光伏发电系统文献综述.doc

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文献综述

光伏发电系统主要由太阳能电池板和逆变器两部分组成：

太阳能电池板实现将太阳能转化为直流电的功能；逆变器则将太阳能电池板发出的直流电转化为与电网电压同频、同相的交流电。

输出既可以给负载供电，也可以流向电网，实现太阳能并网发电。

主要参考以下几方面的文献。

（1）光伏电池原理及特性

（2）Boost电路的原理和实现

（3）三相逆变器的结构和控制

（4）Matlab仿真

1.光伏电池原理及特性

光伏电池能量转换的基础是半导体PN结的“光生伏打效应”。

“光生伏打效应”是指某些特殊材料吸收了光能之后可以产生电动势的现象，气体、液体和固体中均可产生这种效应，其中尤以半导体的转换效率最高。

当半导体材料吸收光能后，由光子激发出的电子-空穴对经过分离就会产生电动势。

太阳能电池是光电转换的最小单元，太阳能电池单体工作电压为0.45～0.50V，工作电流为20～25mA/,所以太阳能单体电池一般没有实用价值。

将太阳能电池单元进行串、并联后就成为太阳能电池组件，再将太阳能电池组件按要求进行串、并联后形成太阳能电池阵列。

光伏电池特性如下：

（1）在接近开路电压时，它的输出电流变化很大，几乎随着电压的升高而直线下降，这时近似表现为一个恒压源;在其余时间里电流几乎不变，近似为一个恒流源。

（2）它的输出功率有个最大值，一般称为最大功率点，通常在开路电压的80%左右的地方出现。

（3）短路输出电流与光照强度成正比，开路电压与电池温度成反比。

（4）在最大功率点的左侧，输出功率随着电压的升高近似成线性增加，在最大功率点右侧，输出功率随着电压的升高近似成直线下降。

2.Boost电路的原理和实现

为了能够使逆变器的输入电压（即太阳能电池的输出电压）具有宽范围、高效率的特点，系统需要设计Boost升压部分。

Boost电路是一种输出电压大于或等于输入电压的直流变换器。

最大功率点跟踪功能的实现是在DC/DC级。

将该级作为光伏电池的负载，通过改变占空比来改变其与光伏电池输出特性的匹配。

实现太阳能电池的MPPT，其实质为匹配电池和后级变换器的动态负载。

当外界环境变化时，通过不断调整变换器的开关占空比，实现太阳能电池与变换器之间的动态负载匹配，就可以实时获得太阳能电池的最大输出功率。

3.三相逆变器的结构和控制

直流-直流（DC-AC）变换电路，又称为逆变器，能够将直流电转换为交流电。

电压型逆变电路直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动。

由于直流电压源的钳位作用，输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同。

阻感负载时需提供无功功率，为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管

在实际应用中PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛，现在大量应用的逆变电路中都是采用PWM控制。

常用PWM控制有SPWM控制、PWM跟踪控制、SVPWM控制等。

传统的SPWM控制主要着眼于使变压变频器的输出电压尽量接近正弦波，并未顾及输出电流的波形。

而电流滞环跟踪控制则直接控制输出电流，使之在正弦波附近变化，这就比只要求正弦电压前进了一步。

然而交流电动机需要输入三相正弦电流的最终目的是在电动机空间形成圆形旋转磁场，从而产生恒定的电磁转矩。

对准这一目标，把逆变器和交流电动机视为一体，按照跟踪圆形旋转磁场来控制逆变器的工作，其效果应该更好。

这种控制方法称作“磁链跟踪控制”，根据研究表明，磁链的轨迹是交替使用不同的电压空间矢量得到的，所以又称“电压空间矢量PWM（SVPWM，SpaceVectorPWM）控制”。

4.Matlab仿真

Matlab（MatrixLaboratory的缩写），即矩阵实验室，它最初是由美国的CleveMoler博士用FORTRON编写，目的是为了帮助学校的老师和学生更好地授课和学习。

现在的Matlab程序是由美国的MathWorks公司用C语言编写的，自1984年推出商业版以来已经过了二十多年的不断升级。

由于Matlab具有高度的集成性且使用方便，可以快捷地实现设计目标，缩短实验周期；Matlab具有丰富的函数库和工具箱，能够方便的进行图形化输入输出，能够实现不同专业的科学计算；另外，Matlab和其他高级语言也具有良好的接口，可以与其他语言实现混合编程，极大拓宽了Matlab的使用范围和应用领域。

Simulink是仿真和链接两个英文单词的缩写，是Matlab中实现动态系统建模和仿真的集成环境。

Simulink系统各元件模型都用框图来表达，框图间连线则表示了信号流动的方向，可以方便地设定或修改各模块的参数。

系统模型搭建结束后Simulink会自动完成仿真系统初始化过程，建立仿真的数据结构，并计算系统输出。

运行结果可以通过Simulink中示波器模块来观察波形，可以说Simulink提供了友好的图形用户界面。