三相光伏并网逆变器的研究!!!
定稿日期：2011-01-20
作者简介：姚为正（1967-），男，湖南临湘人，副教授，研究方向为可再生能源并网变流技术。
1引言
随着传统能源的日益枯竭，全球面临严重的
能源危机，同时，大量使用化石燃料给环境带来严重危害。要解决能源问题，只能依靠大规模地开发利用可再生绿色能源。太阳能是公认的技术含量最高、最有发展前景的新能源，具有储量大、普遍、经济和清洁环保等优点。太阳能主要用于光伏并网发电，其核心是并网逆变器。因此对光伏并网逆变器控制方法的研究具有一定现实意义。这里建立了三相并网逆变器的数学模型，提出了同步旋转坐标系下电压电流双闭环控制方案，并设计了100kW 单级式三相太阳能光伏并网发电系统。
2三相并网逆变器数学模型
采用LCL 结构的滤波网络实现并网逆变器与
电网的连接，如图1所示。此处采用电压电流双环控制、SVPWM 调制方式。主要参数为：直流母线电容C =4400μF ，LCL 型滤波器中网侧电感L f =
0.1mH ，
滤波电容C u =210μF ，逆变器侧电感L T =0.2mH ，
开关频率f s =4.2kHz [1-2]。由文献[3]可知，LCL 滤波器在d ，q 坐标系下d ，q 轴电流i d ，i q 受到较多耦合量的影响，若对耦合量全部进行解耦，引入的状态量较多，使得控制器设计非常复杂，此外与控制器设计相关的系统参数非常多，使其性能非常依赖于建模时各参数的精确度。由于LCL 滤波器在低频（约低于滤波器谐振频率的一半）时的表现性能和电感型滤波器L 相近，其电感值L =L T +L f ，而PWM 整流器控制器是基于基波设计的。从频域特性可证明LCL 滤波电容器的存在不影响电流环PI 控制器的低频动态特性，因此可忽略C u ，同时忽略电感寄生电阻的影响，从工程角度对滤波器模型进行简化[4]。将三相静止a ，b ，c 坐标系下的数学模型进行Clarke 和Park 变换后，可得三相电压型PWM 整流器在d ，q 坐标系下的数学模型为：
L d i d /d t -ωLi q =u d -e d ，L d i q /d t +ωLi d =u q -e q
C d U dc /d t =i -3（i d s d +i q s q ）/!
2
（1）
式中：u d =s d U dc ；u q =s q U dc 。
三相光伏并网逆变器的研究
姚为正1，付永涛1，芦开平1，王
林
2
（1.上海理工大学，上海
200093；2.许继集团，河南许昌461000）
摘要：介绍了单级式三相光伏系统拓扑结构。基于光伏电池数学模型，利用Matlab 建立了太阳能光伏阵列通用
的仿真模型，并将此电池模型用在三相光伏并网逆变仿真系统中。系统具有最大功率点跟踪（MPPT ）功能，能很好地实现光伏发电系统最佳工作点跟踪。最后通过仿真和实验分析表明该控制策略正确可行。
关键词：逆变器；光伏并网；最大功率点跟踪中图分类号：TM464
文献标识码：A
文章编号：1000-100X （2011）07-0005-02
Research on Three Phase Photovoltaic Grid -connected Inverter
YAO Wei -zheng 1，FU Yong -tao 1，LU Kai -ping 1，WANG Lin 2
（1.University of Shanghai for Science and Technology ，Shanghai 200093，China ）
Abstract ：This paper presents the structure of three phase photovoltaic grid -connected system.A simulation model for photovoltaic array simulator under Matlab environment based on the mathematical modules of PV arrays is built up.The simulation model of photovoltaic array simulator is used in three phase photovoltaic grid -connected system.T he system includes the function of maximum power point tracking （MPPT ）.It can make photovoltaic grid -connected inverter woke in the best point.The feasibility and rightness of the method are verified through this simulative analysis.Keywords ：inverter ；photovoltaic grid -connected ；maximum power point tracking
图
1
单级式三相并网逆变拓扑
3三相逆变器的控制策略
由式（1）可见，d ，q 轴变量互相耦合，
因而无法对i d ，i q 进行单独控制，对控制器的设计造成困难。为此，引入i d ，i q 的前馈解耦控制，对u d ，u q 进行前馈补偿，且由于PI 调节器中的比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差，因此采用PI 调节器作为电流环控制器，则有[5]：u d =-（K p +K i /s ）（i d *-i d ）+e d -ωLi q
u q =-（K p +K i /s ）（i q *-i q ）+e q +ωLi d
!
（2）
经补偿后，可实现完全解耦控制，i d ，i q 分别独立控制，其系统控制框图如图2所示。在三相VSR 控制系统设计中，采用电压外环、电流内环的双闭环控制结构。图中输出电压U dc 和给定参考电压
U dc *比较后，
送入电压PI 控制器，电压控制环的输出信号作为网侧电流有功分量给定值i d *，为达到单位功率因数，设定无功分量给定值i q *=0。i d *，i q *与网侧经变换后的反馈值比较后，送入电流PI 调节器，在前馈解耦和Park 逆变后得到三相网侧电压在两相静止坐标系上的控制信号，经过SVPWM 模块后，输出6路SVPWM 控制信号，从而实现对整流器的控制。U dc *通过MPPT 得到，这里采用电导增量法来实现MPPT [6]。
4系统稳定性分析
LCL 滤波器与L 滤波器相比，滤除高次谐波效果较好，但存在谐振，系统可能不稳定。在滤波器上串联或并联电阻等无源元件可抑制谐振。通常取R d 的值约为谐振点容抗1/（ωr C u ）的1/3，此处为0.3Ω。图3示出桥臂侧电压到网侧电流的波特图。曲线a 为不接电阻，b 为网侧电感串联电阻，c 为滤波电容串联电阻。可见，
电容串联电阻对谐振点抑制作用最好，减小阻尼电阻抑制作用降低，但会降低对高频谐波的抑制作用，增加电路损耗，因此电容串联阻尼电阻值不宜太大。选取电感串联电阻虽可抑制谐振，但因流过阻尼电阻的电流为系统额定电流，系统损耗将大幅增加。这里选取电容串联电阻的方法抑制谐振，绘制了桥臂侧电压到网侧电流电容串联电阻与没有串联电阻
的根轨迹如图4所示。由图4可见，电容串联电阻选取合适的参数值可使系统工作在稳定区域，没有阻尼电阻的系统处于零界稳定，稳定裕度较低。随着PI 调节器比例增益的增加，系统闭环极点移入虚轴的左半平面内，不能保证系统稳定运行。
5
仿真与实验研究
5.1
仿真研究
根据太阳能光伏并网逆变系统的设计方案，在Matlab 中根据太阳能电池特性搭建了电池模型并构成了整个系统仿真电路。设计主要参数为：C =4400μF ，L f =0.1mH ，C u =210μF ，L T =0.2mH ，f s =
4kHz 。
取电网电压线电压有效值为270V 。为抑制LCL 滤波器谐振点，
选取R d =0.3Ω，其中MPPT 模块由S 函数编写，同时为保证能够快速跟踪到最大功率点，令初始电压指令值为500V 。
光伏逆变系统包含电池阵列模型、MPPT 模块、SVPWM 模块、
控制模块、锁相环PLL 模块、逆变主电路等部分。在温度恒定25℃，0.3s 时太阳辐射强度从1kW/m 2降至750W/m 2条件下进行仿真。由仿真结果可知，a 相并网电流i a 稳定，且与电压u a 同频反相，实现高功率因数并网，系统能很好地跟踪最大功率并实现并网[7]。5.2
实验研究
基于理论分析，研制了一台100kW 的三相光伏并网逆变器。取C =4400μF ，LCL 型滤波器中取L f =0.1mH ，C u 为三相星型接法的电容模块，C u =70μF ，L T =0.2mH 。为实现光伏电池较大的工作范围及电气隔离，并网侧加入270/400(下转第16页）
图2
系统控制框图
6
波形。比较可见，在系统开机后两种算法均能使光伏阵列快速、准确地跟踪到MPP ，但当光照强度突然变化时，图6a 中输出电压出现了大幅跌落，输出功率也会随之出现大幅跌落，引起系统振荡，降低了系统跟踪精度，而图6b 中输出电压在小幅度波动后稳定地工作在最佳电压处。实验结果表明，采用改进后的变步长INC 算法，在光照强度突变时系统能快速、稳定地跟踪到MPP ，且基本消除了系统在MPP 振荡的现象，具有良好的动态和稳态性能，跟踪效果明显优于变步长INC 算法。
4结论
在研究现有定步长和变步长的光伏阵列最大
功率点跟踪控制算法的基础上，介绍了一种新型的改进变步长电导增量最大功率点跟踪算法，克
服了现有变步长电导增量法在光照强度剧烈变化
时，因算法错误计算出的步长引起的功率、电压跌落和系统振荡。实验表明，在太阳光照剧烈变化时，采用改进变步长电导增量算法，系统能快速、准确地跟踪到最大功率点并很好地稳定在最大功率点工作，基本消除了系统在最大功率点振荡的现象，保持系统稳定，表现出良好的动态性能。
参考文献
[1]
Esram T ，Chapman P https://www.wendangku.net/doc/4e7553446.html,parison of Photovohaic Array Maximum Power Point Tracking Techniques [J ].IEEE Trans.on Energy Conversion ，2007，22（2）：439-449.[2]
Koizumi H ，Kumkawa K.A Novel Maximum Power Point Tracking Method for PV Module Intergrated Converter[A].Proc.IEEE PESC[C].2005：2081-2086.[3]张
超，何湘宁，赵德安.光伏发电系统变步长MPPT 控制策略研究[J].电力电子技术，2009，43（10）：47-49.
[4]
Fangrui Liu ，Shanxu Duan ，Fei Liu ，et al.A Variable Step Size INC MPPT [J].IEEE Trans.on Industrial Electron -ics ，2008，55（7）：2622-2628.
[5]Jae Ho Lee ，HyunSu Bae ，Bo Hyung Cho.Advanced In -cremental Conductance MPPT Algorithm with a Variable Step Size [A].EPE -PEMC ’06[C].Portoroz ，Slovenia ，2006：603-607.
图6
实验波形
(上接第6页）三角/星型连接升压变压器，
并将L f 计算在变压器漏感中。由于线路及C u 有一定电阻，实际逆变器装置中无额外附加阻尼电阻，实验中限制用另一台整流器提供的直流电源代替电池板阵列进行并网逆变实验。图5a 为三相并网电流与直流母线电压U dc ，图5b 为线电压u ab 与a 相并网电流i a 。由图可见，i a 波形良好，并且其THD =3.7%，u ab 超前i a 30°，
实现了高功率因数并网。6结论
通过研究单级式三相太阳能光伏并网逆变系统，建立了基于LCL 并网逆变器的拓扑结构。基于无源电阻控制，以并网作为电流内环的控制量，设计了电压电流双环控制方式。搭建了仿真与实验系统，结果表明该控制策略正确可行。
参考文献
[1]
黄宇淇，姜新建，邱阿瑞.LCL 滤波器在三相PWM 整流器中的应用[J].电气自动化设备，2008，28（12）：110-113.[2]
Marco Liserre ，Frede Blaabjerg ，Steffan Hansen.Design and Control of an LCL -filter -based Three -phase Active Rectifier[J].IEEE Trans.on Industry Applications ，2005，41（5）：1281-1290.
[3]梁锦泽，曾岳南，张雪群，等.三相电压型PWM 整流器建模与仿真[J].通信电源技术，2008，25（1）：7-10.[4]
刘
飞，殷进军，周
彦，等.LCL 滤波器的三相光伏
逆变器双环控制策略[J].电力电子技术，2008，42（9）：29-31.[5]张崇巍，张
兴.PWM 整流器及其控制[M].北京：机械
工业出版社，2003.
[6]
吴理博，赵争鸣，刘建政，等.单级式光伏并网逆变系统中的最大功率点跟踪算法稳定性研究[J].中国电机工程学报，2006，3（6）：73-76.[7]
茆美琴，余世杰，苏建徽.带有MPPT 功能的光伏阵列Matlab 通用仿真模型[J].系统仿真学报，2005，17（5）：
1248-1251.
图5实验波形
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
16
光伏并网逆变器控制方法研究(小论文)
光伏并网逆变器控制方法研究 【摘要】本文以3KW的家用型光伏并网发电系统为例，对光伏并网发电系统的核心——并网逆变器，进行控制策略的研究。在MATLAB/SIMULIINK环境下建立光伏并网发电系统的数学模型，并选用电流滞环比较控制、无差拍控制、数字PID控制进行仿真研究。仿真结果表明，三种控制策略都能得到符合并网要求的输出电流，其中无差拍控制得到的电流波形最佳。 【关键词】光伏并网，最大功率点跟踪，逆变控制，MA TLAB 1绪论 自世界上第一座光伏电站建立以来的40多年间，光伏发电产业的发展非常迅速。截至2014年，全球的光伏装机总容量超过了160GW，我国的光伏装机总量也达到了28GW。不过，在我国光伏产业发展迅速的背后，隐藏着光伏并网率低的问题。针对这一问题，本文以3KW光伏并网发电系统为例，对并网逆变器的控制方法进行研究。同时，对传统的逆变控制方法进行改进，以获得更好的逆变效果。 2光伏并网发电系统的组成 如图2.1所示，本文采用的是双级式的单相光伏并网发电系统。整个系统由光伏电池、DC/DC变换环节、DC/AC逆变环节和滤波器组成。光伏电池输出的电能进入DC/DC变换环节进行升压，同时实现最大功率点跟踪；稳定的直流电压由DC/AC逆变成交流电流，经过LC滤波器后并入电网。 Grid 图2.1 双级式单相光伏并网发电系统 3MPPT算法 最大功率点跟踪（MPPT）是指在温度、光照发生变化时，系统仍能使光伏电池的保持最大功率输出。目前，常用的MPPT控制算法有恒定电压法、电导增量法、扰动观察法[1-2]和模糊控制[3]等。 本文采用的MPPT算法是一种改进的电导增量法，电导增量法的控制原理是：通过比较光伏阵列的瞬时导抗与导抗变化量的方法来实现对最大功率的跟踪；理论依据是光伏电池 dP dU=，的P-V特性曲线是一条单峰的曲线，在最大功率点处功率对电压导数为0，即/0 dP dU的符号来确定增大或减小电压。这种判断方法需要多判断一次dU的符通过判断/ ?作为判断式，避免了分母为0的情况，号，增加了工作量。针对此问题，本文以dP dU 简化了控制过程，使算法更为简单。算法的仿真模型如图3.1所示。
光伏并网逆变器的研究概要
光伏并网逆变器的研究 【中文摘要】针对全球范围内能源紧张的局面,开发利用太阳能越来越受到重视。太阳能光伏并网发电是太阳能利用的主要形式,具有广阔的发展远景。本文就是在此背景下,对太阳能并网发电系统的核心器件并网逆变器进行重点研究。为此,论文主要对逆变器的电路拓扑结构、最大功率点跟踪、并网控制方案以及在并网过程中的反孤岛技术进行了分析研究。首先,简述了国内外光伏发电的现状和发展趋势,根据单相光伏并网发电系统的特点,本文选择了合适的主电路拓扑结构,该结构没有变压器,具有体积小、本钱低、控制方案易实现等优点。其次,通过比较分析目前太阳能电池进行最大功率跟踪的各种传统方法,运用了一种基于改进型Fibonacci线性搜索的最大功率跟踪算法。理论上证实了通过调节DC/DC升压电路的占空比可以改变太阳能电池的输出功率,以使太阳能电池工作于最大输出功率点上。本文阐述了添加反孤岛效应保护的必要性,通过对反孤岛效应的主动和被动检测方法的对比,最后采用了周期性扰动AFDPF检测方法并对其进行仿真验证。最后,本文对光伏并网逆变器的控制方案进行了分析,采用了基于SPWM的电流输出控制算法,该方法具有开关频率固定、物理意义清楚、实现方便等优点,通过MATLAB进行了仿真,结果表明了该方案的有效性和可行性。'); 【Abstract】 For the strenuous energy sources currently in the global scope,exploiting and utilizing the solar energy is paid more attention by many people than before. Photovoltaic(PV) generation,one important method of using solar energy,is very promising.Under this background,the dissertation deeply researches the PV grid-connected inverter,which is the hard core of the system.The *** analyzed the topology of the inverter,maximum power point tracing(MPPT),the control method of the inverter and the technology of grid-connected such as anti-island.Firstly,it briefly introduces the present situation and the development prospects of Photovoltaic generating at home and abroad.Based on the character of single-phase PV grid-connected system,the *** expatiated a suitable topological construction,which doesn\'t use the transformer with features which the small size, low cost and easy control strategy and so on.Secondly,by comparing many different traditional methods,this *** finds a new way to use a new Fibonacci search algorithm to realize the maximum power point tracking(MPPT).In this thesis,it is demonstrated theoretically that the maximum power-output can be matched by adjusting the duty ratio of the DC/DC circuit.This *** presents the needed of anti-islanding effect,analyses the active and passive detecting methods separately,then verifies the validity of the active frequency drift with periodical disturbance and positive feedback method.Finally,several popular control methods of inverter are simply analyzed.Based on SPWM,the scheme of current control have
太阳能光伏并网逆变器的设计原理框图
随着生态环境的日益恶化，人们逐渐认识到必须走可持续发展的道路，必须完成从补充能源向替代能源的过渡。光伏并网是太阳能利用的发展趋势，光伏发电系统将主要用于调峰电站和屋顶光伏系统。 在光伏并网系统中，并网是核心部分。目前并网型系统的研究主要集中于DC-DC和DC-AC 两级能量变换的结构。DC-DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点;DC-AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。其中DC-AC是系统的关键设计。 太阳能光伏并网系统结构图如图1所示。本系统采用两级式设计，前级为升压斩波器，后级为全桥式逆变器。前级用于最大功率追踪，后级实现对并网电流的控制。控制都是由DSP芯片TMS320F2812协调完成。 图1 光伏并网系统结构图 逆变器的设计 太阳能并网逆变器是并网发电系统的核心部分，其主要功能是将发出的直流电逆变成单相交流电，并送入电网。同时实现对中间电压的稳定，便于前级升压斩波器对最大功率点的跟踪。并且具有完善的并网保护功能，保证系统能够安全可靠地运行。图2是并网逆变器的原理图。
图2 逆变器原理框图 控制系统以TI公司的TMS320F2812为核心，可以实现反馈信号的处理和A/D转换、DC/DC变换器和PWM逆变器控制脉冲的产生、系统运行状态的监视和控制、故障保护和存储、485通讯等功能。实际电路中的中间电压VDC、网压、并网电流和太阳能电池的电压电流信号采样后送至F2812控制板。控制板主要包括：CPU及其外围电路，信号检测及调理电路，驱动电路及保护电路。其中信号检测及调理单元主要完成强弱电隔离、电平转换和信号放大及滤波等功能，以满足DSP控制系统对各路信号电平范围和信号质量的要求。驱动电路起到提高脉冲的驱动能力和隔离的作用。保护逻辑电路则保证发生故障时，系统能从硬件上直接封锁输出脉冲信号。 在实现同频的条件下可用矢量进行计算，从图3可以看出逆变器输出端存在如图3a所示的矢量关系，对于光伏并网逆变器的输入端有下列基本矢量关系式： Vac=Vs+jωL·IN+RS·IN (1) 式中Vac—电网基波电压幅值，Vs—逆变器输出端基波幅值。 图1 光伏并网系统结构图 图3 控制矢量图 在网压Vac(t)为一定的情况下，IN(t)幅值和相位仅由光伏并网逆变器输出端的脉冲电压中的基波分量Vs(t)的幅值，及其与网压Vac(t)的相位差来决定。改变Vs(t)的幅值和相位就可以控制输入电流IN(t)和Vac(t)同相位。PWM整流器输入侧存在一个矢量三角形关系，在实际系统中RS 值的影响一般比较小，通常可以忽略不计得到如图3b所示的简化矢量三角形关系，即下式： (2) 在一个开关周期内对上式进行周期平均并假设输入电流能在一个开关周期内跟踪电流指令即可推导出下式： (3)式中K= L/TC，TC为载波周期。 从该模型即可以得到本系统所采用的图4所示的控制框图。此方法称为基于改进周期平均模型的固定频率电流追踪法。
(完整版)单相光伏并网逆变器的研究40本科毕业设计41
单相光伏并网逆变器的研究
轮机工程学院
摘要 能源危机和环境问题的不断加剧，推动了清洁能源的发展进程。太阳能作为一种清洁无污染且可大规模开发利用的可再生能源，具有广阔应用前景。并且伴随“智能电网”理论的兴起，分布式电力系统正日益受到关注，光伏逆变系统作为分布式电力系统的一种重要形式，使得对该领域的研究具有重要的理论与现实意义。 论文在分析光伏逆变系统发展现状与研究热点的基础上，探讨了光伏逆变系统的主要关键技术，对直接影响光伏逆变系统的工作效率以及工作状态的最大功率点跟踪控制、光伏逆变器控制等技术进行了详细研究。 为研究光伏逆变系统，本文建立了一套完整的光伏逆变系统模型，主要包括光伏电池模块，前级DCDC变换器，后级DCAC逆变器，以及相应的控制模块。为了提高系统模型的准确性及稳定性，论文设计了一种输出电压随温度光照改变的光伏电池模型，提出了一种基于Boost 升压变换器的最大功率点跟踪（MPPT）控制策略，并且将正弦脉冲宽度调制技术（SPWM）应用于逆变器控制。最后在MatlabSimulink软件环境下搭建了光伏逆变系统的整体模型，完成系统性的实验验证。 经过仿真实验验证，所提出的光伏逆变系统设计方案正确可行，且输出达到了设计要求，为进一步实现并网功能提供了条件，具有较高的实用参考价值。 关键词：光伏电池；最大功率点跟踪；光伏逆变系统；正弦脉冲调制技术
ABSTRACT With intensify of the energy crisis and environmental problems, the development of clean energy . The solar energy because of its friendly-environmental advantage and renewable property. With the proposition of the Smart Grid, Distributed Power System . As an important form of Distributed Power System, photovoltaic inverter system is the key of the research in this field. This paper discusses the key techniques of photovoltaic inverter system on the basis of analysis of development and research techniques such as maximum power point tracking (MPPT) which work efficiency and work condition and technology of PV inverter. In order to research PV inverter system, this paper builds an integral model, including PV battery model and DCDC converter and DCAC single phase inverter as well as corresponding control models. In order to improve the validity and the stability of the system, the paper
毕业设计-单相光伏并网逆变器的控制原理及电路实现
第一章绪论 1.1 光伏发电背景与意义 作为一种重要的可再生能源发电技术，近年来，太阳能光伏(Photovoltaie，PV)发电取得了巨大的发展，光伏并网发电已经成为人类利用太阳能的主要方式之一。目前，我国已成为世界最大的太阳能电池和光伏组件生产国，年产量已达到100万千瓦。但我国光伏市场发展依然缓慢，截至2007年底，光伏系统累计安装100MWp，约占世界累计安装量的1％，产业和市场之间发展极不平衡。为了推动我国光伏市场的发展，国家出台了一系列的政策法规，如《中华人民共和国可再生能源法》、《可再生能源中长期发展规划》、《可再生能源十一五发展规划》等。这些政策和法规明确了太阳能发电发展的重点目标领域。《可再生能源中长期发展规划》还明确规定了大型电力公司和电网公司必须投资可再生能源，到2020年，大电网覆盖地区非水电可再生能源发电在电网总发电量中的比例要达到3％以上。对于这一目标的实现，光伏发电无疑会起到非常关键的作用。 当下，我国地方和企业正积极共建兆瓦级以上光伏并网电站，全国已建和在建的兆瓦级并网光伏电站共11个（2008年5月前估计），典型的如甘肃敦煌10MW 并网光伏特许权示范项目，青海柴达木盆地的1000MW大型荒漠太阳能并网电站示范工程，云南石林166MW并网光伏实验示范电站。可以预见，在接下来的几年里，光伏并网发电市场将会为我国摆脱目前的金融危机提供强大的动力，光伏产业依然会持续以往的高增长率，光伏市场的前景仍然令人期待。光伏并网发电系统是利用电力电子设备和装置，将太阳电池发出的直流电转变为与电网电压同频、同相的交流电，从而既向负载供电，又向电网馈电的有源逆变系统。按照系统功能的不同，光伏并网发电系统可分为两类：一种是带有蓄电池的可调度式光伏并网发电系统；一种是不带蓄电池的不可调度式光伏并网发电系统。典型的不可调度式光伏并网发电系统如图1-1所示。
光伏并网逆变器控制与仿真设计
光伏并网逆变器控制与仿真设计 为了达到提高光伏逆变器的容量和性能目的，采用并联型注入变换技术。根据逆变器结构以及光伏发电阵电流源输出的特点，选用工频隔离型光伏并网逆变器结构，并在仿真软件PSCAD中搭建光伏电池和逆变器模型，最后通过仿真与实验验证了理论的正确性和控制策略的可行性。 ?近年来，应用于可再生能源的并网变换技术在电力电子技术领域形成研究热点。并网变换器在太阳能光伏、风力发电等可再生能源分布式能源系统中具有广阔发展前景。太阳能、风能发电的重要应用模式是并网发电，并网逆变技术是太阳能光伏并网发电的关键技术。在光伏并网发电系统中所用到的逆变器主要基于以下技术特点：具有宽的直流输入范围；具有最大功率跟踪（MPPT）功能；并网逆变器输出电流的相位、频率与电网电压同步，波形畸变小，满足电网质量要求；具有孤岛检测保护功能；逆变效率高达92％以上，可并机运行。逆变器的主电路拓扑直接决定其整体性能。因此，开发出简洁、高效、高性价比的电路拓扑至关重要。 ?1 逆变器原理 ?该设计为大型光伏并网发电系统，据文献所述，一般选用工频隔离型光伏并网逆变器结构，如图1所示。光伏阵列输出的直流电由逆变器逆变为交流电，经过变压器升压和隔离后并入电网。光伏并网发电系统的核心是逆变器，而电力电子器件是逆变器的基础，虽然电力电子器件的工艺水平已经得到很大的发展，但是要生产能够满足尽量高频、高压和低EMI的大功率逆变器时仍有很大困难。所以对大容量逆变器拓扑进行研究是一种具有代表性的解决方案。作为太阳能光伏阵列和交流电网系统之间的能量变换器，其安全性，可靠性，逆变效率，制造成本等因素对于光伏逆变器的发展有着举足轻
一文看懂光伏逆变器工作原理!
一文看懂光伏逆变器工作原理！ 工作原理及特点 工作原理： 逆变装置的核心，是逆变开关电路，简称为逆变电路。该电路通过电力电子开关的导通与关断，来完成逆变的功能。 特点： (1)要求具有较高的效率。 由于目前太阳能电池的价格偏高，为了最大限度的利用太阳能电池，提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率。 (2)要求具有较高的可靠性。 目前光伏电站系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求逆变器有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变器具备各种保护功能，如：输入直流极性接反保护、交流输出短路保护、过热、过载保护等。 (3)要求输入电压有较宽的适应范围。 由于太阳能电池的端电压随负载和日照强度变化而变化。特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大，如12V的蓄电池，其端电压可能在 10V~16V之间变化，这就要求逆变器在较大的直流输入电压范围内保证正常工作。 光伏逆变器分类 有关逆变器分类的方法很多，例如：根据逆变器输出交流电压的相数，可分为单相逆变器和三相逆变器;根据逆变器使用的半导体器件类型不同，又可分为晶体管逆变器、晶闸管逆变器及可关断晶闸管逆变器等。根据逆变器线路原
理的不同，还可分为自激振荡型逆变器、阶梯波叠加型逆变器和脉宽调制型逆变器等。根据应用在并网系统还是离网系统中又可以分为并网逆变器和离网逆变器。为了便于光电用户选用逆变器，这里仅以逆变器适用场合的不同进行分类。 1、集中型逆变器 集中逆变技术是若干个并行的光伏组串被连到同一台集中逆变器的直流输入端，一般功率大的使用三相的IGBT功率模块，功率较小的使用场效应晶体管，同时使用DSP转换控制器来改善所产出电能的质量，使它非常接近于正弦波电流，一般用于大型光伏发电站(>10kW)的系统中。最大特点是系统的功率高，成本低，但由于不同光伏组串的输出电压、电流往往不完全匹配(特别是光伏组串因多云、树荫、污渍等原因被部分遮挡时)，采用集中逆变的方式会导致逆变过程的效率降低和电户能的下降。同时整个光伏系统的发电可靠性受某一光伏单元组工作状态不良的影响。最新的研究方向是运用空间矢量的调制控制以及开发新的逆变器的拓扑连接，以获得部分负载情况下的高效率。 2、组串型逆变器 组串逆变器是基于模块化概念基础上的，每个光伏组串(1-5kw)通过一个逆变器，在直流端具有最大功率峰值跟踪，在交流端并联并网，已成为现在国际市场上最流行的逆变器。 许多大型光伏电厂使用组串逆变器。优点是不受组串间模块差异和遮影的影响，同时减少了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，从而增加了发电量。技术上的这些优势不仅降低了系统成本，也增加了系统的可靠性。同时，在组串间引人"主-从"的概念，使得系统在单串电能不能使单个逆变器工作的情况下，将几组光伏组串联系在一起，让其中一个或几个工作，从而产出更多的电能。 最新的概念为几个逆变器相互组成一个"团队"来代替"主-从"的概念，使得系统的可靠性又进了一步。目前，无变压器式组串逆变器已占了主导地位。
光伏并网逆变器分类
光伏并网逆变器分类 并网逆变器是太阳能光伏系统中的关键部件，它将太阳能电池产生的直流电通过电力电子变换技术转换为能够直接并入电网、负载的交流能量。其性能，效率直接影响整个太阳能光伏系统的效率和性能。下面将从并网逆变器的分类来进行了解。 1、按照隔离方式分类 包括隔离式和非隔离式两类，其中隔离式并网逆变器又分为工频变压器隔离方式和高频变压器隔离方式。光伏并网逆变器发展之初多采用工频变压器隔离的方式，但由于其体积、重量、成本方面的明显缺陷。近年来高频变压器隔离方式的并网逆变器发展较快，非隔离式并网逆变器以其高效率、控制简单等优势也逐渐获得认可，目前已经在欧洲开始推广应用，但需要解决可靠性、共模电流等关键问题。 2、按照输出相数分类 可以分为单相和三相并网逆变器两类，中小功率场合一般多采用单相方式，大功率场合多采用三相并网逆变器。按照功率等级进行分类，可分为功率小于1kVA的小功率并网逆变器，功率等级1kVA~50kVA的中等功率并网逆变器和50kVA以上的大功率并网逆变器。 3、按照功率流向进行分类 分为单方向功率流和双方向功率流并网逆变器两类，单向功率流并网逆变器仅用作并网发电，双向功率流并网逆变器除可用作并网发电外，还能用作整流器，改善电网电压质量和负载功率因素。近几年双向功率流并网逆变器开始获得关注，是未来的发展方向之一。 4、按照拓扑结构分类 目前采用的拓扑结构包括：全桥逆变拓扑、半桥逆变拓扑、多电平逆变拓扑、推挽逆变拓扑、正激逆变拓扑、反激逆变拓扑等，其中高压大功率光伏并网逆变器可采用多电平逆变拓扑，中等功率光伏并网逆变器多采用全桥、半桥逆变拓扑，小功率光伏并网逆变器采用正激、反激逆变拓扑。 从技术层面讲，大功率并网逆变器和小功率并网逆变器是未来的两个主要发展方向，其中小功率光伏并网逆变器——微逆变器是最具发展潜力和市场应用前景的发展方向，高频化、高效率、高功率密度、高可靠性和高度智能化是未来的发展方向。
三相光伏并网逆变器的设计
三相光伏并网逆变器的设计毕业设计开题报告 1 选题的目的和意义 随着社会生产的曰益发展，对能源的需求量在不断增长，全球范围内的能源危机也日益突出。地球中的化石能源是有限的，总有一天会被消耗尽。随着化石能源的减少，其价格也会提高，这将会严重制约生产的发展和人民生活水平的提高。可再生能源是满足世界能源需求的一种重要资源，特别是对于我们这个人口大国来讲更加重要。其中太阳能资源在我国非常丰富，其应用具有很好的前景。 光伏并网发电系统是通过太阳能电池板将太阳能转化为电能，并通过并网逆变器将直流电变为与市电同频同相的交流电，并回馈电网。存阳光充足时，太阳能发出的电可供使用，而不使用市网电；在阳光不充足或光伏发电量达不到使用量时，由控制部分自动调节，通过市网电给予补充。此系统主要用于输电线路调峰电站以及屋顶光伏系统。 光伏并网发电系统的核心技术是并网逆变器，在本文中对于单相并网逆变器硬件进行了建摸及设计。给出了硬件主回路并对各部分的功能进行了分析，同时选用Tl公司的DSP芯片TMs320F2812作为控制CPU，阐述了芯片特点及选择的原因。并对并网逆变器的控制及软件实现进行了研究。文中对于光伏电池的最大功率跟踪(MPPT)技术作了闸述并提出了针对本设计的实现方法。最后对安全并网的相关问题进行了分析探讨。 2 本选题的国内外动向 太阳能光伏并网发电始于20世纪80年代，由于光伏并网逆变器在并网发电中所起的核心作用，世界上主要的光伏系统生产商都推出了各自商用的并网逆变器产品。这些并网逆变器在电路拓扑、控制方式、功率等级上都有其各自特点，其性能和效率也参差不齐。目前在国内外市场上比较成功的商用光伏并网逆变器主要有以下几种： 1．德国SMA公司的Sunny Boy系列光伏逆变器艾思玛太阳能技术股份公司(SMA SolarTechnology AG)是全球光伏逆变器第一大生产供应商，并引领着全球光伏领域的技术创新和发展。该公司推出的Sunny Boy系列光伏组串逆变器是目前为止并网光伏发电站最成功的逆变器，市场份额高达60％。其在国内的典型工程包括大兴天普“50kWp大型屋顶光伏并网示范电站"、深圳国际园林花卉博览园1MWp光伏并网发电工程等。 2．奥地利Fronius公司的IG系列光伏逆变器Fronius是专业生产光伏并网逆变器和控制器
光伏并网逆变器拓扑结构的研究
光伏并网逆变器拓扑的研究 陈德双，陈增禄 （西安工程大学电子信息学院，西安 710048） 摘要：本文介绍了多种光伏并网逆变器常用的拓扑方案，分析了各自拓扑结构的特点、功率及适用场合，对逆变器的选型与设计提供了借鉴和参考。 关键词：光伏并网；并网逆变器；拓扑结构；Buck-boost ；三相 1 引言 跨入21世纪之后，全球正在面临能源危机，新能源已经成为世界经济发展中最具决定力的五大技术领域之一。太阳能光伏发电技术作为新能源的重要一员得到了持续的发展。 太阳能光伏发电系统可区分为两大类：一是独立系统，二是并网系统。独立系统是由太阳能电池直接给负载提供功率，多用于向偏远无电地区供电，易受到诸如时间和季节的影响。独立系统结构图如图1-1所示。 图1-1 独立系统结构图 随着电力电子技术的进步和控制理论的发展，光伏并网发电已经成为太阳能利用的主要形式。并网发电系统的特点是通过控制逆变器，直接将太阳能电池阵列发出的直流电转换为交流电，输向电网，如图1-2所示。寻求高性能、低造价的光伏材料和器件以减小光伏发电系统的自身损耗是其研究热点之一。作为光伏阵列与电网系统间进行能量变换的逆变器，其安全性、可靠性、逆变效率、制造成本等因素对发电系统的整体投资和收益具有举足轻重的地位。因此，对于拓扑结构的合理选择、提高系统效率和降低生产成本有着极其重要的意义。 图1-2 并网发电系统结构图 太阳光
2 光伏并网逆变器拓扑方案 并网逆变器作为并网发电系统进行电能变换的核心，具体电路拓扑众多，根据直流侧电源性质的不同可分为两种：电压型逆变器和电流型逆变器，结构如图2-1。电流型逆变器，其直流侧输入为电流源，需要串联一大电感提供较为稳定的直流电流输入，但此大电感会导致系统动态响应差，因此当前世界范围内大部分并网逆变器均采用直流侧以电压源为输入的电压型逆变器。 根据逆变器的输入端和输出端是否隔离，可将逆变器分为隔离型和非隔离型。隔离型逆变器一般都采用变压器进行隔离。隔离型逆变器又可分为高频变压器型和工频变压器型。也可以根据功率变换的级数将逆变器分为单级式和多级式。 图2-1 按直流侧电源性质分类的并网逆变器结构图 2.1 按是否隔离分类 工频变压器型逆变器采用一级DC/AC 主电路，变压器置于逆变器与电网之间，如图2-2所示。这种方式可有效阻止逆变器输出波形中的直流分量注入电网，减少对电网的污染。 图2-2 工频变压器型逆变器拓扑 高频变压器型逆变器采用两级或多级变换实现并网逆变。以两级变换为例，如图2-3所示。前级将直流电压斩波为高频脉冲，通过高频变压器后整流，后级通过逆变器并网。 电压型逆变器 s s
光伏并网逆变器控制策略的研究
题目：光伏并网逆变器控制策略的研究
光伏并网逆变器控制策略的研究 摘要 世界环境的日益恶化和传统能源的日渐枯竭，促使了对新能源的开发和发展。具有可持续发展的太阳能资源受到了各国的重视，各国相继出台的新能源法对太阳能发展起到推波助澜的作用。其中，光伏并网发电具有深远的理论价值和现实意义，仅在过去五年，光伏并网电站安装总量已达到数千兆瓦。而连接光伏阵列和电网的光伏并网逆变器便是整个光伏并网发电系统的关键。 本文通过按主电路分类、按功率变换级数分类和按变压器分类的三大类划分逆变器的方法分别介绍了每个逆变器电路的拓扑结构。之后本文首先介绍了国内外并网逆变器的研究状况以及相关并网技术标准，比较了当前主流的控制技术。然后,详细的阐述了光伏并网发电逆变器系统的整体设计和各单元模块的设计,其中包括太阳能电池组、升压斩波电路、逆变电路和傅里叶变换。 在简要介绍了系统的结构拓扑和控制要求之后，论文重点研究了基于电流闭环的矢量控制策略，阐述了其拓扑结构、工作原理及运行模式。为了深入研究控制策略，分别建立了基于电网电压定向的矢量控制和基于虚拟磁链定向的矢量控制。最后，本文针对几种产生谐波的原因，对L、LC、LCL 三种滤波器进行了比较分析。 最后，本文对光伏并网的总系统进行了MATLAB仿真，由于时间的限制，只做出了通过间接控制电流从而达到控制有功无功公功率的仿真。 关键词：光伏并网，逆变器电路拓扑，电流矢量控制，谐波
PHOTOVOLTAIC (PV) GRID INVERTER CONTROL STRATEGY RESEARCH Abstract World deteriorating environment and the increasing depletion of traditional energy sources prompted the development of new energy and development. Solar energy resources for sustainable development has been national attention, solar countries have contributed to the severity of the introduction of the new energy law developments. Among them, the photovoltaic power generation has profound theoretical and practical significance, only in the past five years，the total installed photovoltaic power plant has reached thousands of megawatts. Connected PV array and grid PV grid-connected inverter is the whole key photovoltaic power generation system. Based classification by main circuit and the power level classification and Division of three categories classified by transformer inverter of methods each inverters circuit topologies are introduced.This article introduces the domestic and foreign research on grid-connected inverters and related technical standards for grid-connected, compared the current mainstream technology.Then detail a grid-connected photovoltaic inverter system design and the modular design, including solar arrays, chop-wave circuit, inverter circuits and Fourier transform. Briefly introduces the system topology and control requirements, this paper focuses on the current loop-based vector control strategies, describes the topological structure, working principle and its operating mode.In order to study the control strategies were established based on power system voltage oriented vector control based on virtual flux-oriented vector control.Finally, for several reasons for harmonic, l, LC, LCL compares and analyses the three types of filters. Keywords:Photovoltaic, inverters circuit topologies, current vector control, harmonic
光伏并网逆变器选型细则
并网逆变器选型细则 并网逆变器是将太阳能直流电转换为可接入交流市电的设备，是太阳能光伏发电站不可缺少的重要组成部分。以下对光伏电站设计过程中并网逆变器及其选型做比较详细的介绍和分析。 1．并网逆变器在光伏电站中的作用 光伏发电系统根据其应用模式一般可分为独立发电系统、并网发电系统以及混合系统，而并网发电系统的基本特点就是太阳电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。 1.1 并网光伏电站的基本结构 1.2 并网逆变器功作用和功能 并网逆变器是电力、电子、自动控制、计算机及半导体等多种技术相互渗透与有机结合的综合体现，它是光伏并网发电系统中不可缺少的关键部分。并网逆变器的主要功能是： ◆最大功率跟踪 ◆DC-AC转换 ◆频率、相位追踪 ◆相关保护 2．并网逆变器分类 并网逆变器按其电路拓扑结构可以分为变压器型和无变压器型逆变器，其中变压器型又分为高频变压器型和低频变压器型。变压器型和无变压器型逆变器的
主要区别在于安全性和效率两个方面。以下对三种类型逆变器做简单介绍： ◆高频变压器型 采用DC-AC-DC-AC的电路结构，设计较为复杂，采用较多的功率开关器件，因此损耗较大。 ◆低频变压器型 采用DC-AC-AC的电路结构，电路简单，采用普通工频变压器，具有较好的电气安全性，但效率较低。 ◆无变压器型 采用DC-AC的电路结构，无电气隔离，电压范围较窄，但是损耗小、效率高。 3．并网逆变器主要技术指标 a. 使用环境条件 逆变器正常使用条件：包括工作温度、工作湿度以及逆变器的冷却方式等相关指标。 b. 直流输入最大电流 c. 直流输入最大电压 d. 直流输入MPP电压范围 逆变器对太阳能电池部分进行最大功率追踪（MPPT）的电压范围，一般小于逆变器允许的最大直流输入电压，设计电池组件的输出电压应当在MPP电压范围之内。 e. 直流输入最大功率
光伏并网逆变器设计方案讲解
100kW光伏并网逆变器 设计方案 目录 1. 百千瓦级光伏并网特点 (2) 2 光伏并网逆变器原理 (3) 3 光伏并网逆变器硬件设计 (3) 3.1主电路 (6) 3.2 主电路参数 (7) 3.2.1 变压器设计............................................................................. 错误!未定义书签。 3.2.3 电抗器设计 (7) 3.3 硬件框图 (10) 3.3.1 DSP控制单元 (11) 3.3.2 光纤驱动单元 (11) 3.3.2键盘及液晶显示单元 (13) 3 光伏并网逆变器软件 (13)
1. 百千瓦级光伏并网特点 2010年全球太阳能光伏发电系统装机容量将达到10000MWp（我国将达到400MWp），2010年以后还将呈进一步加速发展趋势。百千瓦级大型光伏发电并网用逆变控制功率调节设备，成本低，效率高，容量大，被国内外光伏界公认为是适合大功率光伏发电并网用的最具技术含量、最有发展前景的新一代主流产品，直接影响到未来光伏发电的走向。 百千瓦级大功率光伏并网逆变电源其应用对象主要为大型光伏并网电站，从原理上讲，其并网控制技术与中小功率光伏并网系统的控制技术基本相同，但由于装置容量较大，在技术指标的实现达标和功能设计方面却有较大区别。 在技术指标上，主要会影响： 1.并网电流畸变率 在系统的额定容量达到一定数量级时，一些存在的技术问题将会逐步暴露并影响到系统的性能指标，其最重要的一点就是并网电流波形畸变率的控制和电流滤波方式。该系统中的主变压器一般选择为三相Δ/Y型式，且容量较大，此时变压器的非线性和励磁电流对并网电流波形的影响不容忽视，否则会引起并网电流波形的明显畸变和三相电流不平衡。 2.电磁噪声 由于是三相桥式逆变结构，受IGBT功率模块的开关频率限制及考虑系统的效率指标，系统的电流脉动要远高于中小功率系统，对电流的滤波和噪声控制需要特别注意，此时对系统的滤波电路设计和并网电流PWM控制方式的研究至关重要。由于系统的dv/dt、di/dt和电流幅值较大，其EMI和EMC的指标实现可能存在技术难度，由于系统的噪声可能影响其电流、功率的检测和计算精度，在最大功率跟踪和孤岛效应识别等方面的影响还难以预计。 在技术指标上，主要考虑： 1)主电路工艺结构设计 2)散热工艺结构设计 3)驱动方式设计
太阳能光伏并网逆变器的设计原理框图概要
太阳能光伏并网逆变器的设计原理框图 随着生态环境的日益恶化，人们逐渐认识到必须走可持续发展的道路，太阳能必须完成从补充能源向替代能源的过渡。光伏并网是太阳能利用的发展趋势，光伏发电系统将主要用于调峰电站和屋顶光伏系统。 在光伏并网系统中，并网逆变器是核心部分。目前并网型系统的研究主要集中于DC-DC和DC-AC两级能量变换的结构。DC-DC变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点;DC-AC逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位，同时获得单位功率因数。其中DC-AC是系统的关键设计。 太阳能光伏并网系统结构图如图1所示。本系统采用两级式设计，前级为升压斩波器，后级为全桥式逆变器。前级用于最大功率追踪，后级实现对并网电流的控制。控制都是由DSP芯片TMS320F2812协调完成。 图1 光伏并网系统结构图
逆变器的设计 太阳能并网逆变器是并网发电系统的核心部分，其主要功能是将太阳能电池板发出的直流电逆变成单相交流电，并送入电网。同时实现对中间电压的稳定，便于前级升压斩波器对最大功率点的跟踪。并且具有完善的并网保护功能，保证系统能够安全可靠地运行。图2是并网逆变器的原理图。 图2 逆变器原理框图
控制系统以TI公司的TMS320F2812为核心，可以实现反馈信号的处理和A/D转换、DC/DC变换器和PWM逆变器控制脉冲的产生、系统运行状态的监视和控制、故障保护和存储、485通讯等功能。实际电路中的中间电压VDC、网压、并网电流和太阳能电池的电压电流信号采样后送至F2812控制板。控制板主要包括：CPU及其外围电路，信号检测及调理电路，驱动电路及保护电路。其中信号检测及调理单元主要完成强弱电隔离、电平转换和信号放大及滤波等功能，以满足DSP控制系统对各路信号电平范围和信号质量的要求。驱动电路起到提高脉冲的驱动能力和隔离的作用。保护逻辑电路则保证发生故障时，系统能从硬件上直接封锁输出脉冲信号。 在实现同频的条件下可用矢量进行计算，从图3可以看出逆变器输出端存在如图3a所示的矢量关系，对于光伏并网逆变器的输入端有下列基本矢量关系式： Vac=Vs+jωL·IN+RS·IN (1) 式中Vac—电网基波电压幅值，Vs—逆变器输出端基波幅值。
双级式光伏并网逆变器研究样本
电力电子与电力传动专题课课程报告——双级式光伏并网逆变器研究 哈尔滨工业大学 7月
双级式光伏并网逆变器研究 摘要:在当今世界能源危机与环境污染加剧的趋势下, 太阳能因具有可再生和清洁无污染的优点受到人们的关注, 更是被各国用来缓解环境污染的主要举措, 而且与其它清洁能源相比太阳能的发展速度最快。随着太阳利用技术的发展, 太阳能的利用形式已从传统的光-热利用发展到现在的光-电利用, 光伏发电必将成为未来最主要利用形式并得到迅猛发展。而逆变器是实现光生电能向电网电能转换的重要器件。本文对光伏并网逆变系统的结构和逆变器的拓扑进行分析, 比较各优缺点。并对两级式并网逆变器的前级和后级的控制方法进行分析研究, 比较各控制方法的优缺点。 关键词: 太阳能; 光伏发电; MPPT; 逆变器; 单周期控制 0 引言 当今世界人口众多, 能源是经济发展的一个非常重要的需求。无论是提高生活水平还是发展经济, 都不能离开能源。而能源问题早就已经不是能源的本身问题, 金融资本的市场与石油的市场高度的一体化, 使能源更加变得受人关注。有关学者称, 能源革命的革命意义是比十年前的信息技术的革命意义更加的重大和深远, 是有史以来最伟大的一种革命。能源革命已经变成了全球共同关注的课题。在能源和环境这两个方面, 我们国家面临的挑战是有史以规模最大而且最为严峻的。为了给正在进行的城镇化、工业化、机动车化, 以及给全国不足14亿的人口提供充分的、可靠的而且廉价的、清洁的和便利的能源, 从规模上说, 这比世界上的任何一
个国家的经历都要大很多。本土的资源和能源的短缺, 能源进口的快速增长, 国际油价的高数字以及能源在生产和使用过程中所造成的极为严重的污染, 国内的能源领域的复杂的市场化改革, 国际的能源的高地缘政治, 以及全球的气候变化所产生的压力, 以上所有的因素都使中国正面对着将会比以往任何一个国家所面临的更加严重的挑战。 当前人类生产和生活中大量使用的煤、石油和天然气等化石能源正在以惊人的速度减少。若按照能源的综合估算, 世界石油的储备量大约为1200亿吨。如果按照世界上石油的以每年33亿吨的开采总额来进行计算, 世界上石油的存储总量大约在21世纪50年代左右被全部开采完毕。全球的天然气的存储总量当前为15万兆立方米左右, 如果以每年2300兆立方米的开采总额来进行估算, 在60年内天然气将会被开采耗尽。这也就意味着, 当前人类大量使用的化石能源将在21世纪上半叶迅速枯竭, 而化石能源的枯竭势必会导致世界经济危机和冲突的加剧。20世纪90年代初期, 中国的能源还能够自给自足, 可是, 当前就中国石油资源的对外依存度来说, 中国仅次于美国, 居世界第二位, 约为50%, 中华人民共和国国务院的发展研究中心所做出的调查报告指出, 截止到21世纪20年代, 中国的石油需求量最少为4.5亿吨, 最多将会达到6.1亿吨。而此阶段中国国内的石油产量为1.8亿吨到2亿吨。这些数字意味着, 中国对海外石油资源的依存度将将会继续增加, 至少达到55%, 与美国基本一致。显而易见, 中国对国外资源的持