分布式发电及其并网逆变器拓扑结构的发展现状

分 布 式 发 电 及 其 并 网 逆 变 器 拓 扑 结 构 的 发 展 现 状王 燕Ξ谢志远 聂恩旺(华北电力大学电子与通信工程系 ,河北 保定 071003)摘 要 :文章介绍了分布式发电并网发电模式的特点和发展 ,指出分布式发电并网逆变器的特殊要求。简要介绍了几种有代表性并网逆变器拓扑结构 ,指出了各个拓扑结构的优缺点、 效率和适用场合 。提出了并网逆变器发展方向 ;提出了分布式发电并网和通信网结合的发展方向。关键词 :分布式发电 ;并网 ;拓扑随着电力电子技术和控制新技术的发展 ,逆变技术也得到了迅速的发展。现在的逆变技术已经成功应用到人们生活的很多方面 ,比如不间断电源 、 感应加热电源、 逆变焊接电源、 直流可逆调速系统、 高压直流输电等。逆变技术分为有源逆变和无源逆变两大类。分布式发电联网技术属于有源逆变 ,是一个研究还不成熟的领域。本文将介绍一些有代表性的拓扑结构 ,并对分布式发电和并网逆变器拓扑结构的发展做出预测。1. 分布式发电的发展近年来 ,电力系统的负荷增长迅速 ,社会对电力系统的质量和可靠性的要求越来越高 ,传统的集中式单一供电方式逐渐暴露出投资大、 灵活性差、 事故影响范围大等弊端。分布式发电作为一种新型的很有前途的发电方式 ,越来越受到人们的关注。分布式发电的意义在环境保护、 节约能源、 能源利用多样化等方面得到了充分的体现。现在各个国家都在提倡环境保护 ,分布式发电可以充分利用清洁能源 ,如太阳能、 风能、 潮汐能、 地热能 、 生物废料能等 ,这对于我国的可持续发展战略具有重大的意义。分布式发电还解决了边远地区的供电问题 ,解决了现有电力系统供应总是无法满足峰荷需求的问题 ,成为了现有电力供应的很好的补充 ,具有巨大的发展潜力 [1] 。目前 ,分布式发电主要有两种运行模式 :一种是独立运行模式 ,另一种是联网运行模式 。 为了更充分地利用好各种能源 ,分布式发电与电网的联网是一个大趋势 。分布式发电与电网相结合可以取长补短 ,提高电力系统的安全性、 可靠性、 灵活性 ,被认为是新世纪发电的主要发展模式。并网逆变器是分布式发电和电网相联的主要装置。对并网逆变器的研究 ,国外开始的较早 ,已经有了一定的进展 ,而我国开始的较晚 ,研究成果也相对落后。我国对分布式发电并网的研究主要集中在并网逆变电路的拓扑结构的研究、 控制和保护技术的研究、 孤岛效应检测和保护的研究以及提高转换效率的研究上。2. 并网逆变器拓扑结构的发展拓扑结构是逆变器的关键部分 ,它关系着逆变器的效率和成本。分布式发电系统所使用的并网逆变器拓扑结构要求成本低、 效率高 ,而且能承受直流电压波动大、 整体直流电压很低的实际情况。另外 ,逆变器的输出也要满足较高的质量 , 比如 THD 很小、 功率因数为 1、 与电网电压同频同相等 。根据逆变器的输入端和输出端是否隔离 ,可以将逆变器分为隔离型和非隔离型。隔离型逆变器一般都是用一个变压器来进行隔离的。隔离的方式可以选择低频隔离型 (如图1) 和高频隔离型 (如图 2 [2] ) 。因为分布式发电并网逆变器的输入直流电压的波动范围很大 ,所以根据逆变器输入直流电压和输出交流电压的比较 , 可以将逆变器分为 Buck 逆变器、Boost 逆变器和 Buck - Boost 逆变器 [1] 。值得注意的是 ,尽管图 1 和图 2 它们本身是 Buck 逆变器 ,但是通过 PWM 的控制和变压器的升降压 , 最后也可以达到 Boost 和 Buck - boost 逆变器的效果。图 1 传统低频隔离型 Buck 逆变器传统的逆变器在用于现有很多大功率系统时 ,往往需要装设一个笨重的工频变压器 ,对逆变过程中产生的谐波 、 直流分量具有很好的隔离效果 ,能够有效地满足技术标准和规范对并网设备的要求 , 但是成本高、 体积大、 重量重 ,特别是Ξ 作者简介 王燕 ( ) ,女 ,河北邢台人 ,华北电力大学电子与通信工程系通信与信息系统专业 级硕士研究生。中国电力教育 2006 年研究综述与技术论坛专刊: 1982 - 04