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摘要：随着智能电网发展，光伏逆变器将在电力系统中发挥更为重要的作用。光伏逆变器是光伏发电系统的关键组成部分，它直接影响到电网的安全可靠运行。本研究分析了并网逆变器的工作原理和电网、光伏阵列及用户对并网逆变器的要求。要使并网逆变器输出的电能符合电网的要求，必须做好对逆变器的控制，这主要通过对光伏阵列最大功率点的控制和检测电网控制来实现，并做好孤岛效益的检测和控制。本研究为并网逆变器的设计和控制措施提供了指导依据。
关键词：光伏发电系统；并网逆变器；控制
1 引言
近年来，随着我国的光伏发电系统建设的持续快速发展，光伏发电能力的逐步增强，有效的促进了光伏发电技术的进步。为进一步缓解我国能源结构不合理、能源需求紧张的矛盾，发展分布式光伏发电成为我国能源发展的重要发展方向。但是，由于光伏发电系统所需投资大、成本高，并且光电转换效率不高，将制约光伏发电技术的发展。因此，迫切需要研发造价低、性能优异的光伏材料、组件，同时，需要进一步提高光伏发电系统光电转换效率。我国光伏发电系统所产生的电通常为直流电[1]，但由于负载端所需电压各异，无法确保对发电系统中负载的兼容，也很难满足交流负载的民用需要。另外，要实现光伏系统所产电能可被接入电网，要求将直流电能转换成交流电能。因此，必须加强交流光伏发电系统的开发建设。
2 并网逆变器的工作机理和分类
并网逆变器的主要作用是将电池组件输出的直流电转换成交流电，同时，在转换过程中，对交流电进行控制，使其符合并网电压的需要。逆变器的控制机理和电路拓扑有关。逆变器是交流光伏发电系统的主要组成部分，也是关键部位。并网逆变器作为光伏系统的关键元器件，其主要工作职能是实现光伏发电系统能量的转换。其运转能力的强弱直接关系整个并网系统能否安全可靠运转，并且影响整个光伏系统的使用年限的长短。逆变器转换效率的高低与其本身能量损失有关，同时还会对整个光伏发电系统的发电量和相关组件的配置产生重大影响。因此，逆变器将与光伏并网发电系统的经济效益相关，同时，还关系着系统能否稳定运行。做好逆变器的型号和控制方式的选择，关系着并网发电系统的运行效率和运行成本控制。
3 光伏并网发电系统对并网逆变器的选择要求
并网逆变器是光伏发电系统的重要构件之一。作为连接光伏阵列和电网的关键部位，并网逆变器的主要作用是转换产自光伏阵列的电能。逆变器输出与电网一致的正弦波电流后注入电网。其频率和相位与电网相同，同时还可跟踪光伏发电系统的最大输出功率点。
3.1 电网的要求
光伏并网发电系统经逆变器转换后输出的正弦波电流要符合电网的要求。也就是说，并网逆变器输出的正弦波其失真度要足够小。并网逆变器的开关频率会影响正弦波的波形失真度，通过提高逆变器的开关频率性能、选择好逆变器的朱功率元件，可有效减小正弦波的失真度，符合电网要求。同时，并网逆变器还需具有防孤岛效益的保护作用，在电网因故障、误操作等原因中断供电时，可及时有效的检测出电网的断电状态，并迅速切离。可采用变压器来实现与电网的有效隔离。同时，要严格国际规定做好并网逆变器的接地。
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3.2 光伏阵列的要求
光伏阵列的光电转换效率易受辐照强度和温度的影响而发生变化，因此要求通过并网逆变器调节控制电池组件的输出电压。该输出电压要接近电池组件最大功率点时的输出电压，从而确保电池组件的输出电量达到最高效率[2]。
3.3 用户的要求
当前我国光伏发电成本高企、光电转换效率低。要提高光伏发电系统的效率，必须提升逆变器的效率。同时，由于当前光伏发电系统主要建设在偏远地区，为了便于远程管理和检修，可通过逆变器稳妥的电路结构和灵活的控制方式来实现。逆变器要具备多种防护性能，如当遇到交流输出短路、过热过载时可以启动防护性能。由于发电系统的端电压随辐照强度和负载的不同而优化，在实际应用中，由于多组电池组件串联，其直流电压也较高，并且各组件的功率和电压各不相同，并且不同的串并联组合，这就要求逆变器直流输入电压工作范围要比较宽，同时，能够控制输出稳定的交流输出电压，符合并网电网的要求。由于并网发电，所以光伏并网发电系统无需蓄电池，节约了成本，减少了损耗，有效提高了效率。逆变器转换效率的大小直接关系着电池组件的容量，也决定着整个光伏发电系统的发电能力。同时，要提高并网逆变器的使用寿命和运行可靠性。光伏组件的使用年限需达到20-30年，在此期间，如果并网逆变器发生故障，整个光伏发电系统停止运转，将会带来一定的经济损失。
4 并网逆变器的控制策略
并网逆变器输出与电网频率、相位相同的正弦波和电流，这是实现光伏发电系统顺利接入电网的基本要求，同时，输出电能的质量也必须满足电网要求。要做好满足这些条件，必须实现对并网逆变器进行控制。首先要做到对光伏阵列工作点的有效控制。可采用恒电压或MPPT两种方式。其中，MPPT主要采用跟踪光伏阵列最大工作点的方式。其次，要实现对电网的有效跟踪控制。由于对并网逆变器的控制来实现对防孤岛效益的有效保护。在电网失电时，逆变器对电压、频率和相位等参数进行检测。当判断出电网的断电状态，必须迅速切除并网逆变器，确保电网安全。因此必须做好对孤岛效益的检测和控制。
5 结论
伴随着全球经济的不断增长，世界能源结构正在发生着翻天覆地的变化，人类希望开发更加经济更加绿色的新能源来替代化石燃料，而光伏发电技术的发明与应用正是为了解决这个问题，继续对该项技术进行深入研究和探索是很有必要的，具有很重要的意义。本篇文章主要从提高光伏发电系统效率的角度进行展开，针对其主要部件――并网逆变器的相关研究以及发展情况进行了详细的论述。介绍了光伏并网发电系统工作原理，详细分析比较了各种拓扑结构的优缺点，对于根据不同需要选择具体的拓扑结构具有一定参考意义。同时，纵观并网逆变器由单级到多级的发展也尚存一些问题有待我们继续研究，比如在保证多级并网逆变器效率的同时提高其稳定性，设计高集成度的模块化结构，减少中间转换环节是今后逆变器结构的主要发展与研究方向。
参考文献：
[1]王兆安，黄俊. 电力电子技术（第四版）[M]. 北京：机械工业出版社，2012
[2]王其英，何春华. UPS 不间断电源剖析与应用[M]. 北京：科学出版社，2012
[3]张强，刘建政. 单相光伏并网逆变器瞬时电流检测与补偿控制[J]. 电力系统自动化，2007，31（10）：50-54
[4]董密，罗安. 一种光伏并网与电能质量复合控制系统设计[J]. 电力系统自动化，2012，36（4）：40-44
论文作者:穆彦喜1,张新2,王晓龙3
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
标签：逆变器论文; 光伏论文; 电网论文; 系统论文; 并网发电论文; 电压论文; 效率论文; 《电力设备》2017年第34期论文;