光伏并网逆变器

日期：2010-5-14      来源：网络     访问：9844 次

并网逆变器一般分为光伏并网逆变器、风力发电并网逆变器、动力设备并网逆变器和其他发电设备并网逆变器

一、光伏发电并网逆变器
由于建筑的多样性，势必导致太阳能电池板安装的多样性，为了使太阳能的转换效率高同时又兼顾建筑的外形美观，这就要求我们的逆变器的多样化，来实现理想方式的太阳能转换。现在世界上比较通行的太阳能逆变方式为：集中逆变器、组串逆变器，多组串逆变器和组件逆变，现将几种逆变器运用的场合加以分析。
• 集中逆变 见图。集中逆变一般用与大型光伏发电站（>10kW）的系统中，很多并行的光伏组串被连到同一台集中逆变器的直流输入端，一般功率大的使用三相的IGBT功率模块，功率较小的使用场效应晶体管，同时使用DSP转换控制器来改善所产出电能的质量，使它非常接近于正弦波电流。主要特点是系统的功率高，成本低。但受光伏组串的匹配和部分遮影的影响，导致整个光伏系统的效率和电产能。同时整个光伏系统的发电可靠性受某一光伏单元组工作状态不良的影响。目前新的研究方向是运用空间矢量的调制控制，以及开发新的逆变器的拓扑连接，以获得部分负载情况下的高的效率。
在特雷斯集中逆变器上，可以附加一个光伏阵列的接口箱，对每一串的光伏帆板串进行监控，如其中有一组串工作不正常，系统将会把这一信息传到远程控制器上，同时可以通过远程控制将这一串停止工作，从而不会因为一串光伏串的故障而降低和影响整个光伏系统的工作和能量产出。
• 组串逆变 见图。组串逆变器已成为现在国际市场上较流行的逆变器。组串逆变器是基于模块化概念基础上的，每个光伏组串（1kW-5kW）通过一个逆变器，在直流端具有峰值功率峰值跟踪，在交流端并联并网。许多大型光伏电厂使用组串逆变器。优点是不受组串间模块差异和遮影的影响，同时减少了光伏组件最佳工作点
与逆变器不匹配的情况，从而增加了发电量。技术上的这些优势不仅降低了系统成本，也增加了系统的可靠性。同时，在组串间引入“主-从”的概念，使得在系统在单串电能不能使单个逆变器工作的情况下，将几组光伏组串联系在一起，让其中一个或几个工作，从而产出更多的电能。目前新的概念为几个逆变器相互组成一个“团队”来代替“主-从”的概念，使得系统的可靠性又进了一步。目前，无变压器式组串逆变器已占了主导地位。
• 多组串逆变 见图。多组串逆变是取了集中逆变和组串逆变的优点，避免了其缺点，可应用于几千瓦的光伏发电站。在多组串逆变器中，包含了不同的单独的功率峰值跟踪和直流到直流的转换器，这些直流通过一个普通的直流到交流的逆变器转换成交流电，并网到电网上。光伏组串的不同额定值（如：不同的额定功率、每组串不同的组件数、组件的不同的生产厂家等等）、不同的尺寸或不同技术的光伏组件、不同方向的组串（如：东、南和西）、不同的倾角或遮影，都可以被连在一个共同的逆变器上，同时每一组串都工作在它们各自的最大功率峰值上。
同时，直流电缆的长度减少、将组串间的遮影影响和由于组串间的差异而引起的损失控制到更小。
• 组件逆变器
组件逆变器是将每个光伏组件与一个逆变器相连，同时每个组件有一个单独的功率峰值跟踪，这样组件与逆变器的配合较好。通常用于50W到400W的光伏发电站，总效率低于组串逆变器。由于是在交流处并联，这就增加了交流侧的连线的复杂性，维护困难。另一需要解决的是怎样更有效的与电网并网，简单的办法是直接通过普通的交流电插座进行并网，这样就可以减少成本和设备的安装，但往往各地的电网的安全标准也许不允许这样做，电力公司有可能反对发电装置直接和普通家庭用户的普通插座相连。另一和安全有关的因素是是否需要使用隔离变压器（高频或低频），或者允许使用无变压器式的逆变器。这一逆变器在玻璃幕太阳能并网逆变器 光伏并网逆变器墙中使用较为广泛。
特雷斯光伏并网逆变器规格全，既有小功率的组串逆变器，又有大功率的集中式逆变器，随着中国光伏发电市场的迅速发展，特雷斯逆变器必然会被越来越多的中国客户使用。
二、风力发电并网逆变器
针对风力发电系统的特性，设计了与电网并联的PWM逆变器控制系统，该系统采用电流瞬时值反馈控制，直接以电网电压同步信号为逆变器输出电流跟踪指令，通过对网侧电流的闭环跟随控制，实现以单位功率因数向电网馈送电能。对系统的稳定性进行了分析，实验结果证明了该逆变器控制系统的可行性和正确性。
关键词 风力发电 并网逆变器 功率因数
• 引言
随着节能意识的加强以及对于可再生能源的需求，风力发电技术日益受到重视。由于风能具有不稳定性和随机性，风力发电机发出的电能是电压、频率随机变化的交流电，必须采取有效的电力变换措施后才能够将风电送入电网。为了改进风力发电机发电系统的运行性能，近年来发展了基于交-直-交变流器的变速风力发电系统。
在交-直-交变速风力发电系统中，逆变器的控制技术是关键，国内外纷纷展开这方面的研究工作。文献［2］～文献［5］对此都有专门的研究。本文综合以上几个文献中逆变器的优点，提出了一种新型的逆变器控制方案。该逆变器直接以电网电压同步信号为逆变器输出电流的跟踪信号，能够使输出电流快速跟踪电网电压。该控制系统结构简单，试验结果表明该控制系统能实现单位功率因数输出，且输出电流的谐波含量低。
• 交-直-交变速风力发电系统简介
交-直-交变速风力发电系统如图1所示，图中整流器和逆变器分别采用二极管整流器及基于全控型器件的PWM逆变器。为了解决在低风速时整流以后的电压幅值过低、频率变化太快、直流纹波较大、电压尖刺等问题，在整流器与逆变器之间加入了直流环节部分，该环节具有升压和稳压功能。逆变器将直流转换成适合并网条件的交流后再通过变压器或直接并入电网。
这种交-直-交系统显著的特点是在风力发电机和电网之间连接了缓冲电路，在并网时无电流冲击，逆变器不仅可以调节电压、频率，而且可以调节输出功率，是一种稳定的并网方式。
• PWM逆变器的控制方案
PWM逆变器的拓扑结构如图2a所示。逆变器输入与直流稳压的输出端相连，其输入端的电压为直流稳压后的电压值udc，输出端通过滤波电感上后并入电网，对于风力发电并网逆变器系统，输出相电压、相电流与电网电动势满足图2b所示矢量关系。
对于无穷大公共电网，该并网逆变器作为电流源向电网输送电能。因此通过对逆变器输出电流的控制即可达到控制输出功率的目的。由图2b可知，为了不对公用电网产生谐波污染，必须使逆变器各相输出电流与电网电压反相，以实现逆变器的单位功率因数输出。为了实现这一目的，设计了如图3所示的逆变器控制系统。
• 控制器及其参数设计
因为PWM开关频率远大于公用电网的工频频率，根据图3所示的控制系统图，可以得到如图4所示a相电流闭环传递结构图。
• 并网逆变器的试验
图6a为蓄电池电压与a相电流波形图，图6b为a相电压与电流波形图。图6c为输出电流的频谱图。实验结果表明，在蓄电池电压稳定的条件下，逆变器输出电流是稳定的正弦波，且与电网电压相位相反，因而实现了单位功率因数传送电能。逆变器输出电流频率基本是50Hz。谐波含量达到了并网要求。
•  结束语
本文提出的逆变器控制系统直接以电网电压作为逆变器输出电流的参考信号，采用电流瞬时值反馈控制，其控制系统不仅结构简单，而且能够实现单位功率因数输出，减少输出电流对电网造成的谐波污染。该并网逆变器控制系统的研究设计为风力发电并网技术的发展提供了条件。

三、动力设备并网逆变器

动力设备并网逆变器有内燃机发电并网逆变器等，在日常生活中具有广泛的应用。

特雷斯电子技术部