1、光伏并网系统设计关键技术研究摘要：当前，能源紧缺、环境恶化的形式越来越紧迫，人们都开始将眼光放在新能源的开发上，太阳能作为一种新型可再生资源受到了很多人的关注。光伏并网系统就是将太阳能转化为电能的一个发电系统，也在逐渐受到人们的重视。但是当前光伏并网系统的技术还不是很成熟，需要人们更深入的研究，而逆变器正是光伏并网系统中的关键部件，所以本文从理论层面对光伏并网系统进行了介绍，并围绕光伏并网系统的逆变器展开讨论，对此关键环节的特点、当前发展及发展趋势等做了深入的研究，希望对相关工作者能有所帮助。 关键词：光伏并网系统；可调度式；不可调度式；逆变器；拓扑结构； 中图分类号： S611 文献标识码：
2、 A 文章编号： 1 光伏并网系统及其特点 光伏并网系统是利用太阳能来进行发电的系统，它通过将太阳能转化为电能从而馈送给各用电负载。它是利用太阳能作为可再生资源的一项应用，它具有下列特点：1、太阳能发电效率得到提高：光伏阵列可以一直在最大功率处运行，所发电能由电网全部接纳；2、电网的运输和分配负担得到缓解，由于光伏系统的分散布置；3、具有一定的审美性，因为光伏组件能与建筑材料完美结合。光伏并网系统适合当前能源紧缺，环境恶化的境况，对当前电网的发展具有很大的意义。 2 光伏并网系统的工作原理 光伏并网发电系统根据是否含有储能系统分为可调度式光伏电网系统和不可调度式光伏并网系统两种，其中，可调度式
3、光伏并网发电系统中含有蓄电池组。下面根据这两种不同的工作方式，分别分析光伏并网系统的工作原理。 2.1 不可调度式光伏并网发电系统 不可调度式光伏并网发电系统的系统图如下： 图 1 不可调度式光伏并网发电系统 在这个系统中，光伏阵列通过太阳能产生直流电能，然后经过光伏并网逆转器发生 DC/AC 的转变，变成符合负载频率的交流电能，若是主电网断电，则系统会停止工作，不再向电网供电。 2.2 可调度式光伏并网发电系统 可调度式的光伏并网发电系统的系统图如下： 图 2 可调度式光伏并网发电系统 在这个系统中，由于核心逆变器由逆变器和储能电池构成，所以由光伏阵列产生的直流电流可以经逆变后进入电网，还可
4、以经过 DC/DC 变换后对蓄电池进行充电。逆变后直接进入电网的过程就跟不可调度式光伏并网发电系统相同，不同的地方就在于蓄电池部分，由于蓄电池的存在，通过开关的调节，并网系统能调到多种工作模式，增多了功能，表现如下： 1、能向蓄电池充电，以备主电网断电时使用； 2、系统具有不间断电源的作用。系统中含有主开关和多个负载开关。正常情况下，两者均闭合，特殊情况例如：当交流电网断电时，主开关断开，但重要负载开关可以保持闭合对其供电； 3、能提高电能的质量。可调度光伏并网发电系统不但能向电网馈送同频同相的交流电能，而且还可稳定电网电压，这是因为可调度光伏并网发电系统能作为电网终端的有源功率调节器用于补偿
5、电网终端缺乏的无功分量。并且它还能将有害的高能谐次分量抵消掉，更好的工作。 3 光伏并网系统的逆变器 光伏并网系统的逆变器是光伏并网系统的核心部件，它能将直流电转变成交流电，满足更多用户的用电需求。它提高了电路的可靠性，在光伏并网系统中具有十分重要的作用，下面分别分析逆变器的特点、分类、拓扑结构和发展趋势。 3.1 并网逆变器的特点： 并网逆变器的特点概括如下： 1、输出电流为正弦波，并且具有较好的动态特性； 2、可靠性高，具有全面的保护装置。有多种保护功能。 3、转换效率高，空载和轻载时的损耗小； 4、功率因数与单位功率因数近似相等。 3.2 逆变器的分类 逆变器分为隔离型逆变器和非隔离型逆
6、变器。隔离型逆变器可以完成：部分电路输入输出共地，整体电路输入输出隔离；多路输出和输入输出电压电流比差别大的功能。非隔离逆变器就不能做到上述功能，但是它省去了中间隔离变压器，因此在一定程度上为提高系统效率提供了空间。其中，隔离型逆变器有带工频电压器的变换器，基本隔离型 DC/DC变换器（包括反激、正激、推挽、半桥四种类型） ，全桥 DC/DC 变换器和新型软开关隔离高频变换器。非隔离型逆变器的二级结构中的并网控制器包括：单端正激式非隔离变换结构；双重 Sepic 变换结构和双重 Boost变换结构。 3.3 光伏并网系统逆变器中应用的拓扑结构 光伏并网拓扑结构有很多形式，其中，最普遍的两种为单
7、机变换拓扑结构和两级变换的拓扑结构。如下图所示 图 3 光伏并网的典型拓扑结构 根据上图可以清晰的看出：单级变换拓扑结构和两极变换拓扑结构的差别就在于是否有前端的 DC/DC 变换器，DC/DC 变换器不仅能用来跟踪电池输出的最大功率，而且具有蓄电池装置，能够储能。而两者都具有的 DC/AC 变换器一般进行并网、有功调节、无功补偿或者谐波补偿等功能。 3.4 逆变器的选型 对于逆变器的选型主要从电气性能和配置两方面分析 3.4.1 电气性能 对于逆变器的容量，要综合考虑经济性和技术性：若容量小则数量多，投资和维护成本增大，若容量大则故障时损失电量增大，因此要平衡两者。电气参数决定电气性能，因此
8、要确定各电气参数，例如：直流MPPT 范围、零电压穿越、电能质量、用电设备功率、逆变器输出效率等。逆变器的 MPPT 范围一般在 450-820V 之间。零电压穿越是低电压穿越的极限情况，它是在电网因为故障发生短路，电压跌至零时，仍能使逆变器工作，并且帮助电网恢复，提供动态电压支撑，保障电网运行的稳定与正常的一项技术。对于电能质量，要由相应的检测装置，这就要求逆变器要具备一定的滤波功能。用电设备功率要在满足正常运行的情况下尽量低。逆变器的输出效率在满载时必须保证 95%以上。另外，逆变器还需要具有检测孤岛效应并及时与电网切离的功能。 3.4.2 配置 在配置这方面，逆变器可以分为模块化逆变器和
9、一体化逆变器。两者各有利弊：模块化逆变器可靠性高、维修成本低；一体化逆变器的初期投资低、逻辑上更容易控制。所以在实际情况下，应根据需要进行选择。 3.5 光伏并网系统逆变器的控制 目前，光伏并网系统逆变器的控制方法有三种，分别是：直接电流控制、间接电流控制和功率控制。直接电流控制的精确度高、系统鲁棒性好、准确率好，它是给出电流指令，直接采集输出电流的一种技术。相比于直接电流控制而言，间接电流控制技术的控制电流的原理简单，但控制精度差；应用不如直接电流控制广泛。功率控制在实际中的应用也不多，光伏系统要实现定功率输出就需要从控制逆变器数量和每台逆变器的输出功率来调度。 图 4 电流滞环控制框图 直
10、接电流控制通常采用双环控制，其将功率开关电流或电感电流作为电流内环的反馈信号与电压外环的控制信号进行比较，根据比较结果对功率开关的占空比进行控制，从而使功率开关的电流峰谷值随电压反馈回路中误差放大器输出信号的变化而变化。直接电流控制的方式较多，本文仅以瞬时值滞环控制方式为例作介绍。图 4 是电流滞环控制框图，在这种控制方式下，将电流的参考值与实际的输出电流值进行比较，电流值的偏差经过滞环比较后产生控制信号对逆变桥的各开关管的通断进行控制，使输出的电流围绕着给定的正弦波形电流做锯齿形变化，从而实现了对光伏并网系统逆变器的控制。 3.6 当前并网逆变器的国内外研究现状及发展趋势 3.6.1 国内外
11、研究现状 当前国内外相比而言，国外在此方面的技术发展较为成熟。国外在保护电路这方面做的十分完善了，并且他们采用数字控制电路，主要研究的是最大功率跟踪和逆变环节继承的单级能量交换这方面的技术。而在国内这方面的研究处于初始阶段，虽然相关科研单位和高校也有了一些技术的突破，但是还是存在产品单一、性能差等缺点，从而导致国内在逆变器方面还得以来进口，这就提高了并网型光伏系统的造价，制约了并网型光伏系统的发展，因此，对于光伏并网系统而言，掌握逆变器技术对其有着十分重要的意义。 3.6.2 逆变器的发展趋势 并网型逆变器的未来发展方向为：数字化、高频化、大功率化和智能化。这表现在：首先，数字信号处理技术的应
12、用对电力电子功率产生了巨大的影响，它有助于减小并网逆变器输出的直流成分、改善输出波形、提高开关频率等；其次，采用先进的控制方法能提高波形质量，提高系统的动态响应性能；最后，为了提高并网型逆变器系统效率、系统可靠性、提高机械强度，应该使元器件朝着低导通速率、快速化、智能化和封装合理化等几个方向发展。 4 光伏并网技术的未来展望 光伏并网技术虽然现在还在起步阶段，但是它具有十分大的发展潜力，所以在将来的发展中必将有很高的增长率。参考有关文献可得知，到 2030 年光伏并网发电将成为可行的电力供应者，所以，光伏并网技术将由科技研究走向商业化，并且在将来随着技术越来越成熟，市场对其的商业需要也越来越高
13、，它是对太阳能的充分利用，并且在将来也可以与其他可再生资源混合使用，提供安全有效无污染的能源供应。 结语：在当前能源短缺的形势下，新能源的开发迫在眉睫，而太阳能以其充足、长久、广泛、无害的优点备受关注。光伏并网系统即是将太阳能应用于电能行业，这符合可持续发展的战略。在光伏并网系统中，并网逆变器是关键，本文即围绕逆变器做了相关讨论，对光伏并网系统的设计大有帮助，希望专业人员能在以后工作中更加重视对逆变器的研究，以期能建造更好的光伏并网系统。 参考文献： 1崔瑞.光伏并网系统研究J.技术创新,2011(08):111-112. 2刘飞,段善旭,徐鹏威,王志峰.光伏并网系统若干技术问题的研究J.太阳能,2006(04):34-38. 3王晔.浅谈光伏并网发电系统的发展J.百科论坛,2011(20):379. 4宋庆.光伏并网发电控制系统的研究J.江西科学,2010(08):495-498.
