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摘要：随着社会的飞速发展，人类对能源的需求也在急剧增加，然而全球的化石储量正在日趋枯竭。因此太阳能作为绿色可再生能源凭借其日益突显的优势而受到追捧。太阳能已经成为当前世界上最有前景和发展潜力的可再生能源。其中太阳能光伏并网发电系统更是光伏利用的重要发展趋势，而并网逆变器作为光伏发电系统和电网接口设备，其重要性更是不言而喻。
关键词：光伏发电；并网；逆变器
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。
1光伏并网系统工作原理
1.1太阳能电池的工作原理。在整个太阳能光伏发电系统中最关键的结构就是太阳能电池列阵。其品质好坏与整个光伏系统的性能和质量息息相关。太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结光升伏打效应，当物体接收到太阳光的光照时，物体内部的电荷的分布状态会立刻改变，分布状态的改变促使物体产生电流和电动势的效应。若光线照射到半导体的PN结时，PN结的两边会产生光生电压，当PN结短路时会产生电流，光生伏打效应就是这样一种现象。若将PN结与外电路进行连接，通过接收持续性的光照，电路中就会不间断地有电流流过，此时可以将PN结看成一个电源，其为整个电路提供了持续电流，这也就是太阳能电池发电的基本原理。
1.2光伏并网发电系统的工作原理。太阳能电池发电系统是根据光生伏打效应原理制成的，它能够将接收到的太阳辐射能量直接转换成电能。其主要组成部分为太阳能电池方阵和并网逆变器。当白天有太阳光照时，太阳能电池方阵发出的电经过并网逆变器将电能直接输送到交流电网上，或将太阳能所发出的电经过并网逆变器直接为交流负载供电。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆光伏系统主要由电池组件方阵、充电控制器、蓄电池组、并网逆变器、升压装置等几部分组成，其工作过程如下：第一步，光伏电池组件将吸收的太阳光直接转化为直流电；第二步，形成的直流电在系统控制器的控制下不断向整个蓄电池进行充电；第三步，逆变器将直流电转化为与电网频率及相位保持同步的交流电；最后，交流电通过升压装置将电量输给电网。
1.3 光伏并网发电系统的关键技术。光伏并网发电系统的并网控制目标是使得输出电流的频率、相位和电网电压能够达到一致，系统的功率因数值为1。目前电力上常用的电流控制方法主要是电流滞环控制方法和基于SPWM的电流控制方法。
太阳能光伏电池的最大功率点跟踪是光伏发电系统中必不可少的部分，最大功率跟踪的目的是使太阳能电池始终工作在最大功率点。通过跟踪与搜索太阳能电池的最大功率点，实现并网电流最大化，保证并网功率最大化。光伏系统常用的跟踪最大功率点的方法[6]有：滞环比较法、电导增量法、最优梯度法、扰动观察法等。这些方法的共同点是都根据太阳能电池的特性曲线上的最大功率点来搜索所对应的电压。这些方法各有千秋，不同需要时应酌情选择适合的控制方法。
2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。
3光伏逆变器的控制
3.1 PI控制
传统的带有电网电压前馈的PI控制器常用于电流控制的逆变器。但此方法存在两个比较突出的问题：PI控制器跟踪正弦波参考信号会产生稳态误差，且干扰能力较差，这是由于当干扰是一个周期信号时，积分性能差。为了获得好的动态响应并提高电网干扰抑制能力，控制中采用电网电压前馈环节，但测量电网电压的滤波器会产生延迟，这个延迟反而会引起稳定性的问题。
3.2无差拍控制
无差拍控制属于一种预测控制器。它们基于一个共同的原理：预测控制量的变化，并在这个基础上选取变换器的状态或者变换器产生的平均电压。该方法可以通过采用模型的信息来确定变换器的开关状态，从而使的开关次数最小，或者确定变换器的平均误差，来使得误差为0。在分布式发电系统的暂态过程中，如电源功率突变或者点网故障引起的电压跌落时，表明无差拍控制器在限制电流峰值方面具有优良的特性。
理论上无差拍电流控制器具有非常高的带宽，因为系统的传递函数在原点上存在两个极点，因此跟踪正弦信号的效果非常的好。如果考虑PWM以及控制作用的饱和，无差拍控制器的响应会变慢。参数不匹配是无差拍控制器的主要问题之一，这可能产生跟踪误差，也会导致稳定问题，使用观测器可能会减缓这些问题，它能使控制器对于参数不匹配和控制器延迟具有更强的鲁棒性。
参考文献：
[1]王久和，慕小斌，张百乐，张震.光伏并网逆变器最大功率传输控制研究[J].电工技术学报，2014（06）：49-56.
[2]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:刘涛
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/21
标签：逆变器论文; 光伏论文; 电网论文; 系统论文; 电压论文; 太阳能电池论文; 并网发电论文; 《基层建设》2018年第5期论文;