光伏并网逆变器的研究

《光伏并网逆变器的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第1章绪论1.1课题的背景随着全球工业化进程的逐步展开，世界各国对能源的需求急剧膨胀，而煤炭、石油和天然气三大化石能源日渐枯竭，全球将再一次面临能源危机，同时，大量使用化石能源对生态环境造成严重的破坏。能源、环境与发展已成为当今世界亟待解决的问题。因此全球都在积极开发利用可再生能源[1,2]。专家预测，在今后的20-30年里，全球的能源结构将发生根本性的变化。在本世纪中期2050年，可再生能源在整个能源构成中会占到50%。自20世纪50年代，从太阳能电池的空间应用到如今的太阳能光伏集成建筑、光伏并网系统，世界光伏产业己经走过了半个世纪的历史。由于太阳能

2、资源分布广泛、蕴藏丰富，光伏发电系统具有清洁、安全、寿命长以及维护量小等诸多优点，光伏发电被认为将是21世纪最重要、最具活力的新能源[3-5]。在世界各国尤其是美、日、德等发达国家先后发起的大规模国家光伏发展计划和太阳能屋顶计划的刺激和推动下，光伏产业近几年保持着年均30%以上的高速增长。其中，以光伏集成建筑为核心的光伏并网发电市场己超过离网应用，近几年的增长速度都在40%以上，成为世界光伏产业的最主要发动机。并网光伏发电已经成为光伏发电领域研究和发展的最新亮点。中国地处北半球，南北距离和东西距离都在5000公里以上。在中国广阔的土地上，有着丰富的太阳

3、能资源。大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上，西藏日辐射量最高达每平米7千瓦时。年日照时数大于2000小时。与同纬度的其他国家相比，与美国相近，比欧洲、日本优越得多，因而有巨大的开发潜能。但相对于蓬勃发展的世界光伏产业，中国光伏产业还处于起步阶段。光伏组件产量和安装容量仅为世界1%左右，相关配套设备的产业化进程也严重滞后于其他国家[6]。国际上方兴未艾的光伏并网集成建筑，并网电站在国内还几乎是空白。因此，对并网光伏系统的研究必将成为光伏发电技术研究的重中之重。光伏并网发电系统可以按照系统功能分为两类：一种为系统中含有蓄电池组的可调度式光伏并网

4、发电系统；另一种为系统中不设置蓄电池组的不可调度式光伏并网发电系统[7]。二者相应系统结构图如图1-1所示。从图中可以得出光伏并网逆变器是连接光伏发电系统和电网的唯一通道。并网逆变器运行状况将影响甚至决定整个系统是否能够稳定、安全、可靠、高效运行。它是整个光伏发电系统的核心所在。1.2光伏并网逆变器技术光伏并网发电系统与独立发电系统相比，省掉了体积大、价格高、不易维护的蓄电池，具有造价低，输出电能稳定的优点，因而具有更为广阔的市场前景。典型的光伏并网系统的结构包括：光伏阵列，直-直变换器(DC-DC)，直-交变换器(DC-AC)和采样保护装置，其结构如

5、图1-2所示。并网逆变器是光伏并网系统中实现光伏阵列与电网间能量的传递与转换的关键环节。并网逆变器的作用是当光伏发电系统的输出在较大范围内变化时，能始终以尽可能高的效率将光伏电池输出的低压直流电转化成与电网匹配的交流电流送入电网。并网逆变器连接光伏阵列，电网，为用户所服务，其技术可以从电网、光伏阵列、用户这三个方面来进行分析和总结：1)逆变器要与电网相连，必须满足电网电能质量、防止孤岛效应和安全隔离接地三个要求。目前，国外的并网标准中明确规定并网逆变器输出波形的总谐波因数应小于5%，各次谐波含量小于3%，并且具有较好的动态特性。根据IEEE2000-9

6、29和UL1741标准，所有并网逆变器必须具有防孤岛效应的功能[8-11]，孤岛发生时必须快速、准确地切除并网逆变器。随着光伏并网发电系统进一步发展，当多逆变器并网时，可能导致上述方法失效，因此研究多逆变器的并网通信、协同控制已成为孤岛效应检测与控制的研究趋势。2)由于日照强度和环境温度都会影响光伏阵列的输出功率，因此必须通过逆变器的调节使得光伏阵列的输出电压趋近于最大功率点电压，以保证光伏阵列在最大功率点附近运行而获得最大能量，提高系统的效率。最常用的最大功率点跟踪(MPPT:maximumpowerpointtracking)方法有[12,13]：

7、恒定电压跟踪法、扰动法。同时，光伏阵列的输出特性也决定了逆变器应具有较宽的直流电压输入范围。3)用户对逆变器的要求主要包括：成本低，功耗低；安全可靠性高；使用寿命长。1.3光伏并网逆变器国内外研究现状1.3.1国外的研究现状国外并网型逆变器已经是一种比较成熟的市场产品，例如在欧洲光伏专用逆变器市场中就有SMA、Satcon、Siemens等众多的公司具有市场化的产品，其中SMA在欧洲市场中占有的50%的份额。除欧洲外，美国、加拿大、澳大利亚、新西兰以及亚洲的日本在并网型逆变器方面也都已经产品化。以SMA为例介绍目前光伏并网发电系统用逆变器的发展情况。S

8、MA光伏并网逆变器目前具有三大系列产品：组串逆变器、集中逆变器和多支路逆变器，其中以SB(Su