光伏并網(wǎng)逆變器（用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)備）
次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-20
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光伏并網(wǎng)逆變器
用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)備
我國(guó)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是直流系統(tǒng)，即將太陽電池發(fā)出的電能給蓄電池充電，而蓄電池直接給負(fù)載供電，如我國(guó)西北地區(qū)使用較多的太陽能用戶照明系統(tǒng)以及遠(yuǎn)離電網(wǎng)的微波站供電系統(tǒng)均為直流系統(tǒng)。此類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，但由于負(fù)載直流電壓的不同（如12V、14V、24V、48V等），很難實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化和兼容性，特別是民用電力，由于大多為交流負(fù)載，以直流電力供電的光伏電源很難作為商品進(jìn)入市場(chǎng)。
介紹
為太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、燃料電池發(fā)電、小型水力發(fā)電等各種可再生能源發(fā)電系統(tǒng)提供各種完美的電源變換和接入方案，主要應(yīng)用于可再生能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、離網(wǎng)型村落供電系統(tǒng)和戶用電源系統(tǒng)，并可為電網(wǎng)延伸困難的地區(qū)通信、交通、路燈照明等提供電力。
另外，光伏發(fā)電最終將實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行，這就必須采用成熟的市場(chǎng)模式，今后交流光伏發(fā)電系統(tǒng)必將成為光伏發(fā)電的主流。
這里主要介紹兩級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器仿真，一般來說主要應(yīng)用于分布式發(fā)電，微電網(wǎng)多采用PQ控制，下垂控制，以及虛擬同步機(jī)控制，后續(xù)再介紹。
這兩個(gè)仿真是之前做項(xiàng)目的時(shí)候搭建的，根據(jù)功率大小不同搭建了兩種控制模型，都是雙閉環(huán)控制，兩個(gè)控制環(huán)的PI參數(shù)均以調(diào)節(jié)至最佳。兩種控制下逆變器的輸出電流波形的畸變率都很小，THD1%左右，母線電壓可以保持穩(wěn)定
下面是具體控制策略，大功率采用的是PQ控制，具體控制策略是并網(wǎng)參考功率P、Q與逆變器實(shí)際輸出的功率相減經(jīng)過PI控制器得到并網(wǎng)電流參考電流id 和iq，電流內(nèi)環(huán)采用PI控制，調(diào)制用的SVPWM，濾波器使用LCL濾波。
小功率三相并網(wǎng)逆變器采用基于母線電壓外環(huán)控制，具體控制策略是，采用電壓電流雙閉環(huán)控制。外環(huán)是母線電壓環(huán)，采用PI控制，穩(wěn)定母線電壓，內(nèi)環(huán)就是解耦控制，PI控制器跟蹤參考電流，然后經(jīng)過SPWM調(diào)制，輸出觸發(fā)脈沖,這里我仿真設(shè)置了個(gè)擾動(dòng)，為了觀測(cè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在0.4s光照強(qiáng)度下降至500，然后系統(tǒng)的輸出，在經(jīng)過很小的波動(dòng)后就穩(wěn)定了，效果很優(yōu)！具體可以看下面仿真圖。
光伏并網(wǎng)逆變器
定義
1.要求具有較高的效率。由于太陽電池的價(jià)格偏高，為了最大限度地利用太陽電池，提高系統(tǒng)效率，必須設(shè)法提高逆變器的效率。
2.要求具有較高的可靠性。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要用于邊遠(yuǎn)地區(qū)，許多電站無人值守和維護(hù)，這就要求逆變器具有合理的電路結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格的元器件篩選，并要求逆變器具備各種保護(hù)功能，如輸入直流極性接反保護(hù)，交流輸出短路保護(hù)，過熱、過載保護(hù)等。
3.要求直流輸入電壓有較寬的適應(yīng)范圍，由于太陽電池的端電壓隨負(fù)載和日照強(qiáng)度而變化，蓄電池雖然對(duì)太陽電池的電壓具有重要作用，但由于蓄電池的電壓隨蓄電池剩余容量和內(nèi)阻的變化而波動(dòng)，特別是當(dāng)蓄電池老化時(shí)其端電壓的變化范圍很大，如12V蓄電池，其端電壓可在10V～16V之間變化，這就要求逆變器必須在較大的直流輸入電壓范圍內(nèi)保證正常工作，并保證交流輸出電壓的穩(wěn)定。
4.在中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變電源的輸出應(yīng)為失真度較小的正弦波。這是由于在中、大容量系統(tǒng)中，若采用方波供電，則輸出將含有較多的諧波分量，高次諧波將產(chǎn)生附加損耗，許多光伏發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)載為通信或儀表設(shè)備，這些設(shè)備對(duì)電網(wǎng)品質(zhì)有較高的要求，當(dāng)中、大容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，為避免與公共電網(wǎng)的電力污染，也要求逆變器輸出正弦波電流。
工作原理
逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，若直流電壓較低，則通過交流變壓器升壓，即得到標(biāo)準(zhǔn)交流電壓和頻率。對(duì)大容量的逆變器，由于直流母線電壓較高，交流輸出一般不需要變壓器升壓即能達(dá)到220V，在中、小容量的逆變器中，由于直流電壓較低，如12V、24V，就必須設(shè)計(jì)升壓電路。
光伏并網(wǎng)逆變器
全橋逆變電路克服了推挽電路的缺點(diǎn)，功率晶體管調(diào)節(jié)輸出脈沖寬度，輸出交流電壓的有效值即隨之改變。由于該電路具有續(xù)流回路，即使對(duì)感性負(fù)載，輸出電壓波形也不會(huì)畸變。該電路的缺點(diǎn)是上、下橋臂的功率晶體管不共地，因此必須采用專門驅(qū)動(dòng)電路或采用隔離電源。另外，為防止上、下橋臂發(fā)生共同導(dǎo)通，必須設(shè)計(jì)先關(guān)斷后導(dǎo)通電路，即必須設(shè)置死區(qū)時(shí)間，其電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。
功能作用
由dc/dc轉(zhuǎn)換提升或降低輸入的電壓，調(diào)節(jié)其輸出以實(shí)現(xiàn)最大的效率。在經(jīng)過一些附加的電壓緩沖之后，左側(cè)電橋中通常由18～20khz的開關(guān)頻率，把dc電壓轉(zhuǎn)換為ac電壓。一般來說，單相h橋是dc/ac級(jí)的常見配置，但是，也可以采用三相和其他配置。最后，通過低通濾波器產(chǎn)生用于并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的正弦交流電輸出。
控制電路
簡(jiǎn)介
上述幾種逆變器的主電路均需要有控制電路來實(shí)現(xiàn)，一般有方波和正弦波兩種控制方式，方波輸出的逆變電源電路簡(jiǎn)單，成本低，但效率低，諧波成份大。正弦波輸出是逆變器的發(fā)展趨勢(shì)，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，有PWM功能的微處理器也已問世，因此正弦波輸出的逆變技術(shù)已經(jīng)成熟。
方波輸出的逆變器
1.方波輸出的逆變器多采用脈寬調(diào)制集成電路，如SG3525，TL494等。實(shí)踐證明，采用SG3525集成電路，并采用功率場(chǎng)效應(yīng)管作為開關(guān)功率元件，能實(shí)現(xiàn)性能價(jià)格比較高的逆變器，由于SG3525具有直接驅(qū)動(dòng)功率場(chǎng)效應(yīng)管的能力并具有內(nèi)部基準(zhǔn)源和運(yùn)算放大器和欠壓保護(hù)功能，因此其外圍電路很簡(jiǎn)單。
正弦波輸出的逆變器
2.正弦波輸出的逆變器控制集成電路，正弦波輸出的逆變器，其控制電路可采用微處理器控制，如INTEL公司生產(chǎn)的80C196MC、摩托羅拉公司生產(chǎn)的MP16以及MI－CROCHIP公司生產(chǎn)的PIC16C73等，這些單片機(jī)均具有多路PWM發(fā)生器，并可設(shè)定上、下橋臂之間的死區(qū)時(shí)間，采用INTEL公司80C196MC實(shí)現(xiàn)正弦波輸出的電路，80C196MC完成正弦波信號(hào)的發(fā)生，并檢測(cè)交流輸出電壓，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。電路輸出端一般采用LC電路濾除高頻波，得到純凈的正正弦波。
相關(guān)選擇
逆變器的主功率元件的選擇至關(guān)重要，使用較多的功率元件有達(dá)林頓功率晶體管（BJT），功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOS－FET），絕緣柵晶體管（IGBT）和可關(guān)斷晶閘管（GTO）等，在小容量低壓系統(tǒng)中使用較多的器件為MOSFET，因?yàn)镸OSFET具有較低的通態(tài)壓降和較高的開關(guān)頻率，在高壓大容量系統(tǒng)中一般均采用IGBT模塊，這是因?yàn)镸OSFET隨著電壓的升高其通態(tài)電阻也隨之增大，而IGBT在中容量系統(tǒng)中占有較大的優(yōu)勢(shì)，而在特大容量（100kVA以上）系統(tǒng)中，一般均采用GTO作為功率元件。
安裝注意事項(xiàng)
1、在安裝前首先應(yīng)該檢查逆變器是否在運(yùn)輸過程中有無損壞。
2、在選擇安裝場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)該保證周圍內(nèi)沒有任何其他電力電子設(shè)備的干擾。
4、所有安裝操作必須且僅由專業(yè)技術(shù)人員完成。
5、光伏系統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)中所使用線纜必須連接牢固，良好絕緣以及規(guī)格合適。
6、所有的電氣安裝必須滿足當(dāng)?shù)匾约皣?guó)家電氣標(biāo)準(zhǔn)。
7、僅當(dāng)?shù)玫疆?dāng)?shù)仉娏Σ块T許可后并由專業(yè)技術(shù)人員完成所有電氣連接后才可將逆變器并網(wǎng)。
8、在進(jìn)行任何維修工作前，應(yīng)首先斷開逆變器與電網(wǎng)的電氣連接，然后斷開直流側(cè)電氣連接。
9、等待至少5分鐘直到內(nèi)部元件放電完畢方可進(jìn)行維修工作。
10、任何影響逆變器安全性能的故障必須立即排除方可再次開啟逆變器。
11、避免不必要的電路板接觸。
13、注意并遵守產(chǎn)品上的警告標(biāo)識(shí)。
14、操作前初步目視檢查設(shè)備有無損壞或其它危險(xiǎn)狀態(tài)。
15、注意逆變器熱表面。例如功率半導(dǎo)體的散熱器等，在逆變器斷電后一段時(shí)間內(nèi)，仍保持較高溫度。
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