光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的設(shè)計(jì)與控制方法

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1、維普資訊http://www.cqvip.com第3O卷第2O期電力系統(tǒng)自動(dòng)化VoI．3ONo．202006年1O月25日Autom~ionofEleefiePowerSystemsOct．25，200697光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的設(shè)計(jì)與控制方法董密，羅安。(1‘中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南省長(zhǎng)沙市410083；2．湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，湖南省長(zhǎng)沙市410082)摘要：針對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中關(guān)鍵部件——逆變器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制方法研究進(jìn)行了詳細(xì)分析和闡述。從電網(wǎng)、光伏陣列以及用戶對(duì)逆變器的要求出發(fā)，分析了各種不同的逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與控

2、制方法，比較其運(yùn)行效率和控制效果。對(duì)于目前國(guó)內(nèi)外光伏發(fā)電系統(tǒng)中并網(wǎng)逆變器的研究現(xiàn)狀、亟待解決的問(wèn)題進(jìn)行了闡述，指出光伏發(fā)電系統(tǒng)中并網(wǎng)逆變器高效可靠運(yùn)行的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；逆變器；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；最大功率點(diǎn)跟蹤；孤島效應(yīng)中圖分類號(hào)：TM615；TM464O引言為了避免光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)公共電網(wǎng)的污染，逆變器應(yīng)輸出失真度小的正弦波。影響波形失由于傳統(tǒng)能源的枯竭和人們對(duì)環(huán)境的重視，電真度的主要因素之一是逆變器的開(kāi)關(guān)頻率。在數(shù)控力系統(tǒng)正面臨著巨大變革，分布式發(fā)電將成為未來(lái)逆變系統(tǒng)中采用高速DSP等新型處理器，可明顯提電力系統(tǒng)的發(fā)展方向[1

3、-33。其中，光伏發(fā)電以其獨(dú)特高并網(wǎng)逆變器的開(kāi)關(guān)頻率性能，它已成為實(shí)際系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為技術(shù)含量高、最有發(fā)展前途的技術(shù)廣泛采用的技術(shù)之一；同時(shí)，逆變器主功率元件的選之一_4]。但是光伏發(fā)電系統(tǒng)存在著初期投資大、成擇也至關(guān)重要。小容量低壓系統(tǒng)較多地使用功率場(chǎng)本較高等缺點(diǎn)，因而探索高性能、低造價(jià)的新型光電效應(yīng)管(MOSFET)，它具有較低的通態(tài)壓降和較高轉(zhuǎn)換材料與器件是其主要研究方向之一。另一方的開(kāi)關(guān)頻率；但MOsFET隨著電壓升高其通態(tài)電面，進(jìn)一步減少光伏發(fā)電系統(tǒng)自身?yè)p耗、提高運(yùn)行效阻增大，因而在高壓大容量系統(tǒng)中一般采用絕緣柵率，也是降低其發(fā)

4、電成本的一個(gè)重要途徑。逆變器雙極晶體管(IGBT)；而在特大容量系統(tǒng)中，一般采效率的高低不僅影響其自身?yè)p耗，還影響到光電轉(zhuǎn)用可關(guān)斷晶閘管(GTO)作為功率元件_6]。換器件以及系統(tǒng)其他設(shè)備的容量選擇與合理配置。依據(jù)IEEE2000-929口和UL1741l_8]標(biāo)準(zhǔn)，所因此，逆變器已成為影響光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可有并網(wǎng)逆變器必須具有防孤島效應(yīng)的功能。孤島效靠運(yùn)行的關(guān)鍵因素，研究其結(jié)構(gòu)與控制方法對(duì)于提應(yīng)是指當(dāng)電網(wǎng)因電氣故障、誤操作或自然因素等原高系統(tǒng)發(fā)電效率、降低成本具有極其重要的意義[5]。因中斷供電時(shí)，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)未能及時(shí)檢測(cè)出本文從電

5、網(wǎng)、光伏陣列以及用戶對(duì)于并網(wǎng)逆變停電狀態(tài)并切離電網(wǎng)，使光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與周?chē)鞯囊蟪霭l(fā)，分析了不同的逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與控的負(fù)載形成一個(gè)電力公司無(wú)法掌握的自給供電孤制方法，比較了其運(yùn)行效率和控制效果。對(duì)于目前島_g]。防孤島效應(yīng)的關(guān)鍵是對(duì)電網(wǎng)斷電的檢測(cè)。國(guó)內(nèi)外光伏發(fā)電系統(tǒng)中并網(wǎng)逆變器的研究現(xiàn)狀、亟為了保證電網(wǎng)和逆變器安全可靠運(yùn)行，逆變器待解決的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了綜合，進(jìn)一步指出了光伏與電網(wǎng)的有效隔離及逆變器接地技術(shù)也十分重要。發(fā)電系統(tǒng)中并網(wǎng)逆變器高效可靠運(yùn)行的發(fā)展方向。電氣隔離一般采用變壓器。在三相輸出光伏發(fā)電系1光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)逆變器的要求統(tǒng)中，其

6、接地方式可參照國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)定的非接地(I—T)方式、單個(gè)保護(hù)接地(T—T)方式和變壓器光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)一般由光伏陣列、逆變器和中性線直接接地。而用電設(shè)備的外殼通過(guò)保護(hù)線控制器3部分組成。逆變器是連接光伏陣列和電網(wǎng)的關(guān)鍵部件，它完成控制光伏陣列最大功率點(diǎn)運(yùn)行(PE)與接地點(diǎn)金屬性連接(T_N)[1o11]。和向電網(wǎng)注入正弦電流兩大主要任務(wù)。1．2光伏陣列對(duì)逆變器的要求1．1電網(wǎng)對(duì)逆變器的要求由于日照強(qiáng)度和環(huán)境溫度都會(huì)影響光伏陣列的逆變器要與電網(wǎng)相連，必須滿足電網(wǎng)電能質(zhì)量、功率輸出，因此必須通過(guò)逆變器的調(diào)節(jié)使光伏陣列防止孤島效應(yīng)和安全隔離接地

7、3個(gè)要求。輸出電壓趨近于最大功率點(diǎn)輸出電壓，以保證光伏陣列在最大功率點(diǎn)運(yùn)行而獲得最大能源。常用的最收稿日期：2006—02—13；修回日期：2006—05—12。大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)方法有：定電壓跟蹤法、“上國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(60474041)。山”法、干擾觀察法及增量電導(dǎo)法口。維普資訊http://www.cqvip.com98電力秦統(tǒng)自勸代1．3用戶對(duì)逆變器的要求夠靈活，無(wú)法擴(kuò)展，不能滿足光伏陣列直流輸入的多從光伏發(fā)電系統(tǒng)的用戶來(lái)說(shuō)，成本低、效率與可變性。因此，在直流輸入較低時(shí)，考慮采用交流變壓靠性高、使用壽命長(zhǎng)是其對(duì)逆變器的

8、要求。因此，對(duì)器升壓，以得到標(biāo)準(zhǔn)交流電壓與頻率，同時(shí)可使得輸逆變器的要求通常是[1H]：①具有合理的電路結(jié)構(gòu)，入輸出之間電氣隔離。嚴(yán)格篩選的元器件；具備輸入直流極性