并网发电光伏逆变器的设计要求

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1、并网发电光伏逆变器的设计要求摘要提出了并网发电所需的 1小型光伏并网电站应具备的性能光伏电站并网运行，对逆变器提出了较高的要求。这些要求如下： ①要求逆变器输出正弦波电流。光伏电站回馈给公用电网的电力，必须满足电网规定的指标，如逆变器的输出电流不能含有直流分量、逆变器输出电流的高次谐波必须尽量减少、不能对电网造成谐波污染等。②要求逆变器在负载和日照变化幅度较大的情况下均能高效运行。光伏电站的能量来自太阳能，而日照强度随气候而变化，这就要求逆变器能在不同的日照条件下均能高效运行。③要求逆变器能使光伏阵列工作在最大功率点。太阳

2、能电池的输出功率与日照、温度、负载的变化有关，即其输出特性具有非线性特性[1]。这就要逆变器具有最大功率跟踪功能，即不论日照、温度等如何变化，都能通过逆变器的自动调节实现阵列的最佳运行。④要求逆变器具有体积小、可靠性高等特点。对于家用的光伏电站，其逆变器通常安装在室内或壁挂于墙上，因此对其体积、重量均有限制。另外，对整机的可靠性也提出较高的要求。由于太阳能电池的寿命均在20年以上，因此其配套设备的寿命也必须与其相当。⑤要求在市电断电状况下逆变器在有日照时能够单独供电。2正弦波电压型逆变器的实现光伏发电并网运行时的电路原理如

3、图2所示。Up为逆变器输出电压，Uu为电网电压，R为线路电阻，L为串联电抗器，Iz则为回馈电网的电流。为保证回馈功率因数为1，回馈电流的相位必须与电网电压的相位一致。以电网电压Uu为参考，则Iz与Uu同相位，其矢量图如图3所示。内阻R两端的电压UR与电网电压相位一致，而电抗器两端电压UL的相位则落后于UR90º.由此可以求得UP的相位和幅值：其中ω为公用电网角频率。实际电路中，Uu的相位、周期和幅值由电压传感器检测得到。由于在实际系统中R是很难得到的，因此回馈电流Iz的相位必须采用电流负反馈来实现，回馈电流Iz的相位角的参

4、考相位即为公用电网相位。用电流互感器随时检测Iz，确保Iz与电网电压相位一致，以实现功率因数为1的回馈发电。 实用的光伏发电并网运行专用逆变器结构如图4所示。逆变器主电路功率管采用IGBT，容量为50A、600V，型号为2MBI50N-060。隔离驱动电路采用东芝公司生产的TLP250。逆变器的控制部分由微处理器完成。主控芯片采用INTEL公司最新推出的逆变或电机驱动专用16位微处理器87C196MC,该芯片除了具有16位运算指令外，还具有专用的脉宽调制(PWM)输出口[2]，包括一个10位A/D转换器、一个事件处理阵列、

5、两个16位定时器和一个三相波形发生器。三相波形发生器的每相均能输出两路死区时间可以设定的PWM信号。这就给逆变应用场合提供了很多便利。微处理器主要完成电网、相位实时检测、电流相位反馈控制、光伏阵列最大功率跟踪以及实时正弦波脉宽调制信号发生，其工作过程如下：公用电网的电压和相位经过霍尔电压传感器送给微处理器的A/D转换器，微处理器将回馈电流的相位与公用电网的电压相位作比较，其误差信号通过PID调节后送给PWM脉宽调制器，这就完成了功率因数为1的电能回馈过程。微处理器完成的另一项主要工作是实现光伏阵列的最大功率输出。光伏阵列的

6、输出电压和电流分别由电压、电流传感器检测并相乘，得到阵列输出功率，然后调节PWM输出占空比。这个占空比的调节实质上就是调节回馈电压大小，从而实现最大功率寻优。从图3可以得知，当Up的幅值变化时，回馈电流与电网电压之间的相位角φ也将有一定的变化。由于电流相位已实现了反馈控制，因此自然实现了相位与幅值的解耦控制，使微处理器的处理过程更简便。另外，光伏发电并网运行还必须考虑公用电网停电时的工作状况。常规的光伏发电并网系统，在公用电网停电时则停止逆变器工作。若在白天，其实光伏阵列仍能继续发电。 其工作原理如下：当公用电网断电时，电

7、网侧相当于短路状态，此时并网运行的逆变器将由于过载而自动保护。当微处理器检测过载时，除封锁SPWM信号外,还将断开继电器RE，此时若光伏阵列有能量输出，逆变器将在单独运行状态下运行。单独运行时控制相对简单，即为交流电压的负反馈状态，微处理器通过检测逆变器输出电压并与参考电压（通常为220V）比较，然后控制PWM输出占空比，实现逆变和稳压运行。当然，单独运行的前提是光伏阵列在当时能够提供足够的功率。若负载太大或日照条件较差，则逆变器无法输出足够的功率，光伏阵列的端电压即会下降，从而使输出交流电压降低而进入低压保护状态。当电网

8、恢复供电时，将自动切换至回馈状态。3 结论采用16位微处理器和高速IGBT功率模块实现了中、小容量光伏电站的并网发电。本文描述的光伏发电的并网运行逆变器，不仅具有较高的效率和畸变小的输出电流波形，而且在电网断电的情况下能够单独运行，具有一定的推广应用前景。