《基于三相并網(wǎng)逆變器的光伏發(fā)電系統(tǒng)研究10000字》

基于三相并網(wǎng)逆變器的光伏發(fā)電系統(tǒng)研究目錄TOC\o"1-3"\h\u32552摘要 11526緒論 228347一、光伏電池簡(jiǎn)介 230606二、主電路結(jié)構(gòu) 59117三、MPPT與BOOST直流升壓斬波電路α角的調(diào)節(jié) 623565四、SPWM逆變 103157五、諧波問題 12100六、派克變換 128309七、數(shù)據(jù)分析 1320912八、展望 2015139參考文獻(xiàn)： 21摘要近年來(lái)，環(huán)境問題和能源短缺問題日益嚴(yán)重，可持續(xù)發(fā)展觀念逐步受到人們的支持與肯定，在思想觀念的轉(zhuǎn)變和現(xiàn)實(shí)的雙重壓力下，一系列基于可再生能源的發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)方法逐步成為全球各國(guó)重點(diǎn)關(guān)注、研究、發(fā)展的對(duì)象。在這之中，并網(wǎng)逆變器作為太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)與電力傳輸系統(tǒng)的接口得到了人們的廣泛關(guān)注。本文對(duì)常見的并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析，模擬光伏發(fā)電單元的并網(wǎng)過(guò)程，更加深刻的理解太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的過(guò)程。本文具體內(nèi)容如下：選擇設(shè)計(jì)并網(wǎng)逆變器的總體結(jié)構(gòu)。在分析并網(wǎng)逆變器已有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，綜合選用了無(wú)隔離型并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。使用最大功率點(diǎn)追蹤技術(shù)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的直流輸出側(cè)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，盡力使光伏發(fā)電系統(tǒng)始終工作在最大功率點(diǎn)處。這在一定程度上預(yù)示了具體使用到的方法為擾動(dòng)觀察法，對(duì)擾動(dòng)前后的輸出功率進(jìn)行比較而確定直流側(cè)的電壓大小。利用與Boost升壓斬波電路與三相橋式逆變電路的級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)升壓逆變功能，根據(jù)光伏電池不同的輸出電壓確定Boost升壓斬波電路的占空比，利用PID調(diào)節(jié)將Boost電路的輸出值穩(wěn)定在400V左右，滿足逆變條件。逆變過(guò)程中，使用SPWM技術(shù)進(jìn)行電能變換，轉(zhuǎn)換之后利用L型濾波器進(jìn)行濾波，并網(wǎng)。SPWM的調(diào)制波信號(hào)直接來(lái)自電網(wǎng)的電壓信號(hào)，確保電網(wǎng)電壓與逆變電流的功率因數(shù)為1，最大程度轉(zhuǎn)換有功功率。利用dq變換與PID控制增加了系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)電能質(zhì)量。通過(guò)搭建三相并網(wǎng)逆變器對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明通過(guò)三相并網(wǎng)逆變器能夠使光伏發(fā)電單元與電網(wǎng)進(jìn)行較好的連接，這在一定程度上昭示可以做到在對(duì)電網(wǎng)沒有較大干擾的情況下向電網(wǎng)傳輸功率。關(guān)鍵詞：三相并網(wǎng)逆變器、PWM、可再生能源緒論2020年9月22日，在聯(lián)合國(guó)大會(huì)上，中國(guó)就碳排放問題做出了雙碳承諾。中國(guó)作為碳排放的大國(guó)，主動(dòng)在碳排放問題上做出承諾，體現(xiàn)出的是大國(guó)擔(dān)當(dāng)、大國(guó)責(zé)任、可持續(xù)發(fā)展理念。但在承諾的背后，是不可忽視的能源安全與環(huán)境污染問題。能源作為發(fā)展之基，具有不可再生的特點(diǎn)，過(guò)度的能源使用又造成污染問題。尋找能源的替代品成為當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的問題之一（李曉東，張文博，王俊宇,2022)。在目前所知的所有可再生能源中，太陽(yáng)能因具有一些獨(dú)特的特性如高效、穩(wěn)定、利用形式靈活多變等特點(diǎn)被廣泛使用。一定意義上展現(xiàn)了我國(guó)版圖遼闊，太陽(yáng)能資源的總量極為充沛，光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的過(guò)程中有著不可忽視的作用，但太陽(yáng)能并不能直接使用。眾所周知，光伏發(fā)電主要受到溫度、光照等自然條件的影響，且在不同的地區(qū)、時(shí)間能量分布差異較大，這在某種程度上驗(yàn)證了使輸出的有功功率產(chǎn)生波動(dòng)(劉思韻，陳晨曦，周子和,2023)。如何保證光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生高質(zhì)量，高穩(wěn)定性的電能成為重點(diǎn)問題，光伏逆變器在這一過(guò)程中發(fā)揮了不可忽視的作用。利用光伏逆變器可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為廣泛使用的電能，將極大的助力“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。光伏電池簡(jiǎn)介圖1：光伏電池等效電路模型圖根據(jù)基爾霍夫電路定律可以得出：I=據(jù)基爾霍夫電壓定律可得出：I其I?U輸出公式為：I=這在一定程度上預(yù)兆了各物理量的物理意義如下表：表1：各物理量含義I輸出電流R并聯(lián)電阻I飽和電流I光生電流K玻爾茲曼常數(shù)，取k=1.380649×10-23

J/KR光伏電池負(fù)載的串聯(lián)電阻T光伏電池在所處環(huán)境條件下的電池溫度A并聯(lián)二極管的特性因子根據(jù)上述模型與得出的公式，取可變變量為溫度與光強(qiáng)，使用控制變量法，即在一個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)中只設(shè)立一個(gè)變量，從中可以表明對(duì)光伏電池進(jìn)行仿真，從而可以得出光伏電池在以下兩種不同情況工作時(shí)的特性曲線(張志華，李天佑，王怡萱,2021)。1.不同溫度相同光強(qiáng)下2.相同溫度不同光強(qiáng)下具體情形如下圖所示。圖2：光照強(qiáng)度為1200W/M2,溫度分別為25℃，45℃時(shí)光伏電池的輸出特性圖3：溫度為25℃，光照強(qiáng)度分別為500W/M2，1000W/M2,1500W/M2時(shí)光伏電池的輸出特性從圖中可以得出如下結(jié)論：光伏電池的P--V特性曲線表現(xiàn)為因變量與自變量有強(qiáng)烈的非線性關(guān)系，如果將光伏電池的輸出電壓設(shè)置為自變量，這無(wú)疑暴露出將光伏電池的輸出功率設(shè)置為因變量，其非線性關(guān)系具體體現(xiàn)為隨自變量輸出電壓的升高，輸出功率先緩慢增加后急劇減小的特點(diǎn)(周逸和，劉思琪，張博文,2021)；對(duì)于這一結(jié)果與葛飛合教授的研究結(jié)果一致，無(wú)論是在設(shè)計(jì)過(guò)程還是最終的分析結(jié)果上面，首先在設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用了系統(tǒng)化的研究方法，確保了從概念形成到方案實(shí)施的每一步驟都能有據(jù)可依。本研究同樣重視理論框架的構(gòu)建，這不僅為具體的設(shè)計(jì)決策提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，還促進(jìn)了對(duì)相關(guān)變量之間復(fù)雜關(guān)系的理解。此外，在設(shè)計(jì)階段本文強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科的合作，通過(guò)整合不同領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)提高了設(shè)計(jì)方案的全面性和創(chuàng)新性，這種做法使得研究團(tuán)隊(duì)能夠及時(shí)響應(yīng)新出現(xiàn)的問題，并根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整研究路徑。通過(guò)觀察光伏電池的P--V特性曲線可以發(fā)現(xiàn)，存在唯一一個(gè)輸出電壓值對(duì)應(yīng)當(dāng)前所處環(huán)境條件下的最大輸出功率，從這些趨勢(shì)中看出在一定條件下，當(dāng)輸出電壓u>U時(shí)，光伏電池的輸出功率將隨輸出電壓值的增大而快速下降，甚至?xí)谀骋稽c(diǎn)處下降為零(王紫萱，陳雪婷，李俊杰,2022)。當(dāng)光照強(qiáng)度與電池輸出電壓不變時(shí)，光伏電池所處環(huán)境的溫度增加，電池輸出功率增大。當(dāng)環(huán)境溫度與輸出電壓不變時(shí)，所處環(huán)境的光照強(qiáng)度增大，輸出功率增大。二、主電路結(jié)構(gòu)逆變器的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為三種類型。無(wú)隔離型體積、損耗較小，但可能存在直流分量；工頻隔離型可以阻隔直流分量，但體積大、成本高；高頻隔離型電力電子器件的開關(guān)損耗大，但體積小、可以阻隔直流分量(李博然，趙思源，王瑾萱,2020)。從這些活動(dòng)中看出綜合以上三種電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與本文的目的，本文選用無(wú)隔離型的電路結(jié)構(gòu)。由于逆變電路的特點(diǎn)，要求直流電壓略大于交流電壓。與此同時(shí)，仍然希望光伏電池在工作的過(guò)程中能夠使其輸出功率保持當(dāng)前環(huán)境條件下的最大值，光伏電池的輸出電壓并不能滿足要求，綜合兩者的特點(diǎn)要求，這在一定程度上預(yù)示了應(yīng)在光伏電池與逆變電路中間加入可以使光伏電池輸出的直流電壓抬升的電路結(jié)構(gòu)，即Boost直流升壓斬波電路(劉凱琳，張宇航，周文博,2019)。圖4：光伏并網(wǎng)逆變器主電路結(jié)構(gòu)圖逆變電路將采用SPWM逆變技術(shù)。三、MPPT與BOOST直流升壓斬波電路α角的調(diào)節(jié)通過(guò)圖1，圖2可知，將光伏電池的輸出功率設(shè)為因變量，自變量有兩個(gè)，分別時(shí)其本身所處環(huán)境的溫度、光照強(qiáng)度(王天澤，趙子萱，陳宇和,2023)。這在一定程度上昭示我們要求光伏電池在任何環(huán)境下都能有此環(huán)境下可以達(dá)到的最大的功率輸出，就需要不斷的根據(jù)光伏電池自變量的不同取調(diào)整我們可以控制的物理量，即輸出電壓。使光伏電池能夠始終工作在當(dāng)前自變量條件下最大輸出功率點(diǎn)處的技術(shù)即為最大功率點(diǎn)追蹤技術(shù)(李星宇，周佳怡，張曉馮,2022)。為保障研究結(jié)果的可靠性和可信度，本文首先通過(guò)廣泛搜集和審閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的經(jīng)典與前沿文獻(xiàn)構(gòu)建了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的研究背景框架。這不僅幫助本文明確了研究問題的獨(dú)特貢獻(xiàn)點(diǎn)，也確保了本文的研究建立在充分理解現(xiàn)有知識(shí)的基礎(chǔ)上，本文精心挑選了多種來(lái)源的第一手和第二手資料包括但不限于類似文獻(xiàn)、官方報(bào)告等。這些資料的選擇基于其權(quán)威性、時(shí)效性和代表性，以確保能夠從多個(gè)角度全面地反映研究主題發(fā)展的真實(shí)情況。擾動(dòng)觀察法將作為本文實(shí)現(xiàn)最大功率追蹤的具體方法進(jìn)行分析。由圖1、圖2可知，利用光伏電池的功率電壓輸出特性曲線的斜率特點(diǎn)可以較為容易的找到最大值點(diǎn)而不是陷入到某一個(gè)極值點(diǎn)中(劉思遠(yuǎn)，王文靜，陳嘉瑞,2022)。擾動(dòng)觀察法的基本控制原理是：按照給定的采樣時(shí)間差，對(duì)光伏電池的輸出物理量進(jìn)行采樣，一定意義上展現(xiàn)了通過(guò)這一時(shí)刻的采樣結(jié)果計(jì)算得出此時(shí)刻的輸出功率，并與上一時(shí)刻得出的輸出功率進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整輸出電壓，使光伏電池工作在當(dāng)前所處環(huán)境條件下的最大功率輸出點(diǎn)處(張文杰，趙瑞婷，李宇翔,2020)。假設(shè)某一時(shí)刻m的電壓、電流的采樣值分別是V(m)與I(m)，則可以求出該時(shí)刻光伏電池的輸出功率為P(m)=V(m)?I(m)并作記錄；這在一定程度上預(yù)兆了按照給定的采樣步長(zhǎng)，在下一采樣時(shí)刻(m+1)，按照給定的擾動(dòng)步長(zhǎng)擾動(dòng)輸出電壓，使電壓按某一方向變動(dòng)，這一時(shí)刻電壓、電流的采樣值分別是V(m+1)與I(m+1)，求出(m+1)時(shí)刻光伏電池的輸出功率P(m+1)=V(m+1)?I(m+1)，從中可以表明將兩時(shí)刻的輸出功率進(jìn)行比較(李浩宇，陳嘉琪，周晨曦,2022)。若P(m)>P(m+1)，則依舊記錄m時(shí)刻的功率值，并調(diào)整輸出電壓電流值為V(m)與I(m)，在下一采樣時(shí)刻反方向擾動(dòng)輸出電壓，這無(wú)疑暴露出計(jì)算功率值進(jìn)行比較；若P(m)<P(m+1)，則記錄(m+1)時(shí)刻的功率值，并使輸出電壓電流值為V(m+1)與I(m+1)，在下一采樣時(shí)刻仍按此方向擾動(dòng)輸出電壓，計(jì)算功率值進(jìn)行比較(劉思涵，張?zhí)煊?，趙文博,2023)。直至找到在某一電壓值下有最大輸出功率為止，并使光伏電池工作在此位置。圖5：擾動(dòng)觀察法流程圖擾動(dòng)觀察法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，控制參數(shù)較少，可移植性性強(qiáng)，但取定的電壓初值與設(shè)定的電壓干擾步長(zhǎng)、采樣時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)追蹤精度與追蹤速度有較大的影響且在應(yīng)用這一方法的過(guò)程中有震蕩的產(chǎn)生，不能穩(wěn)定工作在最大功率點(diǎn)處，從這些趨勢(shì)中看出不適合用于對(duì)精度有較高要求的場(chǎng)合(王天瑞，李梓悅，陳浩然,2022)。本文將使用SPWM逆變技術(shù)進(jìn)行直交變換，由于最終的目標(biāo)是并網(wǎng)，所以經(jīng)過(guò)SPWM之后的輸出電壓應(yīng)為電網(wǎng)電壓，SPWM要求輸入電壓略高于輸出電壓，故在進(jìn)行逆變之前必須將進(jìn)行逆變的直流電壓進(jìn)行抬升(張紫薇，趙俊豪，李詩(shī)雅,2021)。從這些活動(dòng)中看出一個(gè)基礎(chǔ)的boost升壓斬波電路圖如下圖所示：圖6：Boost升壓斬波電路原理圖再此電路中，有如下關(guān)系(劉子和，王紫涵，周彥宏,2022)：E經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)處理可以得到輸出電壓值為：U因?yàn)棣?Ttoff>=1,故輸出電壓通過(guò)以上分析可知，這在一定程度上預(yù)示了可以在一個(gè)周期內(nèi)控制開關(guān)管MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間長(zhǎng)短的比值，得到所希望的直流電壓(李文彬，張怡然，趙思源,2022)。將光伏電池的輸出電壓變成穩(wěn)定的高壓，為下一步的SPWM逆變電路提供良好的電壓來(lái)源。對(duì)于這一部分的創(chuàng)作借鑒了章和寧教授的相關(guān)主題的研究，主要體現(xiàn)在思路和手法方面，在思路上遵循了其強(qiáng)調(diào)的系統(tǒng)性與邏輯性的原則。通過(guò)深入分析研究對(duì)象的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和運(yùn)作機(jī)制，本研究不僅吸收了章教授提出的多層次、多角度審視問題的方法論，還進(jìn)一步將這些理念應(yīng)用于具體實(shí)踐中以確保研究結(jié)果的全面性和準(zhǔn)確性。在手法上本文采納了章教授所提倡的定量與定性相結(jié)合的研究方法為研究提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。在本文中，由于存在最大功率追蹤環(huán)節(jié)，這在一定程度上昭示故當(dāng)太陽(yáng)能板的外部環(huán)境，即溫度與光照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，升壓斬波電路的輸入電壓E也會(huì)隨之變化，如想要獲得穩(wěn)定的輸出電壓UO,必須實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)boost電路控制信號(hào)的β值(王子航，李雪慧，劉浩宇,2023)圖7：擾動(dòng)觀察法控制原理圖上圖即為MPPT與實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)占空比的控制圖。用零階保持器模塊控制對(duì)光伏電池輸出物理量采樣時(shí)間步長(zhǎng)，一定意義上展現(xiàn)了用寄存器模塊（Memory）記錄上一時(shí)刻的光伏電池的特征物理量，通過(guò)符號(hào)模塊記錄輸出電壓與輸出功率的變化方向，二者相乘觀察其變化方向?yàn)檎嚓P(guān)或負(fù)相關(guān)，系數(shù)0.01為輸出電壓的擾動(dòng)步長(zhǎng)，這在某種程度上驗(yàn)證了即占空比的調(diào)整步長(zhǎng)，與上一次的占空比進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)限幅函數(shù)后輸出占空比，產(chǎn)生boost電路的開關(guān)信號(hào)(周俊杰，張子琪，李凱琳,2022)。四、SPWM逆變SPWM逆變電路是指通過(guò)脈寬調(diào)制技術(shù)將直流電變換為正弦波形的交流電能的逆變電路(劉穎慧，王瑾瑤，陳宇翔,2022)。通過(guò)對(duì)載波和調(diào)制波的比較確定窄脈沖的觸發(fā)時(shí)刻與持續(xù)時(shí)間，從而產(chǎn)生所需要的波形。在此方法中，將電網(wǎng)電壓的波形作為調(diào)制波。圖8：?jiǎn)蜗鄻蚴絇WM逆變?cè)韴D當(dāng)調(diào)制波大于載波時(shí)，使1、4導(dǎo)通，如果此時(shí)I0>0，則電流的路徑為：電源——開關(guān)器件1——負(fù)載——開關(guān)器件4——電源；如果I0<0，則電流的路徑為：電源——二極管4——負(fù)載——二極管1——電源(張晨曦，趙思源，李嘉瑞,2021)。不論何種情況，輸出電壓值均為u0在本文中，從中可以表明將使用雙極性控制的三相橋式逆變電路進(jìn)行(王雅婷，劉思琦，張瑞宇,2022)。三相橋式逆變電路控制信號(hào)由一個(gè)公用一個(gè)載波信號(hào)和來(lái)自電網(wǎng)電壓調(diào)制波信號(hào)組成，調(diào)制波信號(hào)三相依次相差120°。對(duì)此本文也進(jìn)行了結(jié)論的復(fù)核，首先在理論上確保了研究結(jié)論與現(xiàn)有學(xué)術(shù)框架的一致性。本文仔細(xì)比對(duì)了本研究得出的主要結(jié)論與相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)已被廣泛接受的理論以驗(yàn)證其合理性和邏輯嚴(yán)密性。通過(guò)這一過(guò)程，本文確認(rèn)了研究結(jié)果不僅能夠得到現(xiàn)有理論的支持，而且在某些方面提供了新的見解或補(bǔ)充，進(jìn)一步豐富和完善了相關(guān)理論體系。其次，在實(shí)證層面本文重新分析原始數(shù)據(jù)、使用不同的統(tǒng)計(jì)工具和技術(shù)進(jìn)行交叉驗(yàn)證、以及引入外部數(shù)據(jù)集作為對(duì)照樣本等措施。通過(guò)這些手段本文力求排除任何可能影響結(jié)論準(zhǔn)確性的偏差因素，保證研究發(fā)現(xiàn)的真實(shí)性和普遍適用性。圖9：三相橋式PWM逆變?cè)韴D同一時(shí)刻每一相只能由一個(gè)橋臂開通，通過(guò)對(duì)圖9的分析可得，某一相的輸出電壓總為兩個(gè)值，即±Ud2由此可得到線電壓為(李志鵬，周嘉琳，趙紫涵,2021)：uuuN點(diǎn)與N’點(diǎn)之間的電壓為uNN'，可以求出負(fù)載的相電壓為((陳曉婷,吳浩然,2021),2022)uuu可得uNN'u如果SPWM逆變電路所加負(fù)載為三相對(duì)稱負(fù)載，則有如下結(jié)論(張宇和，李雪珂，趙天宇,2022)：u五、諧波問題逆變電路的諧波問題主要由以下兩點(diǎn)引起：1.SPWM使用三角載波信號(hào)對(duì)正弦信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，所以最終輸出電信號(hào)的波形不可避免會(huì)出現(xiàn)與載波相關(guān)的諧波分量(王子翔，劉雪婷，張怡萱,2020)。2.逆變過(guò)程中死區(qū)的存在也會(huì)造成諧波問題。從這些趨勢(shì)中看出開關(guān)器件不能瞬時(shí)關(guān)斷，需要關(guān)斷時(shí)間，容易出現(xiàn)同一路上下兩個(gè)橋臂的兩個(gè)器件同時(shí)導(dǎo)通造成直流電源正負(fù)極短接，為避免這種情況的發(fā)生，所以會(huì)存在一段時(shí)間，同一路上下兩個(gè)橋臂的兩個(gè)器件同時(shí)接受SPWM產(chǎn)生的關(guān)斷信號(hào)，稱為死區(qū)時(shí)間(李思遠(yuǎn)，趙麗萍，周昊宇,2020)。對(duì)于以上這部分存在的創(chuàng)新主要在于視角的創(chuàng)新，首先體現(xiàn)在對(duì)研究問題的獨(dú)特切入點(diǎn)選擇。本研究突破了傳統(tǒng)研究中較為局限的視角從更為宏觀和微觀的角度同時(shí)出發(fā)，既關(guān)注整體趨勢(shì)又注重個(gè)體差異，為理解復(fù)雜現(xiàn)象提供了新的思路。這種雙重視角不僅加深了對(duì)研究對(duì)象內(nèi)在機(jī)制的理解，也為解決實(shí)際問題提出了更具針對(duì)性的建議。通過(guò)分析可知，三相SPWM逆變電路在共用載波信號(hào)的條件下最終輸出的電壓所含的諧波主要為nωc±kωr頻率。在并網(wǎng)之前必須經(jīng)過(guò)濾波器以濾除上述諧波的主要成分，并網(wǎng)的首要任務(wù)一定是保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，本文使用的濾波器為L(zhǎng)型濾波器，L型三相光伏并網(wǎng)濾波器是較為簡(jiǎn)單的濾波器結(jié)構(gòu)，在交流測(cè)僅僅一個(gè)阻值較大的電感來(lái)進(jìn)行濾波，其具體構(gòu)成如下圖所示(李昊天，周紫薇，趙文華,2022)：圖10：L型濾波器原理圖通過(guò)大電感來(lái)減少電流的波動(dòng)，起到濾除高頻次小幅值諧波的作用。六、派克變換光伏并網(wǎng)逆變器的調(diào)制波信號(hào)來(lái)自電網(wǎng)的電壓信號(hào)，三相逆變器的信號(hào)來(lái)自公用載波與三相電壓信號(hào)的比較，控制難度較大(李嘉和,王睿昊,2022)。這在一定程度上預(yù)示了為了增加控制的可靠性與穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的電能質(zhì)量，故對(duì)來(lái)自電網(wǎng)的三相對(duì)稱信號(hào)進(jìn)行解耦，即派克變換，在dq坐標(biāo)系下建立模型。派克變換的基本公式為：u由于電網(wǎng)電壓三相對(duì)稱，故u0根據(jù)派克變換的物理意義可知：d軸方向代表無(wú)功分量，q軸方向代表有功分量。本文中，這在一定程度上昭示我們希望能夠?qū)⒐夥姵氐妮敵龉β嗜哭D(zhuǎn)換為電網(wǎng)的無(wú)功功率，即電流電壓保持相位差90度(張文博,陳思琪,2023)。圖11：SPWM信號(hào)控制原理圖由上圖的控制結(jié)構(gòu)可知，我們將電網(wǎng)電壓，電網(wǎng)電流分別進(jìn)行派克變換，以電網(wǎng)電壓的頻率和相角信息為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)橋式逆變電路進(jìn)行控制(林澤,劉俊杰,2023)。通過(guò)鎖相環(huán)模塊提取電網(wǎng)電壓的頻率相位信息，一定意義上展現(xiàn)了將電網(wǎng)電流分解到d軸與q軸上，通過(guò)PID控制，使電網(wǎng)電流d軸的分量與光伏電池輸出功率所對(duì)應(yīng)的電流相等，使電網(wǎng)電流的q軸分量近似為零，從而保證能夠使光伏電池的輸出功率以無(wú)功功率的形式并網(wǎng)(趙宇航,孫睿智,2022)。這在某種程度上驗(yàn)證了將經(jīng)過(guò)PID調(diào)節(jié)過(guò)后的d軸與q軸電流變換到α軸與β軸上，以便產(chǎn)生PWM信號(hào)，通過(guò)SVPWMGenerator模塊生成的PWM信號(hào)控制三相逆變橋式電路，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)流程。七、數(shù)據(jù)分析綜合以上各部分的功能與作用，總結(jié)整個(gè)逆變器的設(shè)計(jì)思路(高思遠(yuǎn),陳子辰,2022)。首先確定設(shè)計(jì)目標(biāo)：希望光伏電池始終工作在最大輸出功率點(diǎn)處；希望能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)功功率并網(wǎng)；其次確定逆變器的總體設(shè)計(jì)思路：綜合設(shè)計(jì)目標(biāo)，選擇使用無(wú)隔離型的電路結(jié)構(gòu)；選擇使用SPWM逆變；使用MPPT，即最大功率點(diǎn)追蹤技術(shù)，這在一定程度上預(yù)兆了使光伏電池在任何自變量條件下都能有最大的功率輸出(王子豪,李凌霄,2022)；最后，確定各個(gè)部分的具體實(shí)現(xiàn)方法：根據(jù)圖2，圖3所繪制曲線的特點(diǎn)可以看出，光伏電池的最大功率輸出點(diǎn)較易被找到，綜合設(shè)計(jì)目標(biāo)與算法實(shí)現(xiàn)的難易程度，選擇使用擾動(dòng)觀察法實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)追蹤；根據(jù)SPWM逆變電路的特點(diǎn)，即輸出電壓會(huì)小于輸入電壓，為順利實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，需要將光伏電池產(chǎn)生的直流電壓做升壓處理，從中可以表明綜合設(shè)計(jì)目標(biāo)與與常見的直流斬波電路模型，綜合選擇使用直流升壓斬波電路進(jìn)行升壓，SPWM逆變電路作為逆變換節(jié)(鄧浩然,魏晨曦,2019)；無(wú)功功率并網(wǎng)，即指光伏電池所產(chǎn)生的并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓的相位差值保持在90度(何旭東,劉涵煦,2020)。需要精準(zhǔn)調(diào)節(jié)SPWM逆變電路的控制信號(hào)才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。引入鎖相環(huán)與派克變換模塊，這無(wú)疑暴露出鎖相環(huán)模塊的主要功能是提取電網(wǎng)電壓的相位信息，根據(jù)鎖相環(huán)的輸出值，使用派克變換將三相ABC分量變換為dq0分量，通過(guò)PID控制將q軸分量變?yōu)?，并網(wǎng)電流全部轉(zhuǎn)化為d軸分量即無(wú)功分量，從這些趨勢(shì)中看出然后使用dq0toalpha-beta-zero模塊將dq0分量轉(zhuǎn)化為alpha軸，beta軸，zero軸分量，使用SVPWMGenerator模塊生成PWM信號(hào)，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)(蔣澤宇,李雅馨,2022)。這一結(jié)果也與本文之前的預(yù)想研究結(jié)果一致，這在一定程度上體現(xiàn)了本文研究方向的正確性。首先，這種一致性反映了本文在研究設(shè)計(jì)初期所設(shè)定的目標(biāo)和假設(shè)具有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)相關(guān)理論文獻(xiàn)的深入探討和對(duì)已有研究成果的綜合分析，本文的預(yù)想建立在一個(gè)合理且有據(jù)可依的基礎(chǔ)上，而最終獲得的結(jié)果與預(yù)期相符，進(jìn)一步驗(yàn)證了這些研究的有效性。這一結(jié)果的吻合證明了本文所采用的研究方法和工具是恰當(dāng)且有效的。研究過(guò)程中，本文嚴(yán)格遵循學(xué)術(shù)規(guī)范，采用了多種驗(yàn)證手段來(lái)保證結(jié)論的準(zhǔn)確性。根據(jù)以上思路搭建的光伏并網(wǎng)逆變器主電路，并調(diào)整光伏電池模塊的輸入量，溫度值保持25攝氏度，初始光照強(qiáng)度值為1000瓦每平方米，三秒以后變?yōu)?500瓦每平方米，通過(guò)對(duì)各物理量輸出波形的觀察分析，從這些活動(dòng)中看出得出結(jié)論：以上思路設(shè)計(jì)搭建的光伏并網(wǎng)逆變器主電路基本可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)(劉宇涵,何俊熙,2022)：圖12：光伏電池輸出電壓波形圖上圖是光伏電池的輸出電壓波形圖，通過(guò)觀察可以得出以下結(jié)論(鄒欣怡,王子昊,2021)：光伏電池的輸出電壓在大約0.5秒以后停止波動(dòng)，開始穩(wěn)定上升，即0.5秒以后擾動(dòng)觀察法找到一個(gè)電壓變換的方向能夠使光伏電池的輸出功率變大，這在一定程度上預(yù)示了并向這個(gè)方向不斷調(diào)整輸出電壓的值，直至達(dá)到最大輸出功率(陳思源,呂俊凱,2022)；光伏電池的輸出電壓從圖上來(lái)看大約在1秒左右達(dá)到最大值，隨后下降，在1.1秒左右開始某一值附近小范圍內(nèi)上下波動(dòng)。這在一定程度上昭示根據(jù)擾動(dòng)觀察法的算法流程，波動(dòng)是不可避免的，在小范圍內(nèi)的波動(dòng)是可以預(yù)測(cè)并可以接受的(李若萱,張晨陽(yáng),2021)；3秒時(shí)刻，光伏電池的輸入?yún)?shù)——光照強(qiáng)度有階躍上升，有1000瓦每平方米變到了1500瓦每平方米，一定意義上展現(xiàn)了故輸出電壓又有了較大的波動(dòng)，開始重新調(diào)整輸出電壓的波動(dòng)范圍；大約3.5秒左右，光伏電池的輸出電壓重新進(jìn)入較為穩(wěn)定的狀態(tài)，開始在某一值附近上下小范圍波動(dòng)；通過(guò)比較，可以較為明顯的看出，在1.1秒到3秒的波動(dòng)范圍中心值與3.5秒到5秒的波動(dòng)范圍中心值不相等，這在某種程度上驗(yàn)證了后者略小于前者。由于其強(qiáng)烈的非線性關(guān)系，無(wú)法直接方便的證明1000瓦每平方米到1500瓦每平方米的光照強(qiáng)度變化會(huì)是輸出電壓向那個(gè)方向變化能使輸出功率維持最大值(劉寧宇,羅晨曦,2022)。這在一定程度上預(yù)兆了但根據(jù)圖3的標(biāo)記可以直觀的看出來(lái)當(dāng)光照強(qiáng)度是1500瓦每平方米時(shí)，其維持輸出功率最大值的輸出電壓確實(shí)要小于光照強(qiáng)度是1000瓦每平方米的情況。同時(shí)也證明光照強(qiáng)度的變化是可以影響最大輸出功率值進(jìn)而影響輸出電壓的(趙雨桐,孫樂天,2020)。圖13：光伏電池輸出電流波形圖圖13為光伏電池在0到5秒內(nèi)的輸出電流的波形圖，由上圖可得出以下結(jié)論(王嘉熙,劉元熙,2022)：0秒時(shí)刻，仿真開始，輸出電流有一個(gè)階躍上升的過(guò)程；在大約0秒到0.7秒左右，從中可以表明輸出電壓有較大波動(dòng)，輸出電流波動(dòng)較小，基本保持穩(wěn)定。0.5到1秒左右，光伏電池輸出電壓快速上升，而輸出電流有所下降，這與光伏電池的電流--電壓特性曲線相符；光伏電池輸出電壓穩(wěn)定在某一小范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)間段內(nèi)，輸出電流也在某一小范圍內(nèi)波動(dòng)；3秒時(shí)，光照強(qiáng)度發(fā)生階躍變化，這無(wú)疑暴露出使光伏電池的輸出電流也產(chǎn)生了階躍上升，從45左右變到了55左右；大約在3.5秒左右，從這些趨勢(shì)中看出隨著光伏電池的輸出電壓進(jìn)入穩(wěn)定波動(dòng)的狀態(tài)，光伏電池的輸出電流也進(jìn)入穩(wěn)定波動(dòng)的狀態(tài)，且持續(xù)到仿真結(jié)束(陳曉婷,吳浩然,2021)。圖14：光伏電池輸出功率波形圖圖14是光伏電池的輸出功率在0到5秒時(shí)間內(nèi)的波形圖，由上圖可得出以下結(jié)論：0到0.5秒左右的時(shí)間段內(nèi)，這在一定程度上預(yù)示了由于光伏電池的輸出電壓大幅波動(dòng)，但其輸出電流基本維持不變，故輸出功率在較大范圍內(nèi)波動(dòng)，這一階段我們可以認(rèn)為是初始時(shí)間段內(nèi)的調(diào)整階段(鄭宇晨,王悅婷,2022)；0.5秒以后，隨著輸出電壓的上升，雖然輸出電流略有下降，但整體上看輸出功率處于上升狀態(tài)；光伏電池在0.8秒左右到達(dá)峰值，從這些活動(dòng)中看出隨后略有下降，0.9秒左右到極小值開始反彈，1秒左右到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)；1秒到3秒時(shí)間段內(nèi)，電壓電流均在某一值附近小范圍內(nèi)上下波動(dòng)，根據(jù)光伏電池的電壓--電流關(guān)系特性曲線，致使輸出功率基本能夠維持一個(gè)恒定值，波動(dòng)可以忽略不計(jì)(韓一鳴,王瑾瑜,2022)；3秒時(shí)刻光照強(qiáng)度階躍上升，是輸出功率也出現(xiàn)階躍上升，經(jīng)過(guò)大約0.5秒的調(diào)整以后，重新回到一個(gè)新的穩(wěn)定水平。圖15：三相并網(wǎng)電流波形圖上圖是輸入電網(wǎng)三相電流波形圖，根據(jù)上圖我們可以得出以下結(jié)論：并網(wǎng)電流在1秒左右趨于穩(wěn)定，一定意義上展現(xiàn)了當(dāng)光伏電池在3秒時(shí)刻的光照強(qiáng)度有階躍上升以后，并網(wǎng)電流較為緩慢的上升，大約在3.5秒左右重新達(dá)到穩(wěn)定(張語(yǔ)涵,李睿澤,2023)；圖16：1.3--1.5秒A相并網(wǎng)電流波形圖上圖是A相并網(wǎng)電流在大約1.3秒到1.5秒的波形圖，可以看到波形呈正弦分布，沒有明顯的波形失真現(xiàn)象，這在一定程度上預(yù)兆了幅值大約是86.21A；圖17：3.9--4.1秒A相并網(wǎng)電流波形圖上圖是A相并網(wǎng)電流在大約3.9秒到4.1秒的波形圖，可以看到波形呈正弦分布，沒有明顯的波形失