兩級式光伏并網(wǎng)逆變電路的運(yùn)用

楊勁男

摘 要文章首先對光伏發(fā)電現(xiàn)狀展開分析，而后介紹了最大功率點(diǎn)跟蹤的相關(guān)概念，并且給出逆變器并網(wǎng)控制電路。

【關(guān)鍵詞】光伏并網(wǎng) 電路

1 前言

社會的發(fā)展，工業(yè)和生活等諸多領(lǐng)域?qū)τ陔娏Φ男枨笤絹碓礁撸虼松鐣鱾€層面對于新能源的呼聲也與日俱增。在新能源的引入過程中，光能和風(fēng)能成為重點(diǎn)關(guān)注的對象，并且對于光能的利用，由于其發(fā)展時間較長，因此更為成熟。

2 兩級式光伏并網(wǎng)逆變電路

光伏發(fā)電在未來的電力體系之中，必然會占據(jù)有重要的位置。但是太陽能本身并不穩(wěn)定，必然需要依賴陽光的充足程度而確定，因此在實(shí)際應(yīng)用中多以并網(wǎng)形式存在，成為供電體系中的有益并且重要的組成部分。光伏發(fā)電就目前而言，其技術(shù)已經(jīng)比較成熟，可以發(fā)現(xiàn)其性能在很大程度上決定于逆變系統(tǒng)的性能。目前的逆變系統(tǒng)，依據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以分為單級式逆變系統(tǒng)和兩級式逆變系統(tǒng)兩類，其中前者整體效率較高，但是其最大功率跟蹤和逆變并網(wǎng)控制在同一控制回路內(nèi)完成，控制復(fù)雜程度因此上升，從而阻礙了其應(yīng)用。后者的系統(tǒng)效率比前者略低，但是對于最大功率的跟蹤可以在DC/DC回路中完成，逆變并網(wǎng)可以在后一級DC/AC回路中完成，大大簡化了控制，成為當(dāng)前主要的拓?fù)鋺?yīng)用。其主電路參見圖1。

從圖1中可以看到，L1、D5以及T5構(gòu)成第一級電路，而四個IGBT則構(gòu)成后一級的單相全橋逆變電路。L2、L3以及C3構(gòu)成的LCL濾波器實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，C1位直流母線電容，C2則用于實(shí)現(xiàn)兩級結(jié)構(gòu)的功率解耦。

實(shí)際工作中，光伏陣列的輸出呈現(xiàn)出非線性特征，因此需要對其展開最大功率點(diǎn)的跟蹤（MPPT，Maximum Power Point Tracking），從而保持其輸出功率能夠保持在該水平之上。在兩級式逆變系統(tǒng)中，可以通過調(diào)節(jié)T5占空比來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，同時后一級逆變環(huán)節(jié)能夠用于實(shí)現(xiàn)對并網(wǎng)電壓電流的幅值以及相位的追蹤。

由于最大功率點(diǎn)會隨著溫度和光照等方面的影響而不斷發(fā)生變化，因此如何實(shí)現(xiàn)更為有效的MPPT就成為當(dāng)前該領(lǐng)域的工作重點(diǎn)。通常而言，擾動觀察法和電導(dǎo)增量法，是常見的兩種跟蹤方法。

就擾動觀察法而言，其自身結(jié)構(gòu)簡單，相關(guān)測量參數(shù)也比較有限，對傳感器的要求精度也不會太高。其原理在于，首先給一個擾動輸出電壓信號（Upv+△U），并且觀察其功率變化，如果功率增加，則表示擾動方向正確，可以繼續(xù)朝向該方向進(jìn)行擾動，反之同理。通過這種不斷的擾動嘗試獲取到陣列輸出功率最大值。如果合理設(shè)置跟蹤步長的話，可以快速迭代出溫度和光照變化情況下的最大功率點(diǎn)。

而對于電導(dǎo)增量法而言，在展開最大功率跟蹤的時候，在速度和精度方面都表現(xiàn)良好，但是卻需要有比較高精度的傳感器進(jìn)行配合，才能獲取良好效果。其思路為，通過比較光伏陣列的瞬時導(dǎo)抗與導(dǎo)抗變化量來完成最大功率點(diǎn)跟蹤功能。在實(shí)際的仿真過程中不難發(fā)現(xiàn)，電導(dǎo)增量法的跟蹤性能良好，但是仍然存在不完善的特征。例如，如果外界環(huán)境發(fā)生突變，需要重新迭代進(jìn)行跟蹤，則步長增量成為跟蹤效果的關(guān)鍵因素。增量設(shè)置偏小的情況下，跟蹤速度會稍慢，而當(dāng)增量設(shè)置過大，則會造成波形震蕩較大，整體不穩(wěn)定的狀況。

現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的跟蹤與控制，即為逆變器的核心職責(zé)，逆變電路負(fù)責(zé)輸出穩(wěn)定的正弦波的交流電，并且保持與電網(wǎng)電壓在頻率和相位方面保持一致。參見圖2。

從圖2中可以看到，電流和電壓分別展開控制，并且分別將電網(wǎng)內(nèi)同步參考正弦信號以及逆變器輸出信號進(jìn)行對比，進(jìn)行校準(zhǔn)之后控制輸出，通過此種方式實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。

3 總結(jié)

對于光伏發(fā)電而言，技術(shù)的進(jìn)步直接關(guān)系到整體電力供給的有效性。實(shí)際工作中應(yīng)當(dāng)對技術(shù)進(jìn)步保持警惕，同時又深入了解其原理，才能有的放矢進(jìn)行運(yùn)用，獲取良好效果。

參考文獻(xiàn)

[1]梁有偉，胡志堅(jiān)，陳允平.分布式發(fā)電及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2003，27（12）.

作者單位

青海大學(xué)水利電力學(xué)院 青海省西寧市 810000