仿正弦波并網(wǎng)逆變器存在的缺陷及相應(yīng)對(duì)策

在直流電逆變交流的過(guò)程中，人們先是制作了“方波”逆變器，接著制作了三角波、梯形波、仿正弦波逆器，而目前我們國(guó)家很多光伏企業(yè)運(yùn)用的多是從國(guó)外引進(jìn)（或自己研發(fā)）的由單片機(jī)控制的SPWM脈寬調(diào)制仿正弦波技術(shù)，有的企業(yè)把這種形式的逆變器稱作“純正弦波”逆變器。但是這種逆變器真的是一種純正的“正弦波”逆變器嗎？

不僅是大家不明白這么多交流逆變器究竟具有什么不同功能，或者在不同的領(lǐng)域運(yùn)用中有什么缺點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，就是我們的大多數(shù)技術(shù)人員也同樣不明白這么多種類的逆變器，究竟為什么要不斷升級(jí)，一直到了現(xiàn)在到了“純正弦波”的要求時(shí)代了，為什么還不能滿足并網(wǎng)的要求，并被有些人指責(zé)為技術(shù)不符合大規(guī)模并網(wǎng)的技術(shù)規(guī)范呢？更為直接的是，現(xiàn)在大多數(shù)光伏并網(wǎng)配套廠家生產(chǎn)的逆變器多數(shù)存在正弦波形“毛刺”過(guò)多的問(wèn)題，“毛刺”過(guò)多產(chǎn)生的原因及在現(xiàn)實(shí)中有非常深刻的現(xiàn)實(shí)意義，即使并網(wǎng)逆變器逆變效率達(dá)到了97%，但真正對(duì)電網(wǎng)和用電設(shè)備的貢獻(xiàn)率或許達(dá)不到80%，這個(gè)又是什么原因呢?

筆者從以下幾個(gè)方面分析，希望技術(shù)人員或非技術(shù)人員都能夠理解“正弦波”的實(shí)際意義。并幫助我們的電器配套企業(yè)企業(yè)走出思維誤區(qū)。

一，正弦波交流電在現(xiàn)實(shí)中的意義：每一個(gè)人對(duì)正弦波都不陌生，說(shuō)到正弦波大家很容易想到有規(guī)律變化的一組美麗曲線，這正是電網(wǎng)中電流大小和方向不斷變化的一組曲線，而這組曲線對(duì)應(yīng)的正是發(fā)電機(jī)做的“勻速”旋轉(zhuǎn)，這組美麗的正弦波曲線經(jīng)過(guò)電網(wǎng)傳遞給電動(dòng)機(jī)，同樣帶來(lái)電動(dòng)機(jī)的“勻速”旋轉(zhuǎn)。所以說(shuō)，正弦波雖然不是“勻速旋轉(zhuǎn)”，但其產(chǎn)生的原因和導(dǎo)致的結(jié)果都伴隨著機(jī)械“勻速旋轉(zhuǎn)”，這從正弦波的函數(shù)i=Imsinωt可以看出，代表勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的角度變化量“ω”是一個(gè)固定值，即角速度是一個(gè)常數(shù)，即代表“勻速旋轉(zhuǎn)”，所以說(shuō)正弦波與“勻速旋轉(zhuǎn)”有著“必然”的聯(lián)系。可以這么以為：物體在做勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)所受到的轉(zhuǎn)動(dòng)力或離心力的垂直分量值就是正弦波函數(shù)值，所受到的水平分量值就是余弦波函數(shù)值。因此也可以說(shuō)正弦波不僅代表著“物體勻速旋轉(zhuǎn)”這一表象，更代表著受均勻變化的“轉(zhuǎn)動(dòng)力”或“離心力”的作用，如果把“電”看做是一種“力”（這里區(qū)別“電力”一詞），那這種電“力”就是方向時(shí)刻變化的“轉(zhuǎn)動(dòng)力”或稱“離心力”，這種轉(zhuǎn)動(dòng)力的存在導(dǎo)致機(jī)械的勻速旋轉(zhuǎn)。但如果假設(shè)，兩臺(tái)旋轉(zhuǎn)的機(jī)器同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，但旋轉(zhuǎn)方向相反，或者在同一時(shí)刻磁極相反，其“相位差”就是180°，這兩臺(tái)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)“并網(wǎng)”或者其發(fā)出的電“并”在一起，就會(huì)相互抵消作用力，對(duì)于機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)貢獻(xiàn)率就不是1+1=2,而是1-1=0，所以可以說(shuō)“正弦波”代表的是電動(dòng)“力”的傳播方向，其方向不可忽視，因此對(duì)正弦波的某一時(shí)間狀態(tài)同樣不可忽視，因?yàn)檫@直接關(guān)系到并網(wǎng)的成敗。

二，賽龍舟和“同舟共濟(jì)”的現(xiàn)實(shí)比喻。大家經(jīng)?？吹诫娨暽辖?月初5賽龍舟的電視畫面，許多人在同一時(shí)刻同一步調(diào)進(jìn)行劃船，這里邊有太多的技巧，并不是一百個(gè)大力士盡力就可以取勝，而是更側(cè)重于同伴者的步調(diào)是否一致，從技術(shù)分析就是看動(dòng)作相位是否一致，如果有幾個(gè)步調(diào)不同的人，就會(huì)對(duì)劃船速度產(chǎn)生影響，就是說(shuō)劃船者不在于他的力量付出有多大，他付出力量越大，如果和大家的用力方向相反，那不僅沒(méi)有貢獻(xiàn)，反而會(huì)有較大的反作用。所以只有步調(diào)一致即“動(dòng)作相位”相同，才會(huì)對(duì)賽龍舟的結(jié)果貢獻(xiàn)較大。同樣“同舟共濟(jì)”也不是指兩個(gè)人坐到了一支船上就能做到“共濟(jì)”，“同舟”并比一定“共濟(jì)”，這需要“同舟”者的不斷磨合和技術(shù)進(jìn)步。同理，在形形色色的“電力”并網(wǎng)中，不僅要重視逆變器的功率和電能轉(zhuǎn)化效率，還要注重正弦波的波形是否完美，相位是否一致，因?yàn)椴ㄐ未碚摺半娏Α边@種“力”的方向，各種狀態(tài)的“電”加在一起并不是一定起“好”的作用，而可能有時(shí)就是在相互抵消電能，只有正確做到正弦波形的完美和相位的一致，才是電力并網(wǎng)所要求的。這正是這個(gè)時(shí)代我們必須理解得電網(wǎng)“并”網(wǎng)基礎(chǔ)知識(shí)。

三，目前仿正弦波逆變器存在的實(shí)際缺陷：盡管目前有一些進(jìn)口逆變器和某些逆變器廠家稱自己的產(chǎn)品為“純正弦波”逆變器，但實(shí)際上都是由SPWM脈寬調(diào)制波形放大而來(lái)，在波形檢測(cè)中都有很多“毛刺”，因此很多技術(shù)人員希望通過(guò)濾波方式使波形變得“平滑”。甚至為了使波形看上去更像“純正弦波”，將正弦波波形加粗來(lái)表示，但這幾種方式對(duì)逆變器的逆變效果沒(méi)有什么實(shí)際意義，在現(xiàn)實(shí)中相比方波逆變器而言，在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方面有很多進(jìn)步，但“毛刺”很多的逆變波形客觀上表示電機(jī)所受到的力并不是均勻變化的“轉(zhuǎn)動(dòng)力”，而是在轉(zhuǎn)動(dòng)力的方向上進(jìn)行上下變化，表現(xiàn)在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)上就是轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)不斷產(chǎn)生“振動(dòng)”，更多的能量消耗在電機(jī)振動(dòng)之中并對(duì)電機(jī)壽命產(chǎn)生影響。因此，目前從國(guó)外引進(jìn)的SPWM波形逆變器并不是理想產(chǎn)品，不能盲目引進(jìn)并對(duì)“國(guó)外產(chǎn)品”奉若“至尊”。

四，逆變器的改進(jìn)：實(shí)際上，無(wú)論方波逆變器還是三角波還是SPWM波逆變器得主體電路中都有一個(gè)“波形產(chǎn)生電路”，然后放大電路對(duì)這個(gè)波形進(jìn)行放大，所以這個(gè)波形產(chǎn)生的是什么樣的“波”，放大電路放大以后就是哪一種類型的“波”。波形產(chǎn)生電路猶如一顆種子，你播下去的種子決定了“波形”的外在表現(xiàn)。所以生產(chǎn)廠家應(yīng)該突破“SPWM波形”為目前“先進(jìn)電路”的思想影響，確認(rèn)“適合的”才是最好的，不僅敢于學(xué)習(xí)外國(guó)，更敢于有自己的技術(shù)革新，把真正適合我國(guó)并網(wǎng)條件和能源結(jié)構(gòu)的“逆變器”設(shè)計(jì)出來(lái)。如果苦于找不到答案，筆者有幾套解決方案，可與筆者溝通（聯(lián)系信箱：fengyian7707@163.com）.

五，并網(wǎng)逆變器的要求：并網(wǎng)需要“波形相同、電壓相同或略高、頻率相同、相位相同”，實(shí)際上只要做到波形的變化規(guī)律完全同步就是“頻率相同和相位相同”。如果做到了電能轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了97%以上，還要看向電網(wǎng)輸出的波形有無(wú)雜波和“諧波”。比如“毛刺”過(guò)多的正弦波形實(shí)際上是向電網(wǎng)輸出“諧波”，電網(wǎng)并不能接受，盡管向電網(wǎng)輸出了電能，但有一部分會(huì)與電網(wǎng)產(chǎn)生內(nèi)耗，過(guò)多的SPWM“毛刺”逆變器并網(wǎng)會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)成分的更加復(fù)雜和導(dǎo)致原電力企業(yè)效益的下降，如同前邊介紹的“賽龍舟”道理，必須找到“純正弦波”的種子，讓逆變器真正成為沒(méi)有“毛刺”既“純”又“正”的正弦波逆變器，我們的技術(shù)工作者就可以在電力能源建設(shè)之中做出自己的份內(nèi)之力。