徐媛

摘要：鉴于光伏发电具有间歇性和波动性的特点，随着光伏发电的应用愈来愈广泛、光伏发电并网规模愈来愈大，对电网的稳定运行也带来了愈来愈多的挑战。并网逆变器是光伏阵列与电网进行电能交互的关键部分，负责将光伏板输出的直流电逆变为符合相关并网要求的交流电并入电网，与电力系统实现安全高效、稳定灵活的互联。

关键词：光伏并网逆变器;控制策略;电流控制

1 光伏并网逆变器

1.1 光伏逆变器的类型

光伏逆变系统负责将光伏板产生的直流电转变为交流电输入电网或直接供给负荷，其结构包括DC/AC主电路以及DC/DC转换电路、变压器、检测单元和控制器等外围辅助装置。为了保证光伏发电的稳定性和高效性，光伏逆变通常具备最大功率点跟踪（MPPT）、电压频率和相位调制、防孤岛和低电压穿越等功能。光伏逆变器的分类方式多种多样。根据逆变器的输出波形可分为方波逆变器、阶梯波逆变器和正弦波逆变器;根据逆变控制方式可分为调频式（PFM）逆变器和调脉宽式（PWM）逆变器;根据逆变器输出相数可分为单相逆变器和三相逆变器等;根据逆变系统直流侧所连接的光伏阵列、光伏组串和光伏组件的区别，将光伏逆变器分为集中式逆变器、组串式逆变器和组件模块。

1.2 光伏并网对逆变器的要求

（1）从光伏并网发电系统角度考虑，需避免对公共电网造成污染;这就要求逆变器在并网输出时能够向电网馈入失真度小的正弦波电流。通常情况下，逆变器的开关频率对波形的失真度有较大影响，频率越高，经过滤波器后输出电流更接近标准的正弦波。基于DSP的数控逆变系统当中，能够将光伏并网发发电系统逆变器的开关频率提高，使输出电流正弦度得到有效提升。与此同时，为了确保其开关频率的性能，还有必要优化选取逆变器主功率元件。若低压系统属性为小容量，则大多数情况下应用的是功率场效应管，其存在的通态压降较低，开关频率则较高;然而功率场效应管在电压上升的情况下，其通态电阻会加大，所以基于高压大容量系统当中通常应用的是绝缘栅双极晶体管（IGBT）;基于超大容量系统当中，通常选取的是可关断晶闸管（SCR），以此充当功率元件。

（2）根据相关协议以及标准，并网逆变器需要拥有防孤岛效应的作用，在形成孤岛效应时，能够通过电网频率或电网电压判断产生孤岛，在规定的时间内逆变器保护而并停止输出。孤岛效应指的是，在电网供电发生中断，光伏并网发电系统仍在运行，并且與本地负载连接处于独立运行状态，这种现象被称为孤岛效应。从技术层面而言，要想使孤岛效应得到有效防范，需加强检测电网断电的情况。

（3）要想使电网以及逆变器在运行过程中的可靠性及安全性得到有效保障，需确保逆变器和电网之间形成有效的隔离状态，同时合理、科学地应用逆变器接地技术。首先，在电气隔离方面通常应的是变压器。其次，基于三相输出光伏发电系统当中，有必要根据国际电工委员会给出的相关规定，优化选取接地方式。此外，对于用电设备外壳则经保护线和接地点金属性连接。

1.3 光伏并网发电系统中逆变器的控制方法分析

（1）控制总体思路

对于光伏逆变器来说，在并网运行过程中需满足一些必要的条件，主要包括：其一，输出电压和电网电压需确保频率、相位以及幅值均保持一致;其二，输出电流和电网电压之间在频率、相位（功率因数为1）均保持一致;其三，输出需与电网的电能质量要求相满足。而上述条件要想得到有效满足，便需要确保逆变器的控制策略的优化及先进性。

（2）光伏阵列工作点控制策略

对于光伏阵列工作点来说，其控制的方法通常有两种：第一，恒电压控制方法，指的是把光伏阵列端电压稳定在某一个值的方法，进一步将系统功率点加以确立。这种方法的主要优势为控制简单，且能够确保系统具备很好的稳定性。第二，MPPT控制方法，指的是经实时对系统进行改变的工作状态，对阵列的最大工作点进行跟踪，进一步使系统的最大功率输出得到有效实现。这属于一类自主寻优的方法，具备优良的动态性能，然而在稳定性方面和恒电压控制方法相比较为不足。应用MPPT方法过程中，通常会采取干扰观察、电导增量的方式进行;现状在研究MPPT方法过程中，主要体现在简单以及高稳定性的控制算法实现方法。

（3）逆变器跟踪电网控制策略

电网跟踪控制属于逆变系统控制的主要工作，这会对系统的输出电能质量以及运行效果产生直接性的影响。对于光伏并网逆变器来说，是在PWM逆变的基础上实现的，因此逆变器的控制归类为逆变器PWM电流控制方法。在PWM非线性控制方法方面，传统模式下会采取瞬时比较方法和三角波比较方法。其中，瞬时比较方法存在补偿电流误差不稳定的问题;三角波比较方法则在硬件方面显得复杂，存在偏大的跟随误差，同时在放大器的增益方面也存在局限性，电流响应和瞬时比较方法相比更缓慢。从现状来看，以载波周期为基础的闭环电流控制方优势更为突出，以无差拍PWM技术为例，该技术把目标误差在下一个控制周期内彻底处理，使稳态无静差效果得到有效实现;这种方法具备固定的开关频率，同时在动态响应方面的速度较快，在光伏并网数字控制中适用。

2 光伏并网逆变器效率的提升

2.1 欧洲效率的提升

对对于光伏逆变器而言，不仅最大输出功率的增加可以转化为经济效益，欧洲效率的提高同样可以，而且更加明显。欧洲效率的定义不同于我们通常所说的平均效率或者最高效率。它充分考虑了太阳光强度的变化，更加准确地描述了光伏逆变器的性能。欧洲效率是由不同负载情况下的效率按照不同比重累加得到的，其中半载的效率占其最大组成部分。

2.2 功率器件的选型

在通用逆变器的设计中，综合考虑性价比因素，IGBT是最多被使用的器件。因为IGBT导通压降的非线性特性使得IGBT的导通压降并不会随着电流的增加而显著增加。从而保证了逆变器在最大负载情况下，仍然可以保持较低的损耗和较高的效率。但是对于光伏逆变器而言，IGBT的这个特性反而成为了缺点。因为欧洲效率主要和逆变器不同轻载情况下效率的有关。在轻载时，IGBT的导通压降并不会显著下降，这反而降低了逆变器的欧洲效率。相反，MOSFET的导通压降是线性的，在轻载情况下具有更低的导通压降，而且考虑到它非常卓越的动态特性和高频工作能力，MOSFET成为了光伏逆变器的首选。

3 结束语

光伏电站的并网逆变器的技术优化对发电效率影响较大，为了光伏电站的安全经济运行，应继续加强此方面的技术研究，尽力提高光伏发电系统效率。

参考文献：

[1]傅知兰.电力系统电气设备选择与使用计算.中国电力出版社，2004年