中型光伏并網發電系統的設計

王 棟，趙鵬宇

（集寧師范學院物理學院 內蒙古 烏蘭察布 012000）

1 引言

光伏并網發電作為太陽能有效利用的方式之一，在世界范圍內得到了廣泛研究和應用開發。本文對20kW光伏并網發電系統進行了電氣設計和控制方法設計，并通過仿真驗證了設計的合理性和有效性。

2 光伏并網發電系統的電氣設計

2.1 總體結構設計

本文設計的20kW光伏并網發電系統采用雙級式拓撲結構，主要由光伏陣列、DC/DC變換器、DC/AC逆變器、LCL濾波器等構成。

前級的DC/DC變換器采用Boost變換器可以實現直流電壓等級的升高，并且通過調節占空比來調節光伏陣列的工作電壓，從而達到跟蹤光伏陣列最大功率點的目的，后級DC/AC逆變器用來實現并網過程中直流到交流的變換，通過采用矢量控制技術，實現功率解耦控制。兩級之間加入一個直流耦合電容，可以實現前級DC/DC變換器和后級DC/AC逆變器之間控制的解耦。采用LCL濾波器，可以有效提高逆變器的性價比。

2.2 光伏陣列的設計

3 光伏并網發電系統的控制方法

3.1 具有電壓閉環的變步長MPPT控制方法

為了能夠快速和準確的跟蹤到最大功率點，本文采用具有電壓閉環的變步長MPPT控制方法。該控制的基本原理是：光伏陣列的輸出電壓和電流經過MPPT控制算法計算，得出光伏陣列最大功率點電壓，該電壓做為電壓閉環的參考電壓與光伏陣列輸出電壓比較，得到的偏差信號經PI控制器后調節Boost電路的占空比D，達到對最大功率點電壓的跟蹤。經過MPPT控制算法和電壓閉環控制協調工作，就可以實現對光伏陣列最大功率點的跟蹤控制。

3.2 含LCL濾波器的逆變器的功率解耦控制方法

圖3-2所示為含LCL濾波器的后級DC/AC逆變器的控制結構圖。DC/AC逆變器采用電壓外環，電流內環的雙閉環控制方法。直流電壓外環采用帶濾波電容電流比例反饋的控制方法、電流內環采用有功和無功獨立控制。

圖3-2 含LCL濾波器的DC/AC控制結構圖Fig.3-2Controlstructurediagram of DC/AC based on LCL filter

4 仿真分析

4.1 系統總體的仿真模型

本文所設計的20kW光伏并網發電系統的總體仿真模型如圖4-1所示。

4.2 仿真結果及分析

圖4-2 標準光強下的仿真波形Fig.4-2Simulation waveformsof related variables under standard illumination intensity

從圖4-2中，并網電流在0.1s左右穩定并與電網電壓達到同相位，實現了單位功率因數控制。仿真結果表明，所設計的20kW光伏并網發電系統在標準測試工況下，可以快速準確地跟蹤最大功率點并且通過單位功率因數并網逆變控制將輸出的電能送入電網。

圖4-1 20kW雙級式光伏并網系統仿真模型Fig.4-1Simulation modelof 20kW double-stagegrid-connected PV system

5 總結

本文主要對采用雙級式拓撲結構的20kW光伏并網發電系統進行了電氣和控制方法設計。針對前級Boost變換器采用一種具有電壓閉環的變步長MPPT控制方法，來實現對光伏陣列最大功率點的快速跟蹤；對于后級含LCL濾波器的并網逆變器，采用有源阻尼功率解耦控制方法，來達到單位功率因數并網控制的目的；通過仿真驗證本文所設計光伏并網發電系統的正確性。