張 棋

（國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，江蘇 南京210032）

光伏并網(wǎng)逆變器是光伏發(fā)電的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)與控制使用不僅能夠大幅度降低電力企業(yè)的生產(chǎn)成本，也能在很大程度上推廣清潔能源的使用，為緩解目前比較嚴(yán)峻的環(huán)境保護(hù)形勢(shì)做出貢獻(xiàn)。

1 光伏并網(wǎng)逆變器設(shè)計(jì)理念以及研究現(xiàn)狀

1．1 光伏并網(wǎng)逆變器的組成分析

光伏并網(wǎng)逆變器主要是將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姴⑼ㄟ^逆變器的升壓將電力輸送到電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)中以滿足經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)電力能源的需求。其主要的結(jié)構(gòu)有以下三個(gè)部分：光伏陣列、逆變器以及電網(wǎng)。

（1）光伏陣列

光伏陣列（Photovoltaic Array）是由多片光伏模組構(gòu)成的連結(jié)，也是更多光伏電池的連結(jié)，太陽能電池透過光伏效應(yīng)可以將太陽光能轉(zhuǎn)成直流電并儲(chǔ)存在蓄電池當(dāng)中，但一塊光伏模組（光伏板）能夠產(chǎn)生的電流通常電量較低，不夠一般住宅使用，所以電力發(fā)電企業(yè)經(jīng)常將數(shù)塊光伏模組連結(jié)在一起而形成了陣列來收集豐富的太陽能［1］。

（2）逆變器

逆變器是整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，也是目前世界各國(guó)主要的研究對(duì)象。逆變器可以將收集到的直流電經(jīng)過升壓等操作轉(zhuǎn)化為社會(huì)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)生活所需要的交流電，然后通過與電網(wǎng)連接的形式將電力輸送給用戶。傳統(tǒng)的逆變器由于升壓等操作使用的設(shè)備成本比較高昂，導(dǎo)致了太陽能轉(zhuǎn)化的電力經(jīng)濟(jì)成本較高，沒有得到有效的推廣普及。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，目前對(duì)逆變器的研究已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展，其所設(shè)計(jì)的理念已經(jīng)能夠符合實(shí)際生產(chǎn)生活所需，光伏發(fā)電技術(shù)正被大力推廣。

（3）電網(wǎng)

電網(wǎng)是將逆變器轉(zhuǎn)化的交流電輸送給用戶的重要途徑。目前我國(guó)的電網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)基本成型，在全國(guó)范圍內(nèi)能夠保證電力資源的合理分配和使用，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)起到了重要的推動(dòng)作用。電網(wǎng)對(duì)電力有著較高的要求，因此直流電必須經(jīng)過逆變器的處理后方可連接網(wǎng)點(diǎn)，以保證不會(huì)對(duì)整個(gè)電力供應(yīng)系統(tǒng)造成損害。

1．2 光伏并網(wǎng)逆變器的設(shè)計(jì)思想

光伏并網(wǎng)逆變器的設(shè)計(jì)必須滿足電網(wǎng)對(duì)逆變器的需求，主要包括以下方面：

（1）電能質(zhì)量

逆變器在向電網(wǎng)輸出電能的過程中由于逆變器自身的開關(guān)頻率造成的正弦波波動(dòng)較大，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行造成一定程度的污染和影響，導(dǎo)致電網(wǎng)不能正常安全的運(yùn)轉(zhuǎn)，逆變器輸送的電能質(zhì)量也得不到保證，既浪費(fèi)了大量的電能，也對(duì)電力供應(yīng)系統(tǒng)造成了一定程度的影響。因此在設(shè)計(jì)逆變器時(shí)要充分考慮正弦波的影響，向電網(wǎng)輸送失真度較小的正弦波，滿足電網(wǎng)的電能質(zhì)量需求。

（2）防止孤島效應(yīng)的發(fā)生

孤島效應(yīng)（Islanding Effect）是指電網(wǎng)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中突然失壓，然而并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)并沒有相應(yīng)的停止工作，仍保持對(duì)電網(wǎng)中鄰近部分線路進(jìn)行供電一種效應(yīng)。孤島效應(yīng)的發(fā)生主要是由于逆變器在設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)了紕漏，導(dǎo)致與電網(wǎng)連接輸送電力時(shí)沒有充分考慮孤島效應(yīng)的存在，這對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行以及輸電設(shè)備都有影響。

（3）安全隔離接地技術(shù)

電網(wǎng)與逆變器的連接需要進(jìn)行有效的隔離以保障整個(gè)光伏并網(wǎng)逆變器能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行。世界上主要的發(fā)達(dá)國(guó)家光伏發(fā)電隔離技術(shù)已經(jīng)形成了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此在設(shè)計(jì)中可以充分考慮國(guó)外的先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，保障設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性，以滿足電網(wǎng)的整體運(yùn)行能夠處在安全的環(huán)境中。

1．3 光伏并網(wǎng)逆變器的研究現(xiàn)狀

（1）國(guó)外研究現(xiàn)狀

目前在光伏發(fā)電技術(shù)上德國(guó)一枝獨(dú)秀，歐洲其他國(guó)家也處在技術(shù)發(fā)展的先進(jìn)行列，隨著能源供給的日趨緊張，美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家也相應(yīng)的進(jìn)行了相關(guān)方面的研究，取得了比較顯著的成果。發(fā)展中國(guó)家在這方面起步較晚，但是由于接觸到的研究成果相對(duì)比較先進(jìn)，追趕的步伐較快，處于中等水平［2］。

（2）國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國(guó)在光伏并網(wǎng)發(fā)電以及逆變器設(shè)計(jì)與控制上起步較晚，導(dǎo)致了目前光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)還沒有形成一定規(guī)模，企業(yè)的生產(chǎn)能力和電能質(zhì)量還有待于進(jìn)一步提高。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及相關(guān)研究領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，我國(guó)自主設(shè)計(jì)的光伏并網(wǎng)逆變器已經(jīng)能夠滿足實(shí)際所需，電能質(zhì)量也得到了市場(chǎng)的檢驗(yàn)，向社會(huì)輸送電能越來越多。

2 光伏并網(wǎng)逆變器的控制策略分析

2．1 光伏陣列工作點(diǎn)追蹤控制

光伏發(fā)電系統(tǒng)主要的能源獲取方式為光伏陣列對(duì)太陽能的吸收以及存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化工作。目前光伏陣列的控制方式主要為恒電壓控制以及MPPT兩種方法。

恒電壓控制（CVT）是通過對(duì)陣列端電壓的測(cè)控使電壓穩(wěn)定在一個(gè)合理的數(shù)值，通過對(duì)數(shù)值進(jìn)行控制來保證系統(tǒng)功率點(diǎn)的穩(wěn)定和科學(xué)，繼而為光伏陣列提供合理的控制方法。其優(yōu)點(diǎn)主要是操作較為簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的技術(shù)控制，可操作性好，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性相應(yīng)較高，能夠滿足電力企業(yè)的發(fā)電需求。然而其缺點(diǎn)同樣明顯，因?yàn)槭菍?duì)光伏陣列的電壓進(jìn)行測(cè)控，當(dāng)陣列所在地區(qū)的晝夜溫差較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致陣列系統(tǒng)功率點(diǎn)與實(shí)際的電壓數(shù)值出現(xiàn)較大程度的偏離，影響系統(tǒng)的正常使用。

MPPT是目前世界范圍內(nèi)普遍采用的陣列功率點(diǎn)的控制方法和策略，其主要采取實(shí)時(shí)調(diào)整光伏陣列的姿態(tài)來追蹤陣列的最大工作點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率輸出。由于可以實(shí)時(shí)調(diào)整陣列姿態(tài)，如此一來就保證了太陽能最大化的吸收和轉(zhuǎn)化，并將轉(zhuǎn)化的直流電存儲(chǔ)在蓄電池中，對(duì)太陽能的轉(zhuǎn)化效率較高，而且自動(dòng)化的操作方式也能夠在大范圍地區(qū)使用。由于MPPT是一種自主追蹤方式，動(dòng)態(tài)性能上較好，雖然在系統(tǒng)穩(wěn)定性上不如CVT，卻可以在溫差較大的環(huán)境中使用，相對(duì)來說能夠滿足目前的電力能源供給，實(shí)用性較好［3］。

2．2 光伏逆變系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的追蹤控制

對(duì)電網(wǎng)的追蹤控制是整個(gè)逆變器系統(tǒng)的核心工作內(nèi)容，也是保證電網(wǎng)電能質(zhì)量與穩(wěn)定性的基礎(chǔ)。目前主要的追蹤控制方式為脈沖寬度調(diào)制（PWM），是利用計(jì)算機(jī)微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)實(shí)際電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中廣泛運(yùn)用。脈沖寬度調(diào)制方法是一種模擬控制方式，主要是根據(jù)相應(yīng)載荷的數(shù)值變化調(diào)制晶體管基極或MOS管柵極的偏置，來實(shí)現(xiàn)控制晶體管或MOS管導(dǎo)通時(shí)間的改變，從而促使開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出形式的改變。PWM控制技術(shù)以其控制方式簡(jiǎn)單、靈活以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力突出的優(yōu)點(diǎn)而成為光伏發(fā)電技術(shù)的首選控制方式，也是世界范圍內(nèi)獲得了一致認(rèn)可的方法，對(duì)電網(wǎng)的追蹤以及電能的輸送起到了至關(guān)重要的作用。

2．3 孤島效應(yīng)的防范與檢測(cè)

孤島效應(yīng)一旦發(fā)生需要在最短時(shí)間內(nèi)解決，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，目前主要的檢測(cè)方式分為被動(dòng)式與主動(dòng)式兩種。被動(dòng)式方法主要是通過對(duì)電網(wǎng)電壓、電流強(qiáng)度、相位以及頻率等進(jìn)行檢測(cè)，來對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行做一個(gè)有效的檢查，發(fā)現(xiàn)問題時(shí)能夠及時(shí)處理。如果電網(wǎng)的負(fù)載與逆變器的輸出相匹配，則被動(dòng)式的檢測(cè)方式無法發(fā)揮功效。主動(dòng)式方法是定時(shí)對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器發(fā)出干擾信號(hào)，以確定整個(gè)電路的平穩(wěn)運(yùn)行、各個(gè)系統(tǒng)正常工作的一種檢測(cè)方式。但是主動(dòng)式檢測(cè)容易受到檢測(cè)盲區(qū)的干擾導(dǎo)致檢測(cè)工作出現(xiàn)紕漏，無法有效地檢測(cè)系統(tǒng)異常情況。

3 結(jié)束語

綜上所述，光伏并網(wǎng)逆變器的重要性不言而喻，其設(shè)計(jì)理念與控制方法對(duì)整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)具有重要的影響。因此，就需要對(duì)其投入較大精力和資金進(jìn)行研究，推動(dòng)光伏發(fā)電技術(shù)的推廣使用，滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)電能的需求，向社會(huì)提供更多優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)。

［1］ 安志龍．光伏并網(wǎng)控制策略與低電壓穿越技術(shù)研究［D］．保定：華北電力大學(xué)，2012．

［2］ 馬蘭珍．新型三相五電平光伏并網(wǎng)逆變器及其并網(wǎng)控制策略研究［D］．重慶：重慶大學(xué)，2013．

［3］ 張勝權(quán)．三相光伏并網(wǎng)逆變器控制策略研究［D］．哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2013．