太阳能逆变器开发思路和方案 .pdfVIP

究进行了详细解析和阐述。从电网、光伏阵列以及用户对逆变器的要求出发，解析了各种不

同的逆变器拓扑结构与控制方法，比较其运行效率和控制效果。对于目前国内外光伏发电系

统中并网逆变器的研究现状、亟待解决的问题进行了阐述，指出光伏发电系统中并网逆变器

高效可靠运行的发展方向。

摘要：针对光伏并网发电系统中关键部件——逆变器的结构设计与控制方法研究进行了详

细解析和阐述。从电网、光伏阵列以及用户对逆变器的要求出发，解析了各种不同的逆变器

拓扑结构与控制方法，比较其运行效率和控制效果。对于目前国内外光伏发电系统中并网逆

变器的研究现状、亟

待解决的问题进行了阐述，指出光伏发电系统中并网逆变器高效可靠运行的发展方向。

关键词：光伏并网发电系统；逆变器；拓扑结构；最大功率点跟踪；孤岛效应

O引言

由于传统能源的枯竭和人们对环境的重视，电力系统正面临着巨大变革，分布式发电将成为

未来电力系统的发展方向。其中，光伏发电以其独特的优点，被公认为技术含量高、最有发

展前途的技术之一

。但是光伏发电系统存在着初期投资大、成本较高等缺点，因而探索高性能、低造价的新型

光电转换材料与器件是其主要研究方向之一。另一方面，进一步减少光伏发电系统自身损耗、

提高运行效率，也是降低其发电成本的一个重要途径。逆变器效率的高低不仅影响其自身损

耗，还影响到光电转换器件以及系统其他设备的容量选择与合理配置。

因此，逆变器已成为影响光伏并网发电系统经济可靠运行的关键因素，研究其结构与控制方

法对于提高系统发电效率、降低成本具有极其重要的意义[5]。

本文从电网、光伏阵列以及用户对于并网逆变器的要求出发，解析了不同的逆变器拓扑结构

与控制方法，比较了其运行效率和控制效果。对于目前

国内外光伏发电系统中并网逆变器的研究现状、亟

待解决的技术问题进行了综合，进一步指出了光伏发电系统中并网逆变器高效可靠运行的发

展方向。

1光伏发电系统对逆变器的要求

光伏并网发电系统一般由光伏阵列、逆变器和

控制器3部分组成。逆变器是连接光伏阵列和电网的关键部件，它完成控制光伏阵列最大

功率点运行

和向电网注入正弦电流两大主要任务。

1．1电网对逆变器的要求

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3个要求。

为了避免光伏并网发电系统对公共电网的污染，逆变器应输出失真度小的正弦波。影响波形

器，可明显提高并网逆变器的开关频率性能，它已成为实际系统广泛采用的技术之一；同时，

逆变器主功率元件的选择也至关重要。小容量低压系统较多地使用功率场效应管

(MOSFET)，它具有较低的通态压降和较高的开关频率；但MOsFET随着电压升高其通态

电阻增大，因而在高压大容量系统中一般采用绝缘栅双极晶体管(IGBT)；而在特大容量系

统中，一般采用可关断晶闸管(GTO)作为功率元件[6]。

依据IEEE2000-929[7]和UL1741[8]标准，所有并网逆变器必须具有防孤岛效应的功能。

孤岛效应是指当电网因电气故障、误操作或自然因素等原因中断供电时，光伏并网发电系统

未能及时检测出停电状态并切离电网，使光伏并网发电系统与周围

的负载形成一个电力无法掌握的自给供电孤岛[g]。防孤岛效应的关键是对电网断电的

检测。

为了保证电网和逆变器安全可靠运行，逆变器

与电网的有效隔离及逆变器接地技术也十分重要。

电气隔离一般采用变压器。在三相输出光伏发电系统中，其接地方式可参照国际电工委员会

规定的非接地(I-T)方式、单个保护接地(T-T)方式和变压器中性线直接接地。而用电设

备的外通过保护线(PE)与接地点属性连接(T-N)。

1．2光伏阵列对逆变器的要求

由于日照强度和环境温度都会影响光伏阵列的功率输出，因此必须通过逆变器的调节使光伏

阵列输出电压趋近于最大功率点输出电压，以保证光伏阵列在最大功率点运行而获得最大能

源。常用的最大功率点跟踪(MPPT)方法有：定电压跟踪法、“上

”法、干扰观察法及增量电导法。

1．3用户对逆变器的要求

从光伏发电系统的用户来说，成本低、效率与可靠性高、使用寿命长是其对逆变器的要求。

因此，对逆变器的要求通常是：

①具有合理的电路结构，严格筛选的元器件；具备输入直流极性反接、交流输出短路、过热

过载等各种保护功能。

②

具有较宽的直流输入电压适应范围。由于光伏阵列的端电压随

负载和日照强度而变化，因此逆变器必须能在较宽

的直流输入电压范围内正常工作，且保证交流输出电压