太阳能逆变器开发思路和方案.doc

太阳能逆变器开发思路和方案摘要:针对光伏并网发电系统中关键部件——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、亟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O引言由于传统能源的枯竭和人们对环境的重视,电力系统正面临着巨大变革,分布式发电将成为未来电力系统的发展方向。其中,光伏发电以其独特的优点,被公认为技术含量高、最有发展前途的技术之一。但是光伏发电系统存在着初期投资大、成本较高等缺点,因而探索高性能、低造价的新型光电转换材料与器件是其主要研究方向之一。另一方面,进一步减少光伏发电系统自身损耗、提高运行效率,也是降低其发电成本的一个重要途径。逆变器效率的高低不仅影响其自身损耗,还影响到光电转换器件以及系统其他设备的容量选择与合理配置。因此,逆变器已成为影响光伏并网发电系统经济可靠运行的关键因素,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[5]。本文从电网、光伏阵列以及用户对于并网逆变器的要求出发,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。对于目前国内外光伏发电系统中并网逆变器的研究现状、亟待解决的技术问题进行了综合,进一步指出了光伏发电系统中并网逆变器高效可靠运行的发展方向。1光伏发电系统对逆变器的要求光伏并网发电系统一般由光伏阵列、逆变器和控制器3部分组成。逆变器是连接光伏阵列和电网的关键部件,它完成控制光伏阵列最大功率点运行和向电网注入正弦电流两大主要任务。,必须满足电网电能质量、防止孤岛效应和安全隔离接地3个要求。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。影响波形失真度的主要因素之一是逆变器的开关频率。在数控逆变系统中采用高速DSP等新型处理器,可明显提高并网逆变器的开关频率性能,它已成为实际系统广泛采用的技术之一;同时,逆变器主功率元件的选择也至关重要。小容量低压系统较多地使用功率场效应管(MOSFET),它具有较低的通态压降和较高的开关频率;但MOsFET随着电压升高其通态电阻增大,因而在高压大容量系统中一般采用绝缘栅双极晶体管(IGBT);而在特大容量系统中,一般采用可关断晶闸管(GTO)作为功率元件[6]。依据IEEE2000-929[7]和UL1741[8]标准,所有并网逆变器必须具有防孤岛效应的功能。孤岛效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,光伏并网发电系统未能及时检测出停电状态并切离电网,使光伏并网发电系统与周围的负载形成一个电力公司无法掌握的自给供电孤岛[g]。防孤岛效应的关键是对电网断电的检测。为了保证电网和逆变器安全可靠运行,逆变器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统中,其接地方式可参照国际电工委员会规定的非接地(I-T)方式、单个保护接地(T-T)方式和变压器中性线直接接地。而用电设备的外壳通过保护线(PE)与接地点金属性连接(T-N)。,因此必须通过逆变器的调节使光伏阵列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。常用的最大功率点跟踪(MPPT)方法有:定电压跟踪法、“上山