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并网逆变器的控制 作者： Yilmaz Sozer, David A. Torrey Advanced Energy Conversion, LLC 1. 简介 随着传统能源成本不断增长，可替代能源持续受到青睐，如今它已不仅仅是减少环境污染的一种手段。可 再生能源系统的新研发成果使之成为商业上可行的替代技术。当前最常用的可替代能源包括小型水轮机、 风力发电机组和太阳能光伏发电。 20年来， 太阳能电能的使用量以每年 20-25%的增幅稳定增长； 近五年来， 每年的增长速度将近 50％。2001年，太阳能系统的装机容量还不到 350 MW。而到2005年，太阳能光伏发电 系统的发电量已达到 1.460 GW。这一数字在 2006年已增加到 1.744 GW。并网系统的安装量已近两倍于离网 型系统，导致这种现象的原因有两个：第一，大多数家庭和商业机构都使用公用电网。第二，大多数政府 激励计划只面向并网系统。大部分并网应用都是“分布式”的，即系统安装在使用端。 据全球风能协会数据显示， 2006年全球风力发电厂总发电量已达 22,199 GWh，比2005年增长了 6.48%。这 说明风力发电量已能满足总需求电量的 9%。然而，大多数可替代能源系统都无法提供稳定的能源。在一天 之内，风速、太阳辐射照度、水流速度可能会发生很大的变化。需要一个稳定的电网接口来过滤可再生能 源的波动，为用户提供可靠的电力。大多数可再生能源都连接到电网，能源的源端大多以直流电的形式存 在。太阳能光伏电池可提供直流电压，中小型风力发电机能够输出交流电，这些交流电随后可转换成直流 电。借助逆变器，可以将直流电能转换为交流电能。直流端的控制目标是捕捉到最大的能量，并将其传输 到公用电网中。产生的交流电能，必须能兼容交流公用电网中逆变器与公用电网连接点处的电能。 如此多的分布式系统广泛渗透到公用电网中，带来了许多问题。如果以不规范的方式接入公用电网，则可 能影响电能的质量并威胁维护人员或系统用户的安全。目前，有关方面已制定出多项标准来约束并网逆变 器与电网的连接。 并网逆变器的共同特性是具有一种特定的算法，可最大限度增加从可再生能源中提取的电能。在太阳能光 伏系统中，这通常是指最大功率点跟踪 (MPPT)技术。风力发电机组也同样寻求能量捕捉的最大化，但这通 常需要强制涡轮以最大的气动效率工作才能实现。从理论上来说，这是一种 MPPT技术，但它涉及的并不仅 仅是并网逆变器。 本文简要介绍了与公用电网相连的逆变器在建模与控制方面的挑战。第二节介绍了用于太阳能光伏发电的 MPPT技术。第三节讨论了电网同步方法，详细说明了已广为接受的锁相环（ PLL）算法，并探讨了孤岛现 象以及逆变器在此方面的弱点。第四节介绍了常用的防孤岛技术，并重点介绍了桑迪亚电压移动和频移算 法。第五节讨论了电流调节算法和线性前馈数字 PI 电流调节器。第六节介绍了用于多级逆变器的 PWM生成 算法，这种通用算法可由任意级数的逆变器实现，另外，还对正弦波 PWM和空间矢量技术进行了阐述。第 七节介绍了不与公用电网相连的独立逆变器。第八节说明了实现逆变器算法的嵌入式控制所面临的挑战。 第九节对全文进行了总结并给出了结论。 太阳能光伏系统的最大功率点跟踪技术 典型的太阳能光伏系统由一个太阳能光电板阵列组成。太阳能光电板能够将太阳光转换为直流电能；直流 电能的强度与到达太阳能光电板的太阳辐照度成正比。借助逆变器，可以将直流电能转换为交流电能。可 用的太阳能数量与辐照度、 温度和光电板的新旧程度有关， 因此， 如未测量太阳的辐照度和光电板的温度， 很难对可用的太阳能数量进行估算。传感元件会增加额外的成本。即便应用了传感元件，估算的值也不精 确。阳光经常被遮挡住，这会影响光电板阵列的性能。另外，光电板的新旧程度也会影响它的性能。逆变 器需要自动调整功率输出，以便随时捕捉最大的可用功率。这种从太阳能光电板上捕捉最大可用功率的算 法，被称为 MPPT。太阳能电池板阵列的电压特性和电流特性要求：在任何太阳辐照度和电池板环境下，都 必须提供能从阵列中获得最大功率的最佳工作条件。逆变器需要主动有哪些信誉好的足球投注网站最大功率点。当逆变器处于瞬态 且未在稳态条件下振荡时，理想的