光伏逆变器的并网控制技术研究

2011 年第 26 期●●随着煤炭 、 石油等化石燃料的日益匮乏 ， 清洁可再生能源的使用越来越受到人们的重视 。 太阳能作为新能源的主导力量 ， 已日益彰显其应用的价值 。 因此 ， 研究高效的太阳能利用技术已迫在眉睫 。 光伏并网逆变器作为光伏并网系统的核心部件 ， 其效率的高低直接影响着光伏发电系统的效率 。 下面就如何提高单相光伏并网逆变器效率等问题展开研究 。1. 光伏逆变器一般的光伏并网发电系统是由控制器 、 光伏阵列 、 电力电子功率变换器和电网负载等构成 。 作为光伏并网发电系统中的核心部件 ， 光伏并网逆变器与传统功率变换器相比 ， 其构成具有其独特性 。 光伏逆变器应具有较高逆变效率 、 较高可靠性 、 实现最大功率跟踪和达到高质量电能转化等特点 。 逆变器无变压器无绝缘方式主电路采用的两级变换 、 效率高 。 没有变压器 ， 重量轻 、 体积小 、 经济 ， 是比较好的一种主电路方式 ， 本文也采用这种方式 。 光伏并网逆变器控制方式采用电压源输入 、 电流源输出 。 前级 DC-DC 环节和后级的 DC-AC 环节 ， 两部分通过 DClink 解耦电容相连 。2. 光伏逆变器的设计2.1 前级 DC-DC 环节该系统选用的单个光 伏 阵 列 的 输 出 功 率 是 200W， 开 路 电 压 为24~32V 。 并将 5 节光伏电池串联满足整个系统输出功率的等级要求 ，作为前级 DC-DC 的输入 ， 同时需要一级升压电路把较低的光伏阵列输出电压提高到并联逆变器需要的 315~400V 直流母线电压 。 考虑到直流变换电路的损耗问题 ， 分别对升压电路 、 控制策略 、 元器件和最大功率跟踪方法进行选择 。光伏逆变器把逆变效率作为主要考虑因素 ， 需要实现对光伏阵列输入电压的升压功能 ； 另外也应该便于最大功率跟踪的控制实现 。 有鉴于此 ， 本文选用 DC-DC 变换电路是 Boost 变换器 。Boost 变换器称为升压变换器 ， 其电路拓扑主要由电感 、 光伏阵列 、 开关管 、 电容器 、 二极管和负载构成 。 Boost 变换器以电感电流源方式向负载供电 ， 完成直流侧光伏阵列输出电压的升压功能和系统的最大功率点跟踪 。其工作过程如下 ： 当开关管 VF 导通时 ， Boost 变换器等效电路中电源只向电感提供电能 ， 电感未饱和前 ， 电流 i L 呈线性增加 ， 电能以磁能形式储存在电感 L 中 ， 与此此时电容 C 放电 ， 向负载 R 供电 ， R 上流过电流 I o， R 两端输出电压 Uo 的极性上正下负 。 由于开关管导通 ，二极管阳极接电源 Us 的负极 ， 二极管承受反向压降不导通 ， 则电容 C不能通过开关管 VF 放电 。 当开关管 T 关断时 ， Boost 变换器等效电路中 ， 电感线圈 L 磁能转化成电压 UL 与电源 Us 串联的形式 ， 以高于电源的电压向电容 C 和负载 R 供电 ， 充电电流流入电容器 C， 当 Uo 有降低的趋势时 ， 电容 C 向负载 R 释放电能 ， 以维持 Uo 不变 。 由于 Uo+UL 向负载 R 供电时 ， Uo 大于 Us， 故称它为升压变换器 ， 在工作中 ， 输入电源供电的电流是连续的 ， 但流经二极管 VD 的电流却是脉动的 。 由于有电容器 C 的存在 ， 负载 R 上电流 I o 仍是连续的 。2.2 后级 DC-AC 逆变环节在光伏逆变应用中 ， 常用的桥式结构主要有全桥电路和半桥电路 ， 本文选取全桥电路作为逆变电路 。 全桥逆变电路拓扑可看作由两个半桥逆变电路拓扑组合而成的 ， 是单相电压型逆变电路中应用最多的电路 ， 主要应用于大容量场合 。 在相同的直流电压输入情况下 ， 全桥逆变电路的最大输出电压是半桥逆变电路的两倍 。 这就意味着如果输出功率相同时 ， 全桥逆变电路的输出电流和通过开关器件的电流是半桥逆变电路的一半 。 在大中型功率等级逆变器中 ， 这是一个显著优点 ，可以减少所需并联的器件数量 。左桥臂采用 IGBT 作为开关器件 ， 将左桥臂的开关频率设定为电网频率 50Hz ， 用来实现输出正弦波信号极性的切换 。 这是因为低频条件下 ， IGBT 较 MOSFET 有更好的输出特性 ， 频率的降低 ， 可以带来开关损耗的减少 ， 提高效率 。 右桥臂采用 MOSFET 作为开关器件 ， 其工作在 16~20KHz 的高频条件下 ， MOSFET 高频工作能力优于 IGBT ， 而且动态特性更好 。 复合型单相光伏全桥逆变电路的效率可由公式计算求得 ， 参数整定可得 ： η FH-FB =96.3% 。 复合型单相光伏全桥逆变电路与传统型单相光伏全桥逆变电路结构相比较 ， 效率大约可以提高 1%。3.整机效率与仿真单相光伏并网逆变电路通过支 撑 电 容 Cdc 把 前 级 Boost 升 压 电路和后级复合型单相逆变电路连接形成的 。 仿真中 Pin=1048W ， Pout=1009W ， P (loss)=37.3W 。 所以 ， 可求得 ： η =96.4% 。 仿真结果与理论数值几乎一致 。4.结论通过对光伏逆变器的研究可以知道整个逆变器的损耗是由 DC/DC升压环节和 DC/AC 逆变环节两个部分组成 。 通过合理的方法和策略减少了各部分的损耗 ， 提高了转换效率 ， 并通过仿真得到了验证 。 科【 参考文献 】［ 1］ 汪进进 .光伏并网控制方法和系统的研究合肥工业大学 ， 2002, 30-33.［ 2］ 张凌 .单相光伏并网逆变器的研制 .北京交通大学硕士学位论文 ,2007.［ 3］ 舒杰 ， 傅诚 ， 陈德明 ， 沈玉樑 .高频并网光伏逆变器的主电路拓扑技术 [J].电力电子技术 ， 2008, 42 (7):79-82.［ 4］ 周淑彦 .逆变器在光伏系统中的应用 [J].通信电源技术 ,2007,24(6):80-81.［ 5］ 翁炳文 .光伏发电系统关键技术的研究 . 浙江大学硕士学位论文 .2008.光伏逆变器在使用中提高转化效率的控制方法研究随顺科 孙长江 权太阳（ 中国矿业大学信息与电气工程学院 江苏 徐州 221116 ）【 摘 要 】 探讨了光伏逆变器的设计 ， 采用电压源输入 、 电流源输出的控制方式 ， 两极逆变电路拓扑 ， 在前级 DC-DC 升压环节选用 Boost升压电路 ， 后级 DC-AC 逆变环节采用了一种复合型的高效单相光伏逆变器 ， 进而提高转换效率 。【 关键词 】 光伏逆变器 ； 转换效率 ； 仿真（ 上接第 5 页 ） 5.封面中版式设计之重要性版式是整体风格的体现 ， 大气 、 庄重 、 活泼 、 均由总体的字 、 图 、 纹样 、 色彩所构成 ， 为此 ， 如何把这些元素布置好 ， 就是版式设计的要素 ，首先要考虑画面是否和谐 ， 是怀旧庄重的 ， 就要避免出现过于刺眼艳丽的色彩 ， 不要出现现代感的字体 ， 其次要注意画面中的视觉平衡与对比 ， 图片的摆放位置要注意黄金分割线 ， 比如 ， 笔者曾经设计设计过学校的一个内部手册 ， 下部用实在的图书馆图片 ， 顶部用蓝天白云烘托 ， 但最后感觉 ， 画面底部太堵 ， 而中间太空 ， 这就对于画面力的均衡考虑不够 ， 最后 ， 试着将图片移到中间摆放 ， 给下面留出空白 ， 有实有虚 ， 视觉效果较佳 。6. 结束语“ 封面的功能是保护书 ， 除此之外 ， 装饰美化书籍是最直接最重要的功能 ， 更要集中地体现书籍的主题精神 ， 要把握好封面的整体感 ， 在设计时对封面上每一个元素都要精心策划 ， 不管是精神体现 ， 还是装饰美化 ， 都要合理统一 ， 始终为设计出一个优秀封面而服务 ， 使一些充满想象的设计成为现实 ， 使书的脸面以更加丰富多彩的姿态显现于读者面前 。 ” [3] 科【 参考文献 】［ 1］ 夏飞英 .一张表情丰富的脸 [J].艺术 .生活 ,2006（ 5）： 75-76.［ 2］ 曹凌 .论书名设计的艺术魅力和表现手法 [J].装饰 ,2006（ 3） .［ 3］ 陈建军 .书籍装帧入门 [M].南宁 ： 广西美术出版社 ,1996（ 7） .●◇ 高教论述 ◇81