光伏發(fā)電逆變技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及解決方案

光伏發(fā)電逆變技術(shù)國(guó)內(nèi)、外的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)綜述

1.1 綜述

20 世紀(jì) 70 年代以來(lái)，兩次石油危機(jī)、當(dāng)前嚴(yán)重的環(huán)境污染以及氣候變暖峰會(huì)的強(qiáng)烈呼吁，迫使人們更加努力尋找和開(kāi)發(fā)新能源。對(duì)于污染及耗能大戶 ——電力工業(yè)，也面臨巨大的挑戰(zhàn)。光伏發(fā)電 作為可再生的替代能源發(fā)電，在世界范圍內(nèi)受到高 度重視且發(fā)展迅速。目前，光伏發(fā)電作為常規(guī)能源 的補(bǔ)充，無(wú)論從解決電力耗能問(wèn)題上，還是從環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略上都具有重大的戰(zhàn)略意義。

在國(guó)內(nèi)，政府先后出臺(tái)《可再生能源法》及其相關(guān)實(shí)施細(xì) 則等政策來(lái) 扶持光伏等新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2009 年，隨著 “金太陽(yáng)”工程在全國(guó)各省的動(dòng)工 實(shí)施，國(guó)內(nèi)光伏市場(chǎng)將得以長(zhǎng)足發(fā)展。不僅如此，新能源振興規(guī)劃預(yù)測(cè)，2020 年光伏發(fā)電安裝量將要 達(dá)到 2000 萬(wàn) kW，《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》 是中規(guī)定的 10 倍以上。

由此可見(jiàn)，從全世界到國(guó)家，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)都 將得到大力支持，并得以迅速發(fā)展，這必將帶動(dòng)光 伏產(chǎn)業(yè)：原材料生產(chǎn)、太陽(yáng)能電池及組件生產(chǎn)、逆 變器等相關(guān)設(shè)備制造的配套行業(yè)的迅猛發(fā)展。光伏并網(wǎng)逆變器是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中核心部件，其主 要功能是將太陽(yáng)能電池板發(fā)出的直流電逆變成交流 電，并送入電網(wǎng)。其效率的高低、可靠性的好壞將 直接影響整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能。

1.2 國(guó)外逆變器的研究現(xiàn)狀

國(guó)外低壓并網(wǎng)逆變器已經(jīng)是較為成熟的市場(chǎng)產(chǎn)品 ，在歐洲光伏專用逆變市場(chǎng)中就有SMA，Sputnik 和西門(mén)子等眾多的公司具有市場(chǎng)化的產(chǎn)品，高壓并網(wǎng)逆變裝置 SMA、 西門(mén)子等公司現(xiàn)已形成市 場(chǎng)產(chǎn)品。

SMA 公司的光伏并網(wǎng)逆變器目前有三大類(lèi)型： SB 組串逆變器， SMC 小集中型逆變器，以及 2008 年研制成功 1MW SC 并網(wǎng)逆變器。SB 產(chǎn)品系列可以 將幾臺(tái)逆變器光伏組件輸入端并接的 ST 技術(shù)以及低輸入電壓 LV 技術(shù)，可滿足不同的應(yīng)用要求。 SMC 產(chǎn)品系列采用集成直流負(fù)荷斷路開(kāi)關(guān) ESS，較為簡(jiǎn) 單而又安全地?cái)嚅_(kāi)光伏組件與逆變器; 具有三相功率 平衡功能，確保并網(wǎng)時(shí)的三相平衡。SC 并網(wǎng)逆變器 使用的電源系統(tǒng)可靠性高，微處理技術(shù)較為先進(jìn)。

1.3 國(guó)內(nèi)逆變器的研究現(xiàn)狀

我國(guó)光伏發(fā)電的起步較晚，光伏系統(tǒng)的相關(guān)技 術(shù)的研究處于起步階段，技術(shù)水平相對(duì)國(guó)外還有一 定差距。針對(duì)大型光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部分兆瓦級(jí) 并網(wǎng)逆變器，北京索英電氣技術(shù)有限公司、安徽合 肥陽(yáng)光電源有限公司等單位在這一方面進(jìn)行了相關(guān) 的研究。

目前，北京索英電氣技術(shù)有限公司主要是 SEE 系列逆變器分為單相和三相太陽(yáng)能并網(wǎng)逆變器。此 系列產(chǎn)品容量范圍從 10- 100kW，采用日本的智能 功率模塊 IPM 作為主回路功率器件，運(yùn)用該公司并 網(wǎng)控制技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、效率高、性能優(yōu) 良。但是應(yīng)用于大型光伏電站則需要低壓變壓器來(lái) 解決，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，不利于大型光伏發(fā)電降低系統(tǒng)發(fā)電成本。

國(guó)內(nèi)光伏逆變器領(lǐng)域的生產(chǎn)是一個(gè)弱項(xiàng)，光伏 逆變器產(chǎn)業(yè)整體水平較低，中國(guó)最大的光伏系統(tǒng)提供商—— 中盛光電采購(gòu)的光伏逆變器多采用 西門(mén)子、SMA 等外資企業(yè)。這樣導(dǎo)致大型光伏系統(tǒng)的造 價(jià)升高、依賴性強(qiáng)，從而制約了并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)在 國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的發(fā)展和推廣。1.4 逆變技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著光伏發(fā)電的迅速發(fā)展，對(duì)光伏發(fā)電提出了 新的要求，需要大規(guī)模的并網(wǎng)發(fā)電，與電網(wǎng)連接同 步運(yùn)行。并網(wǎng)逆變器作為光伏發(fā)電的核心，對(duì)其要 求也越來(lái)越高。

首先，要求逆變器輸出的電量和電網(wǎng)電量保持 同步，在相位、頻率上嚴(yán)格一致，逆變器的功率因 數(shù)近于 1 。其次，滿足電網(wǎng)電能質(zhì)量的要求，逆變 器應(yīng)輸出失真度小的正弦波。第三，具有對(duì)孤島檢 測(cè)的功能，防止孤島效應(yīng)的發(fā)生，避免對(duì)用電設(shè)備 和人身造成傷害。第四，為了保證電網(wǎng)和逆變器安 裝可靠運(yùn)行，兩者之間的有效隔離及接地技術(shù)也非常重要。

主要技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)如下：

( 1)結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)

過(guò)去逆變器的結(jié)構(gòu)由工頻變壓器結(jié)構(gòu)的光伏逆 變器轉(zhuǎn)化多轉(zhuǎn)換級(jí)帶高頻變壓器的逆變結(jié)構(gòu)，功率 密度大大提高， 但也導(dǎo)致了逆變器的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 可靠性降低。現(xiàn)階段的光伏并網(wǎng)逆變器普遍采用了 串級(jí)型，經(jīng)過(guò)反復(fù)研究表明：逆變器采用多串級(jí)逆 變結(jié)構(gòu)，融合了串級(jí)的設(shè)計(jì)靈活、高能量輸出與集 中型低成本的優(yōu)點(diǎn)，是今后光伏并網(wǎng)逆變結(jié)構(gòu)的一 種發(fā)展趨勢(shì)。

( 2)控制策略發(fā)展趨勢(shì) 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的逆變器需要對(duì)電流和功 率進(jìn)行控制，逆變器輸出電流主要采用各種優(yōu)化的 PWM 控制策略。

對(duì)光伏陣列工作點(diǎn)跟蹤控制主要有：恒電壓控制策略和 MPPT 光伏陣列功率點(diǎn)控制策略。

現(xiàn)代控制理論中許多先進(jìn)算法也被應(yīng)用到光伏 逆變系