光伏電瓶的理想模型可由下式表示：
其中，vt為電瓶板熱電勢。
圖3敘述在特定光照條件下電瓶板的伏安特點。陰影部份是電瓶板在相應條件下所才能輸出的最大功率。太陽能電板板在高輸出電流區(qū)域，具有低電阻特點，可以視為一系列不同等級的電流源；在低輸出電流區(qū)域內(nèi)，該電源有高電阻特點，可以視為不同等級的電壓源。電流源與電壓源的交匯處便是電瓶板在相應條件下的最大輸出功率。在電瓶板的體溫保持不變的情況下，這個極大功率值會隨著光照硬度的變化而變化，最大功率跟蹤要求才能手動跟蹤電瓶板的工作在輸出功率極大的條件。
太陽能控制器電路拓撲
圖4為太陽能控制器的電路拓撲結(jié)構(gòu)，從原理上說是以及升壓混頻器，通過調(diào)整開關(guān)元件S的信噪比，調(diào)節(jié)電瓶板的等效負載阻抗，實現(xiàn)對電瓶板的最大功率跟蹤功能。
最大功率跟蹤方式
最大功率跟蹤技術(shù)有兩種技術(shù)路線：其二是CVT技術(shù)，控制電瓶組件端口電流近似模擬最大功率跟蹤，這些方式原理簡單并且跟蹤精度不夠；其一是MTTP技術(shù)，實時監(jiān)測光伏陣列輸出功率，通過調(diào)整阻抗的方法滿足最大功率跟蹤。目前，太陽能逆變器廠家廣泛采用的MPPT技術(shù)。目前，常用的MTTP方式有兩種。
（A）干擾觀測法（P&O）：
干擾觀測法每隔一定時間降低或降低電流，通過觀測功率變化方向，來決定下一步的控制訊號。假如輸出功率降低，這么繼續(xù)根據(jù)上一步電流變化方向改變電流，假若測量到輸出功率增大，則改變電流變化的方向，這樣光伏陣列的實際工作點才能漸漸接近當前最大功率點。若果采用DC/DC變換器實現(xiàn)MPPT控制，在具體施行時應通過對轉(zhuǎn)矩施加擾動來調(diào)節(jié)光伏陣列輸出電流或電壓，進而達到跟蹤最大功率點的目的。假若采用較大的步長對信噪比進行”干擾”，這些跟蹤算法可以獲得較快的跟蹤速率，但達到穩(wěn)態(tài)后光伏陣列的實際工作點在最大功率點附近振蕩幅度比較大，導致一定的功率損失，采用較小的步長則剛好相反。
B）濁度增量法（INC）：
光伏電瓶在最大功率點Pm處dP/dU=0，在Pm兩端dP/dU均不為0。
要使輸出功率最大，必須滿足（4）式，使陣列的濁度變化率等于負的濁度值。首先假定光伏陣列工作在一個給定的工作點電壓源和電流源的功率怎么求，之后取樣光伏陣列的電流和電壓，估算Δv=v(n)-v(n-1)和Δi=i(n)-i(n-1)，其中(n)表示當前取樣值，(n-1)為前一次的取樣值；假如Δv=0，則借助Δi的符號判定最大功率點的位置；假如Δv≠0，則根據(jù)Δi/Δv+I/V的符號判定。
這些跟蹤法最大的優(yōu)點是當光伏電瓶的光照硬度發(fā)生變化時，輸出端電流能以平穩(wěn)的形式跟隨其變化，電流波動較擾動觀測法小。缺點是其算法較為復雜，對硬件的要求非常是對測量器件的精度要求比較高，因此整個系統(tǒng)的硬件成本會比較高。
太陽能逆變器及其工作原理
太陽能逆變器的電路拓撲如圖5所示，5-a)是三相并網(wǎng)逆變器電路拓撲，5-b)是單相并網(wǎng)逆變器電路拓撲。從電路拓撲結(jié)構(gòu)上看屬于電流型控制逆變電路。從控制形式上屬于電壓控制型電路。
電路的基本工作原理以圖6的三相光伏逆變電路剖析。
根據(jù)正弦波和擴頻比較方法對S1-S4進行控制，交流側(cè)AB處形成SPWM波uAB，uAB中富含基波份量和高次紋波，在LS的檢波作用下高次紋波可以忽視，當uAB的頻度與電網(wǎng)一致時，is也是和電網(wǎng)一致的正弦波。在電源電流一定的條件下，is的幅值和相位僅有uAB的基波的幅值和相位決定，這樣電路可以實現(xiàn)檢波、逆變以及無功補償?shù)茸饔谩D7所示是電路的運行向量圖，其中7-a)是檢波運行，7-b)是逆變運行，7-c)是無功補償運行，7-d)是Is超前φ角運行。三相光伏逆變器工作在7-b)狀態(tài)。
電路的基本控制方式
光伏逆變器對于功率質(zhì)數(shù)有較高要求，為了確切實現(xiàn)高功率質(zhì)數(shù)逆變，須要對輸出電壓進行控制，一般的電壓控制方法有兩種：其二是間接電壓控制，亦稱為相位幅值控制電壓源和電流源的功率怎么求，根據(jù)圖7的向量關(guān)系控制輸出電壓，控制原理簡單，但精度較差，通常不采用；其一是直接電壓控制，給出電壓指令，直接采集輸出電壓反饋，這些控制方式控制精度高，確切率好，系統(tǒng)魯棒性好，得到廣泛應用。
監(jiān)控保護單元簡介
監(jiān)控保護單元的主要作用有：
光伏并網(wǎng)系統(tǒng)作為接入電力系統(tǒng)的裝置，須要設定合理的保護舉措保護發(fā)電設備的安全以及電網(wǎng)的安全；
孤島效應會形成好多不良影響，光伏系統(tǒng)作為分布式發(fā)電系統(tǒng)的典型代表，怎么確切測定孤島效應也是監(jiān)控保護單元的重要作用；
太陽能光伏電廠尤其是大規(guī)模的光伏電廠常常建設在沙漠和無人區(qū)，智能電量管理和系統(tǒng)狀況檢查上報也是光伏發(fā)電系統(tǒng)須要重點考慮的誘因。
并網(wǎng)保護裝置
并網(wǎng)保護裝置主要實現(xiàn)以下保護功能：低電流保護、過電流保護、低頻率保護、國頻度保護、過電壓保護以及孤島保護策略等內(nèi)容。一般小型光伏電廠須要設置冗余保護裝置，保證系統(tǒng)故障時及時處理。
孤島測量技術(shù)
孤島效應是指并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)斷電時，并網(wǎng)裝置一直保持對失壓電網(wǎng)中的某一部份線路繼續(xù)供電的狀態(tài)。當電網(wǎng)的某一區(qū)域處于光伏發(fā)電的孤島狀態(tài)時，電網(wǎng)將不再控制這個電力孤島的電流和頻度。孤島效應會對光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的重聯(lián)接制造困難，同時可能導致電氣器件以及人身安全害處，因而孤島效應必須防止。目前常用的孤島效應測量方式主要有兩種，分別是被動測量方式和主動式檢查方式。
(A)被動式孤島測量：
孤島的發(fā)生和電網(wǎng)脫離時的負載特點及與電網(wǎng)之間的有功和無功交換有很大的關(guān)系。電網(wǎng)脫離后有功的波動會造成光伏系統(tǒng)端口電流的變化，無功的波動會造成光伏系統(tǒng)輸出頻度的變化。電網(wǎng)脫離后，假如有功或則無功的波動比較顯著，通過檢測并網(wǎng)系統(tǒng)的端口電流或則輸出頻度就可以檢測到孤島的發(fā)生，這就是被動式孤島測量方式的原理。但是在電網(wǎng)脫離后，假如有功和無功的波動都很小，此時被動式檢查方式就存在檢查盲點。
（B）主動式孤島測量：
主動式孤島檢查方式中用的比較多的是主動頻移法（AFD），其基本原理是在并網(wǎng)系統(tǒng)輸出中加入頻度擾動，在并網(wǎng)的情況下，其頻度擾動可以被大電網(wǎng)校準回去，但是在孤島發(fā)生時，該頻度擾動可以使系統(tǒng)顯得不穩(wěn)定，進而監(jiān)測到孤島的發(fā)生。這類方式也存在”檢測盲點”，在負載品質(zhì)質(zhì)數(shù)比較高時，若電流幅值或頻度變化范圍大于某一值，系統(tǒng)未能測量到孤島狀態(tài)。另外，頻度擾動會造成輸出電壓波形的畸變，同時剖析發(fā)覺，當須要進行電能質(zhì)量整治時，頻度的擾動會對紋波補償療效導致較嚴重的影響。
智能電量管理及系統(tǒng)狀況監(jiān)控系統(tǒng)
小型光伏電廠因為地處偏僻地區(qū)，經(jīng)常為無人值守電廠。為了確切計量電廠的電能輸出及系統(tǒng)運行狀況須要籌建智能電量管理及系統(tǒng)狀況監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)常?；谟嬎銠C數(shù)據(jù)處理平臺以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將分散的發(fā)電系統(tǒng)信息搜集到集中控制中心進行數(shù)據(jù)剖析處理工作，這部份的工作原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在本文中不在闡述。
結(jié)語
本文主要介紹了光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，剖析了其主要組成部件的系統(tǒng)框圖、功能。給出了最大功率跟蹤的基本原理，剖析了光伏逆變器的主要電路拓撲結(jié)構(gòu)及控制方法。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)作為有可能徹底改變?nèi)藗兩畹某柤夹g(shù)，擁有美好的未來，讓我們共同期盼光伏技術(shù)在今天為人類做出更大的貢獻。
