分布式光伏系统中的逆变器拓扑及效率探讨

徐佳栋

【摘 要】分布式光伏发电作为对集中式发电的有效补充,能有效缓解我国电力的短缺.分布式光伏发电系统主要由太阳能电池方阵和逆变器组成,逆变器作为其中的重要组成部分,又是连接电网的关键器件,研究逆变器将对电能利用率和电能质量的提高必将发挥重要作用.该文在对逆变器的单相拓扑结构进行总结后,对逆变器的优化和其效率的提高进行分析,研究并探讨了光伏逆变器的控制策略. 【期刊名称】《科技视界》 【年(卷),期】2018(000)007 【总页数】2页(P18-19)

【关键词】光伏分布式并网发电;逆变器单相拓扑结构及效率;逆变器优化控制策略 【作 者】徐佳栋

【作者单位】郑州大学,河南 郑州 450001 【正文语种】中 文 【中图分类】TM464 0 引言

在当今全球资源枯竭和环境污染的情况下，光伏发电以其环境友好，储量丰富，可持续性强等优点，被公认为最有技术含量和发展潜力的技术之一 [1-3]。分布式光伏发电指在用户场地附近进行建设，以用户侧自发自用、多余电量上网作为运行方

式[4]，对配电系统进行平衡调节的光伏发电系统。它倡导就近发电和并网，就近转换和使用，能够有效的提高同等规模下光伏电站的发电量，解决电力因在升压及长途运输中的损耗问题[5]。光伏发电系统将光能变为电能，然后可直接由并网逆变器转入电网，而多余的电能也可通过充电控制器以化学能的形式存储于蓄电池中，其作为分布式电源与电网的关键接口[6]，既能向配电网配送电能，又能孤岛独立的向负荷供电[7]，对提高分布式发电系统的可靠稳定，高品质运行具有重要的意义。本文着重对单相逆变器的拓扑结构，利用逆变器提高并网效率的方法和控制策略做出分析。 1 光伏并网逆变器

1.1 光伏并网逆变器的工作原理

光伏并网逆变器的主要目标是向电网输出正弦电流和对光伏数组最大功率点进行追踪。生活中常见的光伏逆变器的主要工作原理是：基于对电网系统中的电压相位和电压频率分析下，对逆变后的输出电压的相位和幅值进行调控，以此达到对电网侧电压同相位、同频率的追踪和对输出功率的控制的目的。 1.2 光伏并网发电对逆变器的技术要求

光伏并网发电系统通常由光伏阵列，逆变器及控制器等器件组成[8]。逆变器作为光伏并网系统中唯一可控设备，要求其必须具备既能对光伏最大功率点追踪又能将直流电转换为交流电并输入电网的功能[9]。逆变器由于要和国家电网相连接，所以首先应满足并网系统电能质量的要求，减小逆变器输出的正弦波失真度、减小在辅助控制电路和滤波电路电感上的损耗。在日常情况下，光伏阵列的输出电压易受环境和光照强度的影响，产生的电流电压具有较大的波动，而逆变器作为将太阳能发电与电力电子技术相结合的应用技术，对光伏阵列中的光伏电池及蓄电池容量都要有相应要求，而研究满足输出波形好，可靠性高，功率密度大，效率高，成本低的逆变器具有意义重大。

2 分布式逆变系统中的典型的桥式拓扑与单相拓扑优缺点 2.1 单相H桥拓扑

H桥拓扑因为具有三电平输出的特性[10]，被广泛应用于高压变频器和静止无功发生器等方面[11]。H型拓高效的基本原理是是强制获取零电压状态通过增加一个电平，来达到降低器件的承受及损耗，提高其效率。以H5为主的单相全桥结构逆变器，主要应用在小功率的家庭屋顶光伏系统中[12]，该型逆变器虽然只比常见的全桥型逆变器多了一个功率开关，但是却从根本上解决了漏电流问题，同时使直流侧和交流侧的无功交换趋于零，提高了效率。SUNGROW对小功率的H6做了大量研究，通过对HERIC的改进，增加一个功率开关管，使控制自由度和电流通过的途径得到增加[13]，如今许多公司和大学研究院都发表或申请了与H桥相关的论文与专利。 2.2 单相NPC拓扑

三电平型拓扑是一种应用广泛成熟的拓扑，按其电路特点可以分为三种，飞跨电容式，级联式，中点他是，与其他拓扑结构的逆变器相比，NPC拓扑功率器件具有所承受的应力及系统电磁干扰较小，输出的电压总谐波畸变率和开关损耗低等优点，因此在中高压交流传动，有源电力滤波和电力系统中被广泛应用[14]。目前市场应用最多的NPE拓扑是中点钳位式三电平拓扑，其中最常见的是二极管钳位型NPE拓扑和T型NPE 拓 扑[15]。 2.3 光伏逆变器的优化

当今光伏逆变器最需要解决的是转换效率的问题，高效率的逆变器能够在相同寿命的情况下输送更多的电能，产生更大的效益，本文对逆变器的一些技术改造进行分析，

2.3.1 软开关逆变器

由于现代电力装置越来越高集成化和小型化，系统开关频率不断增高，带来了包括

开关损耗和电磁干扰等一系列问题。逆变器的软开关基本电路主要包括谐振DC环节方式电路、谐振级方式电路、主辅开关电路等电路。逆变器应用软开关技术后，通过逆变器开关器件的软开关，可以减小开关损耗从而提高并网效率。 2.3.2 多电平技术

多电平技术作为国内外学者研究应用的热点之一，具有减小输出滤波器体积，降低开关管和滤波电感的电压梯度、提高输出波形质量等诸多优点，很适用于高压大功率系统。该技术用于逆变器后包括三种基本拓扑：二极管钳位型多电平逆变器、飞跨电容型和级联型多电平逆变器。其缺点主要是结构复杂并且需要大量开关器件，在一定程度上降低了逆变器系统的可靠性增加了硬件成本。 3 新型的单相逆变器控制策略 3.1 一种单相高增益电流型逆变器”

光伏电池的输出电压对环境的依赖性很大，而一天中多变的光照强度使得光伏矩阵的输出电压不仅波动性较大，而且要低于预期值，难以满足系统对电压的要求[16]，可以通过用两个分别对称的电感和二极管的无源网络构成一种单相高增益电流型光伏逆变器，来提高逆变器的升压逆变能力，从而输出稳定的交流电压，具有极大的现实意义。并通过MATLAB软件对该种逆变器性能做了验证，证明了该逆变器高效的性能。

3.2 单相多功能并网逆变器

为了解决逆变器对本地电荷有功功率的提供和无功功率补偿的问题，可以通过一种基于模型预测控制的逆变器控制方法来解决这类问题。该方法包括有电流检测与电流控制两部分，可应用正弦信号积分滤波器的电流检测对电网谐波进行抑制片[17]，通过模型预测控制的电流控制对逆变器输出电流进行快速跟踪。该逆变器经过RTDS软件构造并网发电系统仿真模拟实验进行检测，最终验证了该策略的有效性。 4 结语

逆变器拓扑结构及其效率的提高在今天的光伏并网系统中意义重大，对逆变器的优化方式和控制策略的研究一定会在未来解决中国能源短缺和可持续发展方面扮演越来越重要的作用。 【参考文献】

【相关文献】

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