光伏并网系统的工作原理

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1、第1章光伏并网系统的工作原理1.1光伏并网系统光伏并网系统就是将太阳能光伏系统与电力网相连接的系统。并网逆变器是并网光伏发电系统的核心部件和技术关键。除了将光伏阵列发出的直流电转换为交流电，与普通逆变器不同的是，并网逆变器还需对转换的交流电的频率、电压、电流、相位、有功与无功、电能品质（电压波动、高次谐波）等进行控制，使转换后的交流电的电压、频率与电网交流电的电压、频率一致。一般来说，并网逆变器具有如下功能：（1）自动开关。根据日出到日落的日照条件，尽量发挥光伏阵列输出功率的潜力，在此范围内实现自动开始和停止。（2）最大功率跟踪（MPPT）控制。在不

2、同的外界温度和太阳光照强度条件下，使光伏阵列尽量保持最大功率输出的工作状态。（3）并网时抑制高次谐波电流流入电网，减少对电网的影响。（4）防止孤岛运行。系统所在地发生停电，但由于光伏发电继续供电，逆变器的输出电压并未变动。此时，就不能正常检测出是否停电，一旦再恢复来电，就有可能造成事故，这种情况称为孤岛运行。为保护设备维修人员不受到伤害，并网逆变器需要具备此功能。（5）自动电压调整。由于大量的太阳能光伏系统与电网相联，晴天时太阳能光伏系统的剩余电能会同时送往电网，使电网的电压上升，导致供电质量下降。为保持电网的电压正常，运转过程中要能够自动防止并网逆

3、变器输出电压上升。但对于小容量的太阳能光伏系统来说，几乎不会引起电压上升，所以一般省去此功能。（6）异常情况排解与停止运行。当系统所在地电网或逆变器发生故障时，及时查出异常，控制逆变器停止运转。1.2并网逆变器的结构和原理光伏并网发电系统中，逆变器作为太阳能光伏阵列和电网的连接部分，在不同的应用场合，根据太阳能光伏阵列的输出电流、电压和功率等级和并网需求可以采用多种逆变器的连接方式。9（1）集中逆变器。多组串联的光伏组件并联后再接在逆变器的直流输入侧，再通过逆变器变换为交流电并入单相或三相电网。由于只有一个逆变器，系统设计成本低。但是光伏组件的输出不

4、平衡使系统损耗较多，此外单逆变器结构使系统可靠性下降。它主要应用于大规模的沙漠光伏电站。（2）组串逆变器。光伏组件被连接成为几个相互平行的组串，每个组串都单独连接一台逆变器，故称为“组串逆变器”。各光伏组串之间没有在直流侧进行并接，而是在交流侧与电网并接。每个组串逆变器均具有独立的最大功率跟踪单元，从而减少了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的现象和部分阴影带来的损耗，增加了发电量。它主要应用于中大型光伏电站、较大型户用屋顶并网发电和城市分布式发电系统。（3）组件逆变器（AC光伏模块）。每个组件连接一台逆变器，交流侧并入低压电网，并对各个组件实现最大功

5、率跟踪控制，增加了逆变器对组件的匹配性，同时模块化结构也增加了系统的可扩展性。然而过多的逆变器使系统整体效率降低。它主要应用于小型光伏发电。逆变器一般包括三部分：l逆变部分：其功能是采用功率开关器件实现DC/AC逆变。有的逆变器为了提高直流侧的电压范围和MPPT控制采用了多级的逆变结构；l控制部分：其功能是控制整个逆变器工作；l保护部分：其功能是在逆变器内部发生故障时起安全保护作用。并网逆变器输出电流控制方式：瞬时滞环比较控制方式，定时比较控制方式（三态DPM和两态DPM），三角波比较控制方式（双极性PWM、单极性非倍频PWM和单极性倍频PWM）。为

6、了防止太阳能光伏阵列的直流电流向电力系统的配电线，给电力系统造成不良影响，在并网逆变器中一般设有绝缘变压器将直流电与交流电分开。绝缘变压器可以设置在逆变器与电网配线之间，也可采用在逆变器的功率转换部分设置内藏方式。基于并网安全性的考虑，部分国家强制要求并网逆变器与电网绝缘隔离。根据采用的绝缘隔离方式，并网逆变器电路结构通常分为以下三种：1）工频变压器绝缘工频变压器绝缘方式主电路将光伏阵列的直流输出逆变为交流电后，通过工9频变压器实现并网。其中采用工频变压器使输入和输出绝缘，主电路和控制电路简单。为了追求效率、减少空载损耗，工频变压器的工作磁通密度选的

7、比较低，因此质量和体积较大，约占逆变器的总质量的50%左右，该结构是最早的一种主电路形式，现在它的应用已经越来越少。2）高频变压器绝缘高频变压器绝缘方式主电路由太阳能光伏阵列直流输入，经过高频逆变器转换成高频交流电压，经高频变压器变换电压后，再经整流电路转换成直流电，最终经过逆变器输出工频交流电。其中采用了高频链接的DC/DC变换电路，所以可使装置小型化、可集成化、重量轻。与工频变压器绝缘方式相比，电路构成、控制方式均比较复杂，由于经过两级转换，所以系统的效率也有所下降。该结构是20世纪90年代比较主流的主电路结构。3）无变压器绝缘在无变压器绝缘方式

8、的主电路中，光伏阵列的直流输出经过升压斩波器升压至合适的电压值，再通过逆变实现交流输出。其中升压DC/DC部