摘要：由于光伏并网发电系统的运行控制程序比较复杂，逆变器的设计与控制就成为了光伏发电的主要限制性因素。目前针对光伏并网逆变器的研究已经取得了初步的成果，电力企业在实际应用过程中取得了良好的经济收益，满足了社会活动中电力能源的需求，对世界清洁能源获取途径的研究起到了重要的推动作用。本文主要针对光伏并网发电系统中逆变器设计与控制进行分析。
关键词：光伏并网发电系统；逆变器；设计；控制
引言
所谓光伏并网发电系统，主要指的是将电网进行有效的连接，并且能够向电网准确输送电力的光伏发电系统，在光伏并网发电系统中，通过合理设计逆变器，并做好相应的控制工作至关重要，不仅能够提升光伏并网发电系统的安全性与可靠性，而且有效减少能源的损耗。鉴于此，本文主要分析光伏并网发电系统中逆变器的设计与控制要点，从而保证光伏并网发电系统能够更加安全稳定的运行。
一、合理设计与控制光伏并网发电系统中逆变器的重要作用
现阶段，由于能源的损耗量逐年增加，造成严重的环境污染，降低人们的生活质量，通过合理设计光伏并网发电系统中的逆变器，并制定有效的控制措施，能够保证能源得到更加高效的利用，减少能源的损耗。与石化能源相比，太阳能能源具有清洁、稳定等特点，为了保证太阳能能源得到有效利用，设计合理的光伏并网发电系统非常的重要，而逆变器能够将光伏阵列与电网进行有效连接，因此，妥善控制光伏并网发电系统中的逆变器至关重要。
在微电子技术高速发展的今天，传统的逆变技术已经不能够满足光伏并网发电系统的运行需求，想要不断提升光伏并网发电系统的总体运行效率，设计人员要结合逆变器的运行情况，做好相应的改进工作，并适当提高逆变器运行功率，扩大逆变器的应用范围。通过合理与控制光伏并网发电系统中的逆变器，能够帮助设计人员更加全面的了解光伏并网发电系统逆变器内部结构，有效减少能源的浪费。
二、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。
2.1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。
2.2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变化，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。
三、光伏并网发电系统中逆变器的设计要点与控制策略
3.1光伏并网发电系统中逆变器的设计
3.1.1提高逆变器的开关频率
逆变器在光伏发电系统与电网中起到良好的连接作用，为了保证电网的可靠运行，减少孤岛效应的产生，设计人员要适当提高逆变器的开关频率，并结合光伏并网发电系统的总体运行情况，不断优化逆变器内部结构，保证光伏发电系统与电网之间实现安全隔离。光伏发电系统在运行的过程当中，很容易对公共电网产生污染，因此，为了减小光伏发电系统对公共电网的影响，设计人员要准确计算逆变器的正弦值，并运用先进的DSC处理器，有效提高逆变器的开关频率。如果光伏电网的电压容量比较低，设计人员也可以安装效应管（MOSFET），能够保证逆变器的开关频率得到更好的提升。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但是，由于电压的不断升高，光伏并网发电系统的通态电阻越来越大，设计人员通过安装绝缘栅双极晶体管，能够提高光伏电网的电压容量，减少孤岛现象的出现。所谓孤岛效应，主要指的是光伏发电系统受电气故障与错误操作的影响，一旦出现断电现象，光伏并网发电系统不能够在规定的时间内检测停电状态，形成供电孤岛现象。
3.1.2满足光伏阵列要求
由于光伏并网发电系统受外界环境因素的影响较大，设计人员在设计逆变器的过程中，要结合光伏阵列运行要求，妥善调节逆变器，保证光伏阵列的输出电压符合相关规定，提升光伏并网发电系统的运行安全。从用户角度来讲，光伏并网发电系统具有运行成本低、安全性高等特点，为了保证光伏并网发电系统能够更加稳定的运行，逆变器设计人员要结合电路结构特点，选择合理的元器件，在提升光伏并网发电系统安全性的同时，降低逆变器发生故障的概率。
3.2光伏并网发电系统中逆变器的控制策略
3.2.1光伏阵列工作点追踪控制
光伏发电系统主要的能源获取方式为光伏阵列对太阳能的吸收以及存储转化工作。目前光伏阵列的控制方式主要为恒电压控制以及MPPT两种方法。恒电压控制（CVT）是通过对阵列端电压的测控使电压稳定在一个合理的数值，通过对数值进行控制来保证系统功率点的稳定和科学，继而为光伏阵列提供合理的控制方法。其优点主要是操作较为简单，不需要复杂的技术控制，可操作性好，控制系统的稳定性相应较高，能够满足电力企业的发电需求。然而其缺点同样明显，因为是对光伏阵列的电压进行测控，当阵列所在地区的昼夜温差较大时，会导致阵列系统功率点与实际的电压数值出现较大程度的偏离，影响系统的正常使用。MPPT是目前世界范围内普遍采用的阵列功率点的控制方法和策略，其主要采取实时调整光伏阵列的姿态来追踪阵列的最大工作点，从而实现了光伏发电系统的最大功率输出。由于可以实时调整阵列姿态，如此一来就保证了太阳能最大化的吸收和转化，并将转化的直流电存储在蓄电池中，对太阳能的转化效率较高，而且自动化的操作方式也能够在大范围地区使用。由于MPPT是一种自主追踪方式，动态性能上较好，虽然在系统稳定性上不如CVT，却可以在温差较大的环境中使用，相对来说能够满足目前的电力能源供给，实用性较好。
3.2.2光伏逆变系统对电网的追踪控制
对电网的追踪控制是整个逆变器系统的核心工作内容，也是保证电网电能质量与稳定性的基础。目前主要的追踪控制方式为脉冲宽度调制（PWM），是利用计算机微处理器的数字输出来对实际电路进行控制的一种非常有效的技术，在光伏发电系统中广泛运用。脉冲宽度调制方法是一种模拟控制方式，主要是根据相应载荷的数值变化调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现控制晶体管或MOS管导通时间的改变，从而促使开关稳压电源输出形式的改变。PWM控制技术以其控制方式简单、灵活以及动态响应能力突出的优点而成为光伏发电技术的首选控制方式，也是世界范围内获得了一致认可的方法，对电网的追踪以及电能的输送起到了至关重要的作用。
3.2.3孤岛效应的防范与检测
孤岛效应一旦发生需要在最短时间内解决，以保证系统的稳定运行，目前主要的检测方式分为被动式与主动式两种。被动式方法主要是通过对电网电压、电流强度、相位以及频率等进行检测，来对系统运行做一个有效的检查，发现问题时能够及时处理。如果电网的负载与逆变器的输出相匹配，则被动式的检测方式无法发挥功效。主动式方法是定时对光伏并网逆变器发出干扰信号，以确定整个电路的平稳运行、各个系统正常工作的一种检测方式。但是主动式检测容易受到检测盲区的干扰导致检测工作出现纰漏，无法有效地检测系统异常情况。
四、结束语
综上，通过详细分析光伏并网发电系统中逆变器的设计要点、光伏并网发电系统中逆变器的控制策略，能够保证光伏并网发电系统更加可靠的运行，提升太阳能的利用率。对于光伏并网发电系统逆变器设计人员来讲，要结合光伏并网发电系统的运行特点，运用先进的设计与控制理念，减少光伏并网发电系统运行故障的发生。
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论文作者:潘广
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/7/24
标签：逆变器论文; 并网发电论文; 光伏论文; 系统论文; 电网论文; 阵列论文; 电压论文; 《基层建设》2019年第9期论文;