中型光伏并网发电系统的设计

王 栋，赵鹏宇

（集宁师范学院物理学院 内蒙古 乌兰察布 012000）

1 引言

光伏并网发电作为太阳能有效利用的方式之一，在世界范围内得到了广泛研究和应用开发。本文对20kW光伏并网发电系统进行了电气设计和控制方法设计，并通过仿真验证了设计的合理性和有效性。

2 光伏并网发电系统的电气设计

2.1 总体结构设计

本文设计的20kW光伏并网发电系统采用双级式拓扑结构，主要由光伏阵列、DC/DC变换器、DC/AC逆变器、LCL滤波器等构成。

前级的DC/DC变换器采用Boost变换器可以实现直流电压等级的升高，并且通过调节占空比来调节光伏阵列的工作电压，从而达到跟踪光伏阵列最大功率点的目的，后级DC/AC逆变器用来实现并网过程中直流到交流的变换，通过采用矢量控制技术，实现功率解耦控制。两级之间加入一个直流耦合电容，可以实现前级DC/DC变换器和后级DC/AC逆变器之间控制的解耦。采用LCL滤波器，可以有效提高逆变器的性价比。

2.2 光伏阵列的设计

3 光伏并网发电系统的控制方法

3.1 具有电压闭环的变步长MPPT控制方法

为了能够快速和准确的跟踪到最大功率点，本文采用具有电压闭环的变步长MPPT控制方法。该控制的基本原理是：光伏阵列的输出电压和电流经过MPPT控制算法计算，得出光伏阵列最大功率点电压，该电压做为电压闭环的参考电压与光伏阵列输出电压比较，得到的偏差信号经PI控制器后调节Boost电路的占空比D，达到对最大功率点电压的跟踪。经过MPPT控制算法和电压闭环控制协调工作，就可以实现对光伏阵列最大功率点的跟踪控制。

3.2 含LCL滤波器的逆变器的功率解耦控制方法

图3-2所示为含LCL滤波器的后级DC/AC逆变器的控制结构图。DC/AC逆变器采用电压外环，电流内环的双闭环控制方法。直流电压外环采用带滤波电容电流比例反馈的控制方法、电流内环采用有功和无功独立控制。

图3-2 含LCL滤波器的DC/AC控制结构图Fig.3-2Controlstructurediagram of DC/AC based on LCL filter

4 仿真分析

4.1 系统总体的仿真模型

本文所设计的20kW光伏并网发电系统的总体仿真模型如图4-1所示。

4.2 仿真结果及分析

图4-2 标准光强下的仿真波形Fig.4-2Simulation waveformsof related variables under standard illumination intensity

从图4-2中，并网电流在0.1s左右稳定并与电网电压达到同相位，实现了单位功率因数控制。仿真结果表明，所设计的20kW光伏并网发电系统在标准测试工况下，可以快速准确地跟踪最大功率点并且通过单位功率因数并网逆变控制将输出的电能送入电网。

图4-1 20kW双级式光伏并网系统仿真模型Fig.4-1Simulation modelof 20kW double-stagegrid-connected PV system

5 总结

本文主要对采用双级式拓扑结构的20kW光伏并网发电系统进行了电气和控制方法设计。针对前级Boost变换器采用一种具有电压闭环的变步长MPPT控制方法，来实现对光伏阵列最大功率点的快速跟踪；对于后级含LCL滤波器的并网逆变器，采用有源阻尼功率解耦控制方法，来达到单位功率因数并网控制的目的；通过仿真验证本文所设计光伏并网发电系统的正确性。