1 引言
由于大氣中廢氣的排放和CO2量的增加，致使地球變暖。上世紀(jì)全球表面的溫度已以接近0.6℃/百年的速率上升[1][2]，能量的供給和使用，不僅關(guān)系到地球的暖化，而且涉及到例如空氣污染、酸的沉淀、臭氧耗盡、森林毀滅，以及放射性物質(zhì)的輻射等環(huán)境憂患問題。為避免產(chǎn)生這些后果，一些潛在的解決措施已開始啟動(dòng)，包括經(jīng)過改善能效的能量?jī)?chǔ)存，減少石化燃料的利用和增加有利環(huán)保的能量供應(yīng)。近年來，由清潔、有效、無環(huán)境污染的能源輸出能量，已成為工程師和科學(xué)家的主要任務(wù)。其中，光伏（PV）發(fā)電系統(tǒng)在調(diào)研時(shí)引起了很大重視，因?yàn)樗坪跏墙鉀Q環(huán)境問題的可能途徑之一 。
最近，具有高壓增益的DC-DC變換器，在很多工業(yè)應(yīng)用中已成為普遍需要。例如，在清潔能源的前端區(qū)段，不間斷電源的直流后備能量系統(tǒng)，汽車頭燈用的高強(qiáng)度放電（HID）燈，以及電信工業(yè)的應(yīng)用。常見的升壓變換器，甚至在極端占空比時(shí)也不能提供這么高的直流電壓增益；它還可能導(dǎo)致嚴(yán)重的“反向回復(fù)”和增大所有器件的定額。在這種情況下，轉(zhuǎn)換效率會(huì)降低，電磁干擾（EMI）問題會(huì)加重。過去10年中，為了提高轉(zhuǎn)換效率和電壓增益，已研究過很多改進(jìn)型的升壓變換器拓?fù)洹ｋm然，變換器設(shè)計(jì)中利用了電壓箝位技術(shù)操作，以克服高電壓級(jí)應(yīng)用中輸出二極管的嚴(yán)重反向回復(fù)問題，但仍存在過大的開關(guān)電壓應(yīng)力，且輔助開關(guān)的接通時(shí)間將限制電壓的增益。文獻(xiàn)中研究了一種新穎的耦合電感器變換器策略，以便用1個(gè)簡(jiǎn)單的電感器，來提高常規(guī)升壓變換器的電壓增益和處理電感器的泄露問題，以及常規(guī)變換器中變壓器的去磁問題。本文，介紹了高效率升壓變換器拓?fù)涞纳龎海约袄肈C-AC逆變器時(shí)PV模塊輸出直流電壓的穩(wěn)壓。
微電子學(xué)和功率器件的發(fā)展，使得工業(yè)中廣泛地應(yīng)用PWM逆變器。PWM逆變器的基本機(jī)理，是通過逆變器、LC濾波器組合，將直流電壓轉(zhuǎn)換為正弦交流輸出。由總諧波畸變（THD）、瞬態(tài)響應(yīng)和效率來評(píng)定性能。這樣，過去10年來對(duì)PWM逆變器的閉路調(diào)節(jié)寄予了很多關(guān)注，以便在不同負(fù)載情況下達(dá)到良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。例如：線性控制，柵極電流控制的觀測(cè)器，基于Lyapunnov的控制，滑模式控制(SMC)等等。
一般，PV模塊的輸出功率大體上按照不同的光輻射而變化。例如，在鄭州一年中最大的平均光照方向是朝南，相應(yīng)的傾角為34.72o，因而很多PV模塊均按這一位置安裝。但按此方式不能持續(xù)地捕獲最大的光輻射量（輻照度），故光伏發(fā)電性能不能有效地改善。最近，很多研究者致力于有關(guān)太陽跟蹤系統(tǒng)的研究，通常的太陽跟蹤器在PV板的端部裝有光傳感器，當(dāng)來自不同光傳感器的反饋信號(hào)相等時(shí)，這意味著PV板正面對(duì)著太陽，在這一相應(yīng)位置具有最大的光輻射。遺憾的是光傳感器起始的校核和調(diào)整是很費(fèi)時(shí)的，且在不同的操作條件下裝置的性能容易改變。為了克服上述缺點(diǎn)，本文介紹的無光傳感器有效太陽跟蹤系統(tǒng)，它是利用PV模塊開路電壓正比于相應(yīng)的（光）輻射照度這一特性，而使PV板尾隨著太陽的直照方向。
本文重點(diǎn)介紹的高性能獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)[1]，包含3個(gè)主要部分：高效率的升壓變換器，帶ATSMC（自適應(yīng)全滑模控制）的PWM逆變器，以及有效的太陽跟蹤器。首先，有效太陽跟蹤器應(yīng)設(shè)計(jì)成能捕獲最大的光輻射量和功率；然后是高效率升壓變換器，應(yīng)能將有效太陽跟蹤器所捕獲的功率轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓源；此外，帶ATSMC的逆變器，再將升壓變換器的這一直流電壓源輸送至交流電壓源而獨(dú)立利用。
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