光伏并網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究

1、<p>　　光伏并網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究</p><p>　　摘要：當(dāng)前，能源緊缺、環(huán)境惡化的形式越來越緊迫，人們都開始將眼光放在新能源的開發(fā)上，太陽能作為一種新型可再生資源受到了很多人的關(guān)注。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)就是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的一個發(fā)電系統(tǒng)，也在逐漸受到人們的重視。但是當(dāng)前光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的技術(shù)還不是很成熟，需要人們更深入的研究，而逆變器正是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，所以本文從理論層面對光伏并網(wǎng)系統(tǒng)進行了

2、介紹，并圍繞光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的逆變器展開討論，對此關(guān)鍵環(huán)節(jié)的特點、當(dāng)前發(fā)展及發(fā)展趨勢等做了深入的研究，希望對相關(guān)工作者能有所幫助。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)系統(tǒng)；可調(diào)度式；不可調(diào)度式；逆變器；拓撲結(jié)構(gòu)； </p><p>　　中圖分類號： S611 文獻標識碼： A 文章編號： </p><p>　　1光伏并網(wǎng)系統(tǒng)及其特點 </p><

3、p>　　光伏并網(wǎng)系統(tǒng)是利用太陽能來進行發(fā)電的系統(tǒng)，它通過將太陽能轉(zhuǎn)化為電能從而饋送給各用電負載。它是利用太陽能作為可再生資源的一項應(yīng)用，它具有下列特點：1、太陽能發(fā)電效率得到提高：光伏陣列可以一直在最大功率處運行，所發(fā)電能由電網(wǎng)全部接納；2、電網(wǎng)的運輸和分配負擔(dān)得到緩解，由于光伏系統(tǒng)的分散布置；3、具有一定的審美性，因為光伏組件能與建筑材料完美結(jié)合。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)適合當(dāng)前能源緊缺，環(huán)境惡化的境況，對當(dāng)前電網(wǎng)的發(fā)展具有很大的意義。 &

4、lt;/p><p>　　2光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的工作原理 </p><p>　　光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)是否含有儲能系統(tǒng)分為可調(diào)度式光伏電網(wǎng)系統(tǒng)和不可調(diào)度式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)兩種，其中，可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中含有蓄電池組。下面根據(jù)這兩種不同的工作方式，分別分析光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的工作原理。 </p><p>　　2.1不可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) </p><p>　

5、　不可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)圖如下： </p><p>　　圖1 不可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) </p><p>　　在這個系統(tǒng)中，光伏陣列通過太陽能產(chǎn)生直流電能，然后經(jīng)過光伏并網(wǎng)逆轉(zhuǎn)器發(fā)生DC/AC的轉(zhuǎn)變，變成符合負載頻率的交流電能，若是主電網(wǎng)斷電，則系統(tǒng)會停止工作，不再向電網(wǎng)供電。 </p><p>　　2.2可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) </p>

6、<p>　　可調(diào)度式的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)圖如下： </p><p>　　圖2可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng) </p><p>　　在這個系統(tǒng)中，由于核心逆變器由逆變器和儲能電池構(gòu)成，所以由光伏陣列產(chǎn)生的直流電流可以經(jīng)逆變后進入電網(wǎng)，還可以經(jīng)過DC/DC變換后對蓄電池進行充電。逆變后直接進入電網(wǎng)的過程就跟不可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)相同，不同的地方就在于蓄電池部分，由于蓄電池的存在，

7、通過開關(guān)的調(diào)節(jié)，并網(wǎng)系統(tǒng)能調(diào)到多種工作模式，增多了功能，表現(xiàn)如下： </p><p>　　1、能向蓄電池充電，以備主電網(wǎng)斷電時使用； </p><p>　　2、系統(tǒng)具有不間斷電源的作用。系統(tǒng)中含有主開關(guān)和多個負載開關(guān)。正常情況下，兩者均閉合，特殊情況例如：當(dāng)交流電網(wǎng)斷電時，主開關(guān)斷開，但重要負載開關(guān)可以保持閉合對其供電； </p><p>　　3、能提高電能的質(zhì)量。

8、可調(diào)度光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不但能向電網(wǎng)饋送同頻同相的交流電能，而且還可穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，這是因為可調(diào)度光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能作為電網(wǎng)終端的有源功率調(diào)節(jié)器用于補償電網(wǎng)終端缺乏的無功分量。并且它還能將有害的高能諧次分量抵消掉，更好的工作。 </p><p>　　3光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的逆變器 </p><p>　　光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的逆變器是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的核心部件，它能將直流電轉(zhuǎn)變成交流電，滿足更多用戶的用電需求。它提

9、高了電路的可靠性，在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中具有十分重要的作用，下面分別分析逆變器的特點、分類、拓撲結(jié)構(gòu)和發(fā)展趨勢。 </p><p>　　3.1并網(wǎng)逆變器的特點： </p><p>　　并網(wǎng)逆變器的特點概括如下： </p><p>　　1、輸出電流為正弦波，并且具有較好的動態(tài)特性； </p><p>　　2、可靠性高，具有全面的保護裝置。有多種保護功

10、能。 </p><p>　　3、轉(zhuǎn)換效率高，空載和輕載時的損耗?。?</p><p>　　4、功率因數(shù)與單位功率因數(shù)近似相等。 </p><p>　　3.2逆變器的分類 </p><p>　　逆變器分為隔離型逆變器和非隔離型逆變器。隔離型逆變器可以完成：部分電路輸入輸出共地，整體電路輸入輸出隔離；多路輸出和輸入輸出電壓電流比差別大的功能。非隔

11、離逆變器就不能做到上述功能，但是它省去了中間隔離變壓器，因此在一定程度上為提高系統(tǒng)效率提供了空間。其中，隔離型逆變器有帶工頻電壓器的變換器，基本隔離型DC/DC變換器（包括反激、正激、推挽、半橋四種類型），全橋DC/DC變換器和新型軟開關(guān)隔離高頻變換器。非隔離型逆變器的二級結(jié)構(gòu)中的并網(wǎng)控制器包括：單端正激式非隔離變換結(jié)構(gòu)；雙重Sepic變換結(jié)構(gòu)和雙重Boost變換結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　3.3光伏并網(wǎng)系統(tǒng)逆

12、變器中應(yīng)用的拓撲結(jié)構(gòu) </p><p>　　光伏并網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)有很多形式，其中，最普遍的兩種為單機變換拓撲結(jié)構(gòu)和兩級變換的拓撲結(jié)構(gòu)。如下圖所示 </p><p>　　圖3光伏并網(wǎng)的典型拓撲結(jié)構(gòu) </p><p>　　根據(jù)上圖可以清晰的看出：單級變換拓撲結(jié)構(gòu)和兩極變換拓撲結(jié)構(gòu)的差別就在于是否有前端的DC/DC變換器，DC/DC變換器不僅能用來跟蹤電池輸出的最大功率，而且

13、具有蓄電池裝置，能夠儲能。而兩者都具有的DC/AC變換器一般進行并網(wǎng)、有功調(diào)節(jié)、無功補償或者諧波補償?shù)裙δ堋?</p><p>　　3.4逆變器的選型 </p><p>　　對于逆變器的選型主要從電氣性能和配置兩方面分析 </p><p>　　3.4.1電氣性能 </p><p>　　對于逆變器的容量，要綜合考慮經(jīng)濟性和技術(shù)性：若容量小則數(shù)量

14、多，投資和維護成本增大，若容量大則故障時損失電量增大，因此要平衡兩者。電氣參數(shù)決定電氣性能，因此要確定各電氣參數(shù)，例如：直流MPPT范圍、零電壓穿越、電能質(zhì)量、用電設(shè)備功率、逆變器輸出效率等。逆變器的MPPT范圍一般在450-820V之間。零電壓穿越是低電壓穿越的極限情況，它是在電網(wǎng)因為故障發(fā)生短路，電壓跌至零時，仍能使逆變器工作，并且?guī)椭娋W(wǎng)恢復(fù)，提供動態(tài)電壓支撐，保障電網(wǎng)運行的穩(wěn)定與正常的一項技術(shù)。對于電能質(zhì)量，要由相應(yīng)的檢測裝置，

15、這就要求逆變器要具備一定的濾波功能。用電設(shè)備功率要在滿足正常運行的情況下盡量低。逆變器的輸出效率在滿載時必須保證95%以上。另外，逆變器還需要具有檢測孤島效應(yīng)并及時與電網(wǎng)切離的功能。 </p><p><b>　　3.4.2配置 </b></p><p>　　在配置這方面，逆變器可以分為模塊化逆變器和一體化逆變器。兩者各有利弊：模塊化逆變器可靠性高、維修成本低；一體化

16、逆變器的初期投資低、邏輯上更容易控制。所以在實際情況下，應(yīng)根據(jù)需要進行選擇。 </p><p>　　3.5光伏并網(wǎng)系統(tǒng)逆變器的控制 </p><p>　　目前，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)逆變器的控制方法有三種，分別是：直接電流控制、間接電流控制和功率控制。直接電流控制的精確度高、系統(tǒng)魯棒性好、準確率好，它是給出電流指令，直接采集輸出電流的一種技術(shù)。相比于直接電流控制而言，間接電流控制技術(shù)的控制電流的原理

17、簡單，但控制精度差；應(yīng)用不如直接電流控制廣泛。功率控制在實際中的應(yīng)用也不多，光伏系統(tǒng)要實現(xiàn)定功率輸出就需要從控制逆變器數(shù)量和每臺逆變器的輸出功率來調(diào)度。 </p><p>　　圖4 電流滯環(huán)控制框圖 </p><p>　　直接電流控制通常采用雙環(huán)控制，其將功率開關(guān)電流或電感電流作為電流內(nèi)環(huán)的反饋信號與電壓外環(huán)的控制信號進行比較，根據(jù)比較結(jié)果對功率開關(guān)的占空比進行控制，從而使功率開關(guān)的電流峰

18、谷值隨電壓反饋回路中誤差放大器輸出信號的變化而變化。直接電流控制的方式較多，本文僅以瞬時值滯環(huán)控制方式為例作介紹。圖4是電流滯環(huán)控制框圖，在這種控制方式下，將電流的參考值與實際的輸出電流值進行比較，電流值的偏差經(jīng)過滯環(huán)比較后產(chǎn)生控制信號對逆變橋的各開關(guān)管的通斷進行控制，使輸出的電流圍繞著給定的正弦波形電流做鋸齒形變化，從而實現(xiàn)了對光伏并網(wǎng)系統(tǒng)逆變器的控制。 </p><p>　　3.6當(dāng)前并網(wǎng)逆變器的國內(nèi)外研究現(xiàn)

19、狀及發(fā)展趨勢 </p><p>　　3.6.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 </p><p>　　當(dāng)前國內(nèi)外相比而言，國外在此方面的技術(shù)發(fā)展較為成熟。國外在保護電路這方面做的十分完善了，并且他們采用數(shù)字控制電路，主要研究的是最大功率跟蹤和逆變環(huán)節(jié)繼承的單級能量交換這方面的技術(shù)。而在國內(nèi)這方面的研究處于初始階段，雖然相關(guān)科研單位和高校也有了一些技術(shù)的突破，但是還是存在產(chǎn)品單一、性能差等缺點，從而導(dǎo)致國內(nèi)在

20、逆變器方面還得以來進口，這就提高了并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)的造價，制約了并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)的發(fā)展，因此，對于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)而言，掌握逆變器技術(shù)對其有著十分重要的意義。 </p><p>　　3.6.2逆變器的發(fā)展趨勢 </p><p>　　并網(wǎng)型逆變器的未來發(fā)展方向為：數(shù)字化、高頻化、大功率化和智能化。這表現(xiàn)在：首先，數(shù)字信號處理技術(shù)的應(yīng)用對電力電子功率產(chǎn)生了巨大的影響，它有助于減小并網(wǎng)逆變器輸出的直流成

21、分、改善輸出波形、提高開關(guān)頻率等；其次，采用先進的控制方法能提高波形質(zhì)量，提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能；最后，為了提高并網(wǎng)型逆變器系統(tǒng)效率、系統(tǒng)可靠性、提高機械強度，應(yīng)該使元器件朝著低導(dǎo)通速率、快速化、智能化和封裝合理化等幾個方向發(fā)展。 </p><p>　　4光伏并網(wǎng)技術(shù)的未來展望 </p><p>　　光伏并網(wǎng)技術(shù)雖然現(xiàn)在還在起步階段，但是它具有十分大的發(fā)展?jié)摿?，所以在將來的發(fā)展中必將有很高

22、的增長率。參考有關(guān)文獻可得知，到2030年光伏并網(wǎng)發(fā)電將成為可行的電力供應(yīng)者，所以，光伏并網(wǎng)技術(shù)將由科技研究走向商業(yè)化，并且在將來隨著技術(shù)越來越成熟，市場對其的商業(yè)需要也越來越高，它是對太陽能的充分利用，并且在將來也可以與其他可再生資源混合使用，提供安全有效無污染的能源供應(yīng)。 </p><p>　　結(jié)語：在當(dāng)前能源短缺的形勢下，新能源的開發(fā)迫在眉睫，而太陽能以其充足、長久、廣泛、無害的優(yōu)點備受關(guān)注。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)即

23、是將太陽能應(yīng)用于電能行業(yè)，這符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器是關(guān)鍵，本文即圍繞逆變器做了相關(guān)討論，對光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計大有幫助，希望專業(yè)人員能在以后工作中更加重視對逆變器的研究，以期能建造更好的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]崔瑞.光伏并網(wǎng)系統(tǒng)研究[J].技術(shù)創(chuàng)新,2011(08):111

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