，到2030年光伏装机容 量将达到1亿千瓦，年发电量可达1300亿千瓦时，相当于少建30多个大型火力电厂.但 总体而言，中国光伏逆变器市场规模较小，国内企业在转换效率、结构工艺、智能化程度 以及稳定性等方面跟国外先进水平还有较大的差距，特别是在大功率应用场合,面对如此 巨大的市场机遇和挑战，中国光伏发电产业的发展任重而道远.13光伏并网发电系统1.11光伏并网发电系统概述光伏电池将太阳能直接转化为电能，并与储能装置、测量控制装置以及能量转换装置 相配套，共同构成光伏并网发电系统.光伏并网发电系统作为推动光伏发电产业发展的核 心技术之一，是实现太阳能清洁、高效利用的重要手段，也是实现太阳能由补充能源向替 代能源过渡的关键.一般来说，光伏并网发电系统可以分为不可调度式光伏并网发电系统 和可调度式光伏并网发电系统两大类.不可调度式光伏并网发电系统由于不含有储能环 节，并网时间以及并网功率的大小完全取决于日照和环境温度等因素；而在可调度式光伏 并网发电系统中，增加的储能环节可以保证系统用于并网或者独立运行，并网时间以及并 网功率的大小也可以根据用户的需要人为设定，从而能够大大提高电网调峰的效果。图5浙江大学硕士学位论文绪论1.5给出了光伏并网发电系统的原理框图。由光伏电池转化而来的直流电能经过升压 DC/DC变换器转化为380V单相全桥逆变器的母线电压或者760V三相半桥逆变器的母线 电压以满足220V并网电压的要求。再经过DC/AC逆变电路将直流母线电压斩波成正负 对称的方波然后通过LC滤波器或者LCL滤波器把正弦交流能量送到电网上去。在某些应 用场合，光伏发电装置的输出直接与DC/AC逆变器相连，从而通过逆变器来实现光伏阵 列输出功率最大化和并网电流与电网电压同频同相.图1.5光伏并网发电系统框图1.3.2光伏并网发电系统研究现状随着全球光伏发电产业的蓬勃发展，光伏并网发电系统也逐渐得到了广泛的应用.为 了实现光伏并网逆变系统在多种不同应用场合的安全、高效、可靠工作，国内外研究学者 对其进行了大量的研究，其中主要的研究方向可以分为以下几个方面：1.光伏电池最大功率点跟踪的研究(MP P T)光伏电池的一个主要缺点是其价格昂贵而发电效率却较低，通常认为光伏电池在安 装封装后，转换效率的极限值为2526%,而目前广泛应用的光伏电池的转换效率只有 21-23%.为了提高整个光伏并网发电系统的效率，首先就需要保证光伏电池在同样光照 强度、同样温度的条件下输出尽可能多的电能，也就是实现光伏电池阵列的最大功率点跟 踪MP P T(Maximum P ower P oint Tr ack ing),目前，国内外学者已经提出了许多种MP P T 控制算法以实现不同环境下对光伏电池最大功率点的快速、有效跟踪。(1)电压回授法(Constant Voltage Tr ack ing)早期光伏电池最大功率点跟踪主要利用电压回授技术皿.根据光伏电池的伏安特性曲 线，在一定的温度不同光照强度条件下的一簇伏安特性曲线的最大功率点近似分布在一条 垂直于横轴的直线(代表电压)的两侧，所以只要保证输出端电压为恒值，就可以保证在 该温度下的光伏电池输出为最大功率.只要把不同温度条件下的输出电压稳定在相应的 值，就可以得到不同温度不同光照条件下的最大功率点.但这种方法对温度变化不敏感，即使通过相关统计数据可以得到不同温度条件下的输出稳压值，但不能够连续调节且对快 速的温度变化难以跟踪。图1.6给出了在相同温度不同光照条件下，光伏电池的伏安特性 6浙江大学硕士学位论文绪论曲线，可以看出其最大功率点a、b、c、d几乎落在同一垂直线的附近，而这一垂直线所 代表的就是光伏电池最大功率点的输出电压.图1.6相同温度不同光照强度条件下，光伏电池的伏安特性曲线(2)扰动观察法(P&0)和爬山法(Hill-climbing)扰动观察法和爬山法是工程实践中应用最广泛的两种基本控制算法U8H2叫它们最主 要的区别就在于扰动观察法是基于光伏电池输出电压的扰动，而爬山法是基于DC/DC功 率变换器占空比的扰动。其基本思想是在原变量上施加一定的扰动，将此时的输出功率与 原输出功率进行比较，进而得出功率变化的方向，如果功率变大，就继续原来的扰动；如 果功率变小，就改变原扰动方向。这两种算法精度更高，响应效率也更高，但同时在最大 功率点附近会产生振荡，特别是在外界温度、光照变化不大的情况下.此外，当外界条件 变化剧烈的情况下，响应速度可能会影响系统的精度和稳定性。(3)电导增量法(Incr emental Conductance,IncCond)根据光伏电池的功率特性曲线可知，在任何温度和光照强度条件下，光伏电池在最大 功率点处均满足助/d=0.从而在p=i的两端对求导，并将i作为的函数可以得到:班/改=，+(力/成)0光伏电池的输出电压在最大功率点所对应电压的右侧e电导增量 法同样需要合理地选择光伏电池电压增量的步长以实现对最大功率点的平稳跟踪，同时这 种控制算法实现起来相对复杂，对检测精度以及控制器的运算速度和精度都提出了更高的 要求126H28.(4)纹波交互作用控制(Ripple Cor r elation Contr ol,RCC)7浙江大学硕士学位论文绪论与人为引入扰动的控制算法不同，纹波交互作用控制充分利用与光伏电池相连的 DC/DC变换器固有的施加于光伏电池输出电压（或者输出电流）即DC/DC变换器输入电 压（或者输入电流）的纹波来实现最大功率点的跟踪。一般来说，光伏电池的输出与DC/DC 变换器的输入之间会并联一个适当的滤波电容，采用光伏电池输出电流作为变量的控制算 法在高频情况下由于电容支路的分流作用不可避免地会引起电流纹波和功率纹波间的相 移，从而导致在某些环境下无法实现对光伏电池最大功率点的跟踪，所以通常采用光伏电 池输出电压作为控制变量来实现纹波交互作用控制.当（功/山）3/山）0时，系统工作 点在最大功率点的左侧；当（寺/由X&/流）0时，系统工作点在最大功率点的右侧；当（dp/dt）（du/di）=0时,系统工作点在最大功率点处。从（，）=-%J（助/d）（d/力力可 以看出，通过控制DC/DC变换器的占空比可以实现光伏电池最大功率点的连续跟踪,该 控制算法在无需考虑光伏电池特性的前提下，完全可以保证不同环境条件下最大功率点的 快速、准确跟踪，且与很多传统方法不同的是，这种跟踪是非对称的；但同时其最大功率 点跟踪的响应在一定程度上要受到DC/DC变换器开关频率以及RCC电路增益的影响.国 外的研究学者对这种控制算法进行了大量的研究，并通过简单的模拟电路验证了其良好的 跟踪效果附书（5）开路电压法（Fr actional Open-cir cuit Vbltage）和短路电流法（Fr actional Shor t-cir cuit Cur r ent）在同一光照强度不同温度条件下，光伏电池最大功率点处的电压与开路电压的比值只 与光伏组件的参数有关，对环境温度变化不敏感，约为0.76（误差2%）,所以只要检测 光伏电池的开路电压按照比例就可以找到其最大功率点网-卬；基于同样的思路，在相同 光照强度不同温度条件下，光伏电池最大功率点处的电流与短路电流的比值也只与光伏组 件的参数有关，对环境温度变化不敏感，约为0.78-0.92,所以通过检测光伏电池的短路 电流可以计算出其最大功率点138H4）开路电压法避免了最大功率点附近的振荡，但需要 不停地测量其开路电压，使其无法持续供电。而短路电流法则需要增加额外的开关来实现 对光伏电池短路电流的检测，增加了系统的复杂性.且在实际工程应用中，这两种方法的 比例系数会因为工作环境、光伏电池设备老化等问题产生一定的偏差，进而影响最大功率 点的跟踪效果.（6）电流扫描法（Cur r ent Sweep）浙江大学硕士学位论文绪论电流扫描法通过一个扫描函数对光伏电池的输出电流进行控制，从而获得其伏安特性 曲线以确定最大功率点处的电压，并且在固定的时间间隔内对其进行更新。其中，选取/(/)=/皿 exp(T/z)为扫描函数，从 dp/dtudf(t)/dt+力)=0 中可以得到 助/di=-工(由“力)=0,用来检查是否系统工作在最大功率点处.该控制算法在计算最大功率点期间，后级DC/DC变换器的控制将会被屏蔽，以避免不正常的工作状态，但同 时也会造成一定的功率损失，所以只适用于MP P T单元的功率消耗小于其所引起的光伏电 池功率增量的应用场合国.(7)DC 链接电容器下落控制(DClink Capacitor Dr oop Contr ol)DC链接电容下落控制是一种基于直流侧功率守恒原则的MP P T控制算法网。在由 光伏电池、DC/DC变换器和逆变器组成的级联系统中，当逆变器的输出功率小于光伏电 池的最大功率时，系统不但能够保持直流侧电压恒定，而且可以通过反馈控制系统实现最 大电流输出，从而实现最大功率点跟踪；但是当逆变器的输出功率大于光伏电池的最大功 率时，系统直流侧电压会出现明显的跌落，因为其不再满足直流侧功率守恒.图L8给出 了 DC链接电容器下落控制算法的典型系统框图，从图中可以看出，一方面逆变器输出线 电流通过反馈控制系统确保直流侧电压的恒定，另一方面通过调整DC/DC变换器的占空 比，保证逆变器输出电流的参考达到其最大值，从而实现最大功率点跟踪。尽管这种控制 算法不需要计算光伏电池的输出功率，但其跟踪性能受到逆变器直流反馈环路响应速度的 影响。E1.8单相光伏并网发电系统DC链接电容器下落控制算法典型系统框图(8)负载电流或负载电压最大值(Load Cur r