光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的設(shè)計與控制方法

胡明坤

摘要：能源問題是世界性問題，我國是資源生產(chǎn)大國，同時也是能源消耗大國，其中我國對于電能的消耗巨大，而對于光伏發(fā)電來說，則具備多方面的優(yōu)勢。但要想使光伏發(fā)電的價值作用得到有效體現(xiàn)，還有必要注重逆變器的設(shè)計。本課題分為兩個重點論述：光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的設(shè)計分析;光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的控制方法分析。其目的是為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟效益的提高提供一些具有價值的參考建議。

關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng);逆變器;設(shè)計;控制方法

一、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的設(shè)計分析

逆變器是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的一大關(guān)鍵部件，為了確保光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的可靠性及安全性，有必要對其中的逆變器優(yōu)化設(shè)計。下面將從多個環(huán)節(jié)對逆變器的設(shè)計進行分析：

設(shè)計需滿足電網(wǎng)的需求

在基于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的設(shè)計，需確保逆變器和電網(wǎng)保持連接關(guān)系，并使電網(wǎng)電能質(zhì)量的要求得到有效滿足，同時使孤島效應(yīng)的產(chǎn)生得到有效避免，此外還需要確保能夠安全隔離接地。

（1）從光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)角度考慮，需避免對公共電網(wǎng)造成污染;這就要求逆變器在并網(wǎng)輸出時能夠向電網(wǎng)饋入失真度小的正弦波電流。通常情況下，逆變器的開關(guān)頻率對波形的失真度有較大影響，頻率越高，經(jīng)過濾波器后輸出電流更接近標準的正弦波。基于DSP的數(shù)控逆變系統(tǒng)當中，能夠?qū)⒐夥⒕W(wǎng)發(fā)發(fā)電系統(tǒng)逆變器的開關(guān)頻率提高，使輸出電流正弦度得到有效提升。

（2）根據(jù)相關(guān)協(xié)議以及標準，并網(wǎng)逆變器需要擁有防孤島效應(yīng)的作用，在形成孤島效應(yīng)時，能夠通過電網(wǎng)頻率或電網(wǎng)電壓判斷產(chǎn)生孤島，在規(guī)定的時間內(nèi)逆變器保護而并停止輸出。孤島效應(yīng)指的是，在電網(wǎng)供電發(fā)生中斷，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)仍在運行，并且與本地負載連接處于獨立運行狀態(tài)，這種現(xiàn)象被稱為孤島效應(yīng)。從技術(shù)層面而言，要想使孤島效應(yīng)得到有效防范，需加強檢測電網(wǎng)斷電的情況。

（3）要想使電網(wǎng)以及逆變器在運行過程中的可靠性及安全性得到有效保障，需確保逆變器和電網(wǎng)之間形成有效的隔離狀態(tài)，同時合理、科學地應(yīng)用逆變器接地技術(shù)。首先，在電氣隔離方面通常應(yīng)的是變壓器。其次，基于三相輸出光伏發(fā)電系統(tǒng)當中，有必要根據(jù)國際電工委員會給出的相關(guān)規(guī)定，優(yōu)化選取接地方式。此外，對于用電設(shè)備外殼則經(jīng)保護線和接地點金屬性連接。

二、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的控制方法分析

在上述分析過程中，認識到在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的設(shè)計需滿足各方面的要求，實際上光伏陣列和用戶對逆變器均存在不同的要求。在這樣的條件下，通過逆變器的設(shè)計，便需要掌握逆變器的控制方法。具體控制方法如下：

（一）控制總體思路

對于光伏逆變器來說，在并網(wǎng)運行過程中需滿足一些必要的條件，主要包括：其一，輸出電壓和電網(wǎng)電壓需確保頻率、相位以及幅值均保持一致;其二，輸出電流和電網(wǎng)電壓之間在頻率、相位（功率因數(shù)為1）均保持一致;其三，輸出需與電網(wǎng)的電能質(zhì)量要求相滿足。而上述條件要想得到有效滿足，便需要確保逆變器的控制策略的優(yōu)化及先進性。從總體思路上分析，在控制光伏并網(wǎng)逆變器過程中，會劃分為兩大步驟：（1）獲取系統(tǒng)功率點，也就是光伏陣列工作點;（2）使光伏逆變系統(tǒng)對電網(wǎng)的跟蹤得到有效實現(xiàn);并且，為使光伏逆變器能夠安全可靠地在并網(wǎng)狀態(tài)運行，系統(tǒng)需擁有防范孤島效應(yīng)的檢測功能、保護功能以及控制功能等。

（二）光伏陣列工作點控制策略

對于光伏陣列工作點來說，其控制的方法通常有兩種：（1）恒電壓控制方法，指的是把光伏陣列端電壓穩(wěn)定在某一個值的方法，進一步將系統(tǒng)功率點加以確立。這種方法的主要優(yōu)勢為控制簡單，且能夠確保系統(tǒng)具備很好的穩(wěn)定性。然而，也存在一些不足，即：在溫度發(fā)生比較大的變化的情況下，恒電壓控制條件下的光伏陣列工作點會與最大功率點發(fā)生偏離。（2）MPPT控制方法，指的是經(jīng)實時對系統(tǒng)進行改變的工作狀態(tài)，對陣列的最大工作點進行跟蹤，進一步使系統(tǒng)的最大功率輸出得到有效實現(xiàn)。這屬于一類自主尋優(yōu)的方法，具備優(yōu)良的動態(tài)性能，然而在穩(wěn)定性方面和恒電壓控制方法相比較為不足。應(yīng)用MPPT方法過程中，通常會采取干擾觀察、電導增量的方式進行;現(xiàn)狀在研究MPPT方法過程中，主要體現(xiàn)在簡單以及高穩(wěn)定性的控制算法實現(xiàn)方法，比如：模糊邏輯控制以及神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制等，都有能夠得到不錯的跟蹤控制效果[4]。

（三）逆變器跟蹤電網(wǎng)控制策略

電網(wǎng)跟蹤控制屬于逆變系統(tǒng)控制的主要工作，這會對系統(tǒng)的輸出電能質(zhì)量以及運行效果產(chǎn)生直接性的影響。對于光伏并網(wǎng)逆變器來說，是在PWM逆變的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，因此逆變器的控制歸類為逆變器PWM電流控制方法。在PWM非線性控制方法方面，傳統(tǒng)模式下會采取瞬時比較方法和三角波比較方法。其中，瞬時比較方法存在補償電流誤差不穩(wěn)定的問題;三角波比較方法則在硬件方面顯得復(fù)雜，存在偏大的跟隨誤差，同時在放大器的增益方面也存在局限性，電流響應(yīng)和瞬時比較方法相比更緩慢。從現(xiàn)狀來看，以載波周期為基礎(chǔ)的閉環(huán)電流控制方優(yōu)勢更為突出，以無差拍PWM技術(shù)為例，該技術(shù)把目標誤差在下一個控制周期內(nèi)徹底處理，使穩(wěn)態(tài)無靜差效果得到有效實現(xiàn);這種方法具備固定的開關(guān)頻率，同時在動態(tài)響應(yīng)方面的速度較快，在光伏并網(wǎng)數(shù)字控制中適用[5]。

三、結(jié)語

通過本文的探究，認識到光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的設(shè)計非常重要，由于逆變器屬于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的一大關(guān)鍵部件，為確保光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的安全，在設(shè)計過程中便需要滿足電網(wǎng)的需求、光伏陣列的需要以及用戶的需求等。在優(yōu)化設(shè)計逆變器的基礎(chǔ)上，還有必要注重對逆變器的控制，從光伏陣列工作點控制、逆變器跟蹤電網(wǎng)控制等方面加以完善。相信從以上方面做好，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的設(shè)計與控制均能夠得到有效優(yōu)化，進一步為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)運行的可靠性及安全性的提高奠定堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]王青林，陳宏濤.光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)逆變器瞬時值控制方案的仿真研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019，10：169-170.

[2]秦天像，楊天虎，任小勇.基于DSP控制的光伏發(fā)電逆變并網(wǎng)鎖相環(huán)設(shè)計[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2020，04：125-128.