光伏并网发电系统中逆变器的设计与控制方法.pdf

·卷电力系统自动化
年』,

光伏并网发电系统中逆变器的设计与控制方法

董密‘,罗安
中南大学信息科学与工程学院,湖南省长沙市湖南大学电气与信息工程学院,湖南省长沙市

摘要针对光伏并网发电系统中关健部件逆变器的结构设计与控制方法研究进行了详细分析
和阐述。从电网、光伏阵列以及用户对逆变—器的要求出发,分析了各种不同的逆变器拓扑结构与控
制方法,比较其运行效率和控制效果。对于目前国内外光伏发电系统中并网逆变器的研究现状、巫
待解决的问题进行了阐述,指出光伏发电系统中并网逆变器高效可靠运行的发展方向。
关键词光伏并网发电系统逆变器拓扑结构最大功率点跟踪孤岛效应
中图分类号

引言为了避免光伏并网发电系统对公共电网的污
染,逆变器应输出失真度小的正弦波。影响波形失
,
由于传统能源的枯竭和人们对环境的重视电。
主因一的开
,真度的要素之是逆变器关频率在数控

力系统正面临着巨大变革分布式发电将成为未来,

。逆变系统中采用高速等新型处理器可明显提
仁口,以
电力系统的发展方向其中光伏发电其独特,
网已
,、高并逆变器的开关频率性能它成为实际系统

的优点被公认为技术含量高最有发展前途的技术,
。、广泛采用的技术之一同时逆变器主功率元件的选
川
之一但是光伏发电系统存在着初期投资大成。

,、择也至关重要小容量低压系统较多地使用功率场

本较高等缺点因而探索高性能低造价的新型光电,
。效应管它具有较低的通态压降和较高
转换材料与器件是其主要研究方向之一另一方

,、的开关频率但随着电压升高其通态电
面少
进一步减光伏发电系统自身损耗提高运行效,

,。阻增大因而在高压大容量系统中一般采用绝缘栅
率也是降低其发电成本的一个重要途径逆变器
,
,双极晶体管而在特大容量系统中一般采
效的低不仅影响其自耗还影响到光电
率高身损转。

。用可关断晶闸管作为功率元件困
换器件以及系统其他设备的容量选择与合理配置
〔,〕〔〕,
,依据一和标准所
因此逆变器已成为影响光伏并网发电系统经济可
。
,有并网逆变器必须具有防孤岛效应的功能孤岛效
靠运行的关键因素研究其结构与控制方法对于提
、
高系统发电效率、降低成本具有极其重要的意义川。应是指当电网因电气故障误操作或自然因素等原
,
、因中断供电时光并网发电系统未能及时检测出
本文从电网光伏阵列以及用户对于并网逆变伏
,
,停电状态并切离电网使光伏并网发电系统与周围
器的要求出发分析了不同的逆变器拓扑结构与控
制方法,比较了其运行效率和控制效果。对于目前的负载形成一个电力公司无法掌握的自给供电孤
。。
、岛川防孤岛效应的键是对电网断电的检测
国内外光伏发电系统中并网逆变器的研究现状巫关
,
待解决的技术问题进行了综合,进一步指出了光伏为了保证电网和逆变器安全可靠运行逆变器
。
发电系统中并网逆变器高效可靠运行的发展方向。与电网的有效隔离及逆变器接地技术也十分重要
电气隔离一般采用变压器。在三相输出光伏发电系
光伏发电系统对逆变器的要求统中,其接地方式可参照国际电工委员会规定的非

一、一
光伏并网发电系统一般由光伏阵列、逆变器和接地方式单个保护接地方式和变压器
。
控制器部分组成。逆变器是连接光伏阵列和电网中性线直接接地而用电设备的外壳通过保护线
一〔’。一。
的关键部件,它完成控制光伏阵列最大功率点运行与接地点金属性连接川
和向电网注人正弦电流两大主要任务。光伏阵列对逆变器的要求
电网对逆变器的要求由于日照强度和环境温度都会影响光伏阵列的
,
逆变器要与电网相连,必须满足电网电能质量、功率输出因此必须通过逆变器的调节使光伏阵列
,
防止孤岛效应和安全隔离接地个要求。输出电压趋近于最大功率点输出电压以保证光伏
阵列在最大功率点运行而获得最大能源。常用的最
收稿日期一一修回日期一一。大功率点跟踪方法有定电压跟踪法、“上

。
国家自然科学基金资助项目山”法、干扰观察法及增量电导法‘幻。
电力系玩自动住,

用户对逆变器的要求够灵活,无法扩展,不能满足光伏阵列直流输人的多

、
从光伏发电系统的用户来说,成本低效率与可变性。因此,在直流输人较低时,考虑采用交流变压

、。,
靠性高使用寿命长是其对逆变器的要求因此对器升压,以得到标准交流电压与频率,同时可使得输
’一’‘,
「〕。
逆变器的要求通常是①具有合理的电路结构人输出之间电气隔离
、
严格筛选的元器件具备输人直流极性反接交流输图为带工频变压器结构的光伏逆变系统〔‘〕。
、。
出短路过热过载等各种保护功能②具有较宽的其最大优点是逆变器在低压侧,因此逆变桥可以采
。
直流输人电压适应范围由于光伏阵列的端电压随用高频低压器件,节省了初期投资而且
,
和日照而,。
负载强度变化因此逆变器必须能在较宽逆变器的控制在低压侧实现使得控制更易实现
,
的直流输人