探索光伏发电三相并网技术：从原理到实现

光伏发电三相并网光伏加＋Boost＋三相并网逆变器 PLL锁相环 MPPT最大功率点跟踪控制(扰动观察法) dq解耦控制，电流内环电压外环的并网控制策略电压外环控制直流母线电压稳住750V THD低至0.44%！并网电流波形漂亮！

在如今的可再生能源领域，光伏发电无疑是一颗耀眼的明星。而其中，三相并网技术更是实现光伏电力高效接入电网的关键。今天咱就深入探讨一下光伏 + Boost + 三相并网逆变器这个组合，以及其中涉及的各项核心控制技术。

光伏 + Boost + 三相并网逆变器架构

首先，光伏电池产生的直流电，其电压和功率会随着光照强度和温度等因素变化。为了让其能稳定地并网，就需要Boost电路来提升电压。简单来说，Boost电路就像一个能量放大器，把光伏电池输出的电压提升到合适的并网电压等级。

以一个简单的Boost电路为例，它主要由电感L、电容C、开关管Q和二极管D组成。下面是一个简单的模拟Boost电路升压功能的Python代码片段（这里主要是为了示意逻辑，实际硬件电路控制更为复杂）：

import math # 初始参数设置 input_voltage = 100 # 光伏电池输出电压，单位V duty_cycle = 0.6 # 开关管占空比 # Boost电路升压计算 output_voltage = input_voltage / (1 - duty_cycle) print(f"经过Boost电路后，输出电压为: {output_voltage} V")

在这个代码里，我们通过给定的输入电压和占空比，利用Boost电路的升压公式计算出输出电压。实际硬件中，开关管的占空比是动态调整的，以满足不同光伏电池输出情况下的升压需求。

经过Boost电路升压后的直流电，就来到了三相并网逆变器。它的作用是把直流电逆变成与电网同频同相的三相交流电，实现光伏电力的并网。

MPPT最大功率点跟踪控制（扰动观察法）

光伏电池的输出功率与光照、温度等条件密切相关，而且存在一个最大功率点。MPPT技术就是要让光伏电池始终工作在这个最大功率点附近，以最大化发电效率。

扰动观察法是一种常用的MPPT算法。其基本思路是：周期性地扰动光伏电池的工作点（比如改变Boost电路开关管的占空比），然后观察功率的变化方向。如果功率增加，就沿这个方向继续扰动；如果功率减小，就反方向扰动。

下面是一个简单的扰动观察法的Python模拟代码：

import random # 模拟光伏电池输出功率计算函数 def calculate_power(voltage, current): return voltage * current # 初始化参数 initial_voltage = 100 initial_current = 5 duty_cycle = 0.5 step_size = 0.01 max_iterations = 100 for _ in range(max_iterations): # 保存当前功率 current_power = calculate_power(initial_voltage, initial_current) # 扰动占空比 new_duty_cycle = duty_cycle + random.choice([-step_size, step_size]) # 这里简单模拟占空比变化对电压电流的影响，实际更复杂 new_voltage = initial_voltage * (1 + random.uniform(-0.05, 0.05)) new_current = initial_current * (1 + random.uniform(-0.05, 0.05)) new_power = calculate_power(new_voltage, new_current) if new_power > current_power: duty_cycle = new_duty_cycle initial_voltage = new_voltage initial_current = new_current print(f"经过扰动观察法寻优后，占空比为: {duty_cycle}")

在这段代码里，我们模拟了光伏电池输出功率随电压、电流变化的情况，通过不断扰动占空比，寻找最大功率点对应的占空比。实际应用中，需要根据实时采集的光伏电池电压和电流数据来精确计算功率，并进行占空比调整。

PLL锁相环

PLL锁相环在三相并网中起着至关重要的作用。它的主要任务是使逆变器输出的交流电与电网电压在频率和相位上保持一致。只有这样，才能实现平滑、稳定的并网，避免对电网造成冲击。

简单理解，PLL就像是一个精准的时钟同步器，不断调整逆变器输出，让其与电网的“节奏”完全合拍。虽然具体的PLL电路和算法较为复杂，但大致原理是通过比较电网电压和逆变器输出电压的相位和频率，产生一个误差信号，然后通过一系列控制环节调整逆变器的输出。

dq解耦控制与电流内环电压外环的并网控制策略

为了实现高质量的并网，我们采用电流内环电压外环的控制策略，其中dq解耦控制是关键。

在三相系统中，通过dq变换，可以将三相交流量转换为直流量，这样就把复杂的三相耦合系统解耦成两个独立的直流分量（d轴和q轴分量）进行控制。d轴电流通常用于控制有功功率，q轴电流用于控制无功功率。

以下是一个简单的dq变换Python代码示例（以三相电流变换为例）：

import numpy as np # 定义三相电流 ia = 10 # 单位A ib = 10 * np.exp(-1j * 2 * np.pi / 3) ic = 10 * np.exp(1j * 2 * np.pi / 3) # dq变换矩阵 theta = np.pi / 6 # 假设的相位角 T_dq = np.array([[2 / 3 * np.cos(theta), 2 / 3 * np.cos(theta - 2 * np.pi / 3), 2 / 3 * np.cos(theta + 2 * np.pi / 3)], [-2 / 3 * np.sin(theta), -2 / 3 * np.sin(theta - 2 * np.pi / 3), -2 / 3 * np.sin(theta + 2 * np.pi / 3)], [1 / 3, 1 / 3, 1 / 3]]) # 三相电流向量 i_abc = np.array([ia, ib, ic]) # dq变换 i_dq0 = np.dot(T_dq, i_abc) print(f"dq变换后的电流分量: d轴电流 {i_dq0[0].real}, q轴电流 {i_dq0[1].real}, 0轴电流 {i_dq0[2].real}")

在这个代码中，我们定义了三相电流，通过给定的dq变换矩阵（其中相位角theta根据实际情况确定），将三相电流转换为dq0坐标系下的分量。实际控制中，通过对dq轴电流的精确控制，结合电压外环控制直流母线电压稳住750V，就能实现稳定的并网。