基于自適應(yīng)智能控制的BIPV并網(wǎng)系統(tǒng)研究.pdf

1、能源與環(huán)境問題是21世紀(jì)人類面臨的兩大主要問題。建筑與太陽能的有機(jī)結(jié)合提高了能源使用效率，減少了傳統(tǒng)石化能源利用所帶來的廢氣、粉塵等污染排放，美化了生活環(huán)境，但同時也對太陽能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)提出了新的要求。由于建筑光伏一體化(BuildingIntegratedPhotovoltaics，BIPV)系統(tǒng)同其它光伏并網(wǎng)系統(tǒng)有所不同，它的輸入直流電源可能是由放置在不同位置不同朝向的不同材料制成的光伏電池板提供，采用傳統(tǒng)的集中式并網(wǎng)逆變器給并網(wǎng)光

2、伏系統(tǒng)的設(shè)計和安裝使用工作帶來繁重的負(fù)擔(dān)，還常常會因為光伏容量與逆變器功率不匹配帶來巨大的材料和能源浪費(fèi);在使用過程中有時還不可避免會有陰影遮擋或局部故障損壞，而建筑光伏系統(tǒng)要求既不能因此受影響停止工作或者降低正常運(yùn)行光伏模塊的電能輸出，又希望能及時方便地進(jìn)行更換、維修或者擴(kuò)展使用。為此，迫切需要有一種新型的逆變器拓?fù)鋪硖娲鷤鹘y(tǒng)的集中式光伏逆變器，滿足建筑光伏一體化系統(tǒng)的這些要求。此外，隨著電力電子設(shè)備的日益廣泛應(yīng)用、電力電子器件的開關(guān)

3、頻率增加，以及各種非線性設(shè)備和單相設(shè)備的投入運(yùn)行，配電網(wǎng)中產(chǎn)生了越來越嚴(yán)重的無功和諧波污染，并導(dǎo)致配電網(wǎng)功率因數(shù)大為降低。由于光伏模塊在夜晚或陰雨天光輻照不足時不發(fā)電，因此人們又希望并網(wǎng)光伏逆變器此時能作為并聯(lián)有源濾波器運(yùn)行，補(bǔ)償配電網(wǎng)中的無功和諧波電流，提高供電質(zhì)量。
　　 本文在比較研究現(xiàn)有各種光伏并網(wǎng)逆變器主要特性的基礎(chǔ)上，針對建筑光伏一體化并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的特點及配電網(wǎng)無功和諧波電流補(bǔ)償?shù)囊螅岢隽艘环N多功能級聯(lián)式多電平并

4、網(wǎng)逆變器，并主要從級聯(lián)多電平并網(wǎng)逆變器多功能運(yùn)行模式和運(yùn)行過程中的諧波抑制、建筑光伏并網(wǎng)系統(tǒng)整體發(fā)電效率提升、系統(tǒng)運(yùn)行安全與可靠性三個方面進(jìn)行分析、研究、論述，取得以下主要研究成果:
　　 1、針對建筑光伏一體化并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的特點，提出了一種多功能級聯(lián)式多電平并網(wǎng)逆變器，分析了在光伏并網(wǎng)逆變和并聯(lián)有源濾波兩種運(yùn)行模式下的系統(tǒng)工作原理、特點和控制結(jié)構(gòu);
　　 2、針對級聯(lián)式多電平并網(wǎng)逆變器在實際運(yùn)行中直流側(cè)電源電壓不均衡且

5、時變的特點，提出一種自適應(yīng)消諧波調(diào)制策略。與已往消諧波調(diào)制策略僅僅為了消除指定低次諧波或?qū)⒖傊C波畸變率控制在一定范圍不同，該策略先將級聯(lián)多電平變換器的各H橋輸出電平按幅值大小自適應(yīng)排列，高幅值電平對應(yīng)大的導(dǎo)通角，低幅值電平對應(yīng)小的導(dǎo)通角，合成輸出電壓，然后再消除指定低次諧波。試驗證明采用該策略對級聯(lián)多電平并網(wǎng)逆變器進(jìn)行PWM調(diào)制，不僅能有效降低總諧波畸變率，而且能很好地控制了合成輸出波形質(zhì)量（諧波、電壓紋波、基波幅值），還保證了系統(tǒng)能輸

6、出各H橋模塊對應(yīng)光伏陣列所產(chǎn)生的最大功率。
　　 3、針對目前并網(wǎng)光伏系統(tǒng)發(fā)電效率不高，而現(xiàn)有方法多只是進(jìn)行光伏陣列（或模塊）最大功率運(yùn)行點追蹤(MaximumPowerPointTrack,MPPT)控制，不能保證系統(tǒng)功率有效提高的困境，首先建立了BIPV并網(wǎng)系統(tǒng)整體發(fā)電效率的數(shù)學(xué)模型，從此數(shù)學(xué)模型出發(fā)，分析影響B(tài)IPV并網(wǎng)系統(tǒng)整體發(fā)電效率的關(guān)鍵因素，并分別從光伏芯片、光伏陣列和光伏系統(tǒng)三個層面提出了相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)來提高系統(tǒng)發(fā)

7、電效率:提出一種太陽光電熱能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進(jìn)行光電光熱轉(zhuǎn)換綜合利用，有效降低光伏芯片運(yùn)行時的溫度，使光伏芯片輸出功率最大化;提出一種智能自適應(yīng)模糊控制器進(jìn)行光伏陣列最大功率運(yùn)行點追蹤控制，通過公式型模糊控制方法簡化傳統(tǒng)模糊控制中的查表運(yùn)算，并引入自適應(yīng)因子α在線調(diào)節(jié)誤差e和誤差變化率ec在決定控制變化量u中的權(quán)重來不斷修正控制規(guī)則，使控制具有智能特性，同時使系統(tǒng)的追蹤動態(tài)性能達(dá)到最佳，使光伏陣列輸出功率最大化;提出采用一種自適應(yīng)PWM調(diào)制策

8、略，根據(jù)各H橋模塊對應(yīng)的光伏陣列在最大功率點追蹤后輸出的功率占系統(tǒng)輸出功率的比例確定其占空比，使各H橋產(chǎn)生的最大功率都能傳輸給負(fù)載或配電網(wǎng)，確保光伏系統(tǒng)輸出功率最大化。
　　 4、針對BIPV并網(wǎng)系統(tǒng)孤島運(yùn)行可能對人員和設(shè)備產(chǎn)生的危害，通過比較研究現(xiàn)有各種主要孤島效應(yīng)檢測方法的原理和特點，分析幾種評判孤島檢測效果的檢測盲區(qū)(Non-detectionZone，NDZ)定義特征，提出了一種自適應(yīng)孤島效應(yīng)檢測方法，并進(jìn)行仿真試驗，驗