光伏并網(wǎng)逆變器

日期：2010/5/14      來源：網(wǎng)絡     訪問：10249 次

并網(wǎng)逆變器一般分為光伏并網(wǎng)逆變器、風力發(fā)電并網(wǎng)逆變器、動力設備并網(wǎng)逆變器和其他發(fā)電設備并網(wǎng)逆變器

一、光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器
由于建筑的多樣性，勢必導致太陽能電池板安裝的多樣性，為了使太陽能的轉(zhuǎn)換效率高同時又兼顧建筑的外形美觀，這就要求我們的逆變器的多樣化，來實現(xiàn)理想方式的太陽能轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)在世界上比較通行的太陽能逆變方式為：集中逆變器、組串逆變器，多組串逆變器和組件逆變，現(xiàn)將幾種逆變器運用的場合加以分析。
• 集中逆變 見圖。集中逆變一般用與大型光伏發(fā)電站（>10kW）的系統(tǒng)中，很多并行的光伏組串被連到同一臺集中逆變器的直流輸入端，一般功率大的使用三相的IGBT功率模塊，功率較小的使用場效應晶體管，同時使用DSP轉(zhuǎn)換控制器來改善所產(chǎn)出電能的質(zhì)量，使它非常接近于正弦波電流。主要特點是系統(tǒng)的功率高，成本低。但受光伏組串的匹配和部分遮影的影響，導致整個光伏系統(tǒng)的效率和電產(chǎn)能。同時整個光伏系統(tǒng)的發(fā)電可靠性受某一光伏單元組工作狀態(tài)不良的影響。目前新的研究方向是運用空間矢量的調(diào)制控制，以及開發(fā)新的逆變器的拓撲連接，以獲得部分負載情況下的高的效率。
在特雷斯集中逆變器上，可以附加一個光伏陣列的接口箱，對每一串的光伏帆板串進行監(jiān)控，如其中有一組串工作不正常，系統(tǒng)將會把這一信息傳到遠程控制器上，同時可以通過遠程控制將這一串停止工作，從而不會因為一串光伏串的故障而降低和影響整個光伏系統(tǒng)的工作和能量產(chǎn)出。
• 組串逆變 見圖。組串逆變器已成為現(xiàn)在國際市場上較流行的逆變器。組串逆變器是基于模塊化概念基礎上的，每個光伏組串（1kW-5kW）通過一個逆變器，在直流端具有峰值功率峰值跟蹤，在交流端并聯(lián)并網(wǎng)。許多大型光伏電廠使用組串逆變器。優(yōu)點是不受組串間模塊差異和遮影的影響，同時減少了光伏組件最佳工作點
與逆變器不匹配的情況，從而增加了發(fā)電量。技術上的這些優(yōu)勢不僅降低了系統(tǒng)成本，也增加了系統(tǒng)的可靠性。同時，在組串間引入“主-從”的概念，使得在系統(tǒng)在單串電能不能使單個逆變器工作的情況下，將幾組光伏組串聯(lián)系在一起，讓其中一個或幾個工作，從而產(chǎn)出更多的電能。目前新的概念為幾個逆變器相互組成一個“團隊”來代替“主-從”的概念，使得系統(tǒng)的可靠性又進了一步。目前，無變壓器式組串逆變器已占了主導地位。
• 多組串逆變 見圖。多組串逆變是取了集中逆變和組串逆變的優(yōu)點，避免了其缺點，可應用于幾千瓦的光伏發(fā)電站。在多組串逆變器中，包含了不同的單獨的功率峰值跟蹤和直流到直流的轉(zhuǎn)換器，這些直流通過一個普通的直流到交流的逆變器轉(zhuǎn)換成交流電，并網(wǎng)到電網(wǎng)上。光伏組串的不同額定值（如：不同的額定功率、每組串不同的組件數(shù)、組件的不同的生產(chǎn)廠家等等）、不同的尺寸或不同技術的光伏組件、不同方向的組串（如：東、南和西）、不同的傾角或遮影，都可以被連在一個共同的逆變器上，同時每一組串都工作在它們各自的最大功率峰值上。
同時，直流電纜的長度減少、將組串間的遮影影響和由于組串間的差異而引起的損失控制到更小。
• 組件逆變器
組件逆變器是將每個光伏組件與一個逆變器相連，同時每個組件有一個單獨的功率峰值跟蹤，這樣組件與逆變器的配合較好。通常用于50W到400W的光伏發(fā)電站，總效率低于組串逆變器。由于是在交流處并聯(lián)，這就增加了交流側(cè)的連線的復雜性，維護困難。另一需要解決的是怎樣更有效的與電網(wǎng)并網(wǎng)，簡單的辦法是直接通過普通的交流電插座進行并網(wǎng)，這樣就可以減少成本和設備的安裝，但往往各地的電網(wǎng)的安全標準也許不允許這樣做，電力公司有可能反對發(fā)電裝置直接和普通家庭用戶的普通插座相連。另一和安全有關的因素是是否需要使用隔離變壓器（高頻或低頻），或者允許使用無變壓器式的逆變器。這一逆變器在玻璃幕太陽能并網(wǎng)逆變器 光伏并網(wǎng)逆變器墻中使用較為廣泛。
特雷斯光伏并網(wǎng)逆變器規(guī)格全，既有小功率的組串逆變器，又有大功率的集中式逆變器，隨著中國光伏發(fā)電市場的迅速發(fā)展，特雷斯逆變器必然會被越來越多的中國客戶使用。
二、風力發(fā)電并網(wǎng)逆變器
針對風力發(fā)電系統(tǒng)的特性，設計了與電網(wǎng)并聯(lián)的PWM逆變器控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用電流瞬時值反饋控制，直接以電網(wǎng)電壓同步信號為逆變器輸出電流跟蹤指令，通過對網(wǎng)側(cè)電流的閉環(huán)跟隨控制，實現(xiàn)以單位功率因數(shù)向電網(wǎng)饋送電能。對系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了分析，實驗結果證明了該逆變器控制系統(tǒng)的可行性和正確性。
關鍵詞 風力發(fā)電 并網(wǎng)逆變器 功率因數(shù)
• 引言
隨著節(jié)能意識的加強以及對于可再生能源的需求，風力發(fā)電技術日益受到重視。由于風能具有不穩(wěn)定性和隨機性，風力發(fā)電機發(fā)出的電能是電壓、頻率隨機變化的交流電，必須采取有效的電力變換措施后才能夠?qū)L電送入電網(wǎng)。為了改進風力發(fā)電機發(fā)電系統(tǒng)的運行性能，近年來發(fā)展了基于交-直-交變流器的變速風力發(fā)電系統(tǒng)。
在交-直-交變速風力發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器的控制技術是關鍵，國內(nèi)外紛紛展開這方面的研究工作。文獻［2］～文獻［5］對此都有專門的研究。本文綜合以上幾個文獻中逆變器的優(yōu)點，提出了一種新型的逆變器控制方案。該逆變器直接以電網(wǎng)電壓同步信號為逆變器輸出電流的跟蹤信號，能夠使輸出電流快速跟蹤電網(wǎng)電壓。該控制系統(tǒng)結構簡單，試驗結果表明該控制系統(tǒng)能實現(xiàn)單位功率因數(shù)輸出，且輸出電流的諧波含量低。
• 交-直-交變速風力發(fā)電系統(tǒng)簡介
交-直-交變速風力發(fā)電系統(tǒng)如圖1所示，圖中整流器和逆變器分別采用二極管整流器及基于全控型器件的PWM逆變器。為了解決在低風速時整流以后的電壓幅值過低、頻率變化太快、直流紋波較大、電壓尖刺等問題，在整流器與逆變器之間加入了直流環(huán)節(jié)部分，該環(huán)節(jié)具有升壓和穩(wěn)壓功能。逆變器將直流轉(zhuǎn)換成適合并網(wǎng)條件的交流后再通過變壓器或直接并入電網(wǎng)。
這種交-直-交系統(tǒng)顯著的特點是在風力發(fā)電機和電網(wǎng)之間連接了緩沖電路，在并網(wǎng)時無電流沖擊，逆變器不僅可以調(diào)節(jié)電壓、頻率，而且可以調(diào)節(jié)輸出功率，是一種穩(wěn)定的并網(wǎng)方式。
• PWM逆變器的控制方案
PWM逆變器的拓撲結構如圖2a所示。逆變器輸入與直流穩(wěn)壓的輸出端相連，其輸入端的電壓為直流穩(wěn)壓后的電壓值udc，輸出端通過濾波電感上后并入電網(wǎng)，對于風力發(fā)電并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)，輸出相電壓、相電流與電網(wǎng)電動勢滿足圖2b所示矢量關系。
對于無窮大公共電網(wǎng)，該并網(wǎng)逆變器作為電流源向電網(wǎng)輸送電能。因此通過對逆變器輸出電流的控制即可達到控制輸出功率的目的。由圖2b可知，為了不對公用電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染，必須使逆變器各相輸出電流與電網(wǎng)電壓反相，以實現(xiàn)逆變器的單位功率因數(shù)輸出。為了實現(xiàn)這一目的，設計了如圖3所示的逆變器控制系統(tǒng)。
• 控制器及其參數(shù)設計
因為PWM開關頻率遠大于公用電網(wǎng)的工頻頻率，根據(jù)圖3所示的控制系統(tǒng)圖，可以得到如圖4所示a相電流閉環(huán)傳遞結構圖。
• 并網(wǎng)逆變器的試驗
圖6a為蓄電池電壓與a相電流波形圖，圖6b為a相電壓與電流波形圖。圖6c為輸出電流的頻譜圖。實驗結果表明，在蓄電池電壓穩(wěn)定的條件下，逆變器輸出電流是穩(wěn)定的正弦波，且與電網(wǎng)電壓相位相反，因而實現(xiàn)了單位功率因數(shù)傳送電能。逆變器輸出電流頻率基本是50Hz。諧波含量達到了并網(wǎng)要求。
•  結束語
本文提出的逆變器控制系統(tǒng)直接以電網(wǎng)電壓作為逆變器輸出電流的參考信號，采用電流瞬時值反饋控制，其控制系統(tǒng)不僅結構簡單，而且能夠?qū)崿F(xiàn)單位功率因數(shù)輸出，減少輸出電流對電網(wǎng)造成的諧波污染。該并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)的研究設計為風力發(fā)電并網(wǎng)技術的發(fā)展提供了條件。

三、動力設備并網(wǎng)逆變器

動力設備并網(wǎng)逆變器有內(nèi)燃機發(fā)電并網(wǎng)逆變器等，在日常生活中具有廣泛的應用。

特雷斯電子技術部