併網逆變器

一、光伏發電併網逆變器

由於建築的多樣性，勢必導致太陽能電池板安裝的多樣性，為了使太陽能的轉換效率最高同時又兼顧建築的外形美觀，這就要求我們的逆變器的多樣化，來實現最佳方式的太陽能轉換。現在世界上比較通行的太陽能逆變方式為：集中逆變器、組串逆變器，多組串逆變器和組件逆變，現將幾種逆變器運用的場合加以分析。併網逆變器一般分為光伏併網逆變器、風力發電併網逆變器、動力設備併網逆變器和其他發電設備併網逆變器。

逆變器不只具有直交流變換功用，還具有最大限制地發揚太陽電池功能的功用和系統毛病維護功用。歸結起來有主動運轉和停機功用、最大功率跟蹤節制功用、防獨自運轉功用（併網系統用）、主動電壓調整功用（併網系統用）、直流檢測功用（併網系統用）、直流接地檢測功用（併網系統用）。這裡簡略引見主動運轉和停機功用及最大功率跟蹤節制功用。

1、主動運轉和停機功用 早晨日出后，太陽輻射強度逐步加強，太陽電池的輸出也隨之增大，當到達逆變器任務所需的輸出功率后，逆變器即主動開端運轉。進入運轉后，逆變器便每時每刻看管太陽電池組件的輸出，只需太陽電池組件的輸出功率大於逆變器任務所需的輸出功率，逆變器就繼續運轉；直到日落停機，即便陰雨天逆變器也能運轉。當太陽電池組件輸出變小，逆變器輸出接近0時，逆變器便構成待機形態。

2、最大功率跟蹤節制功用 太陽電池組件的輸出是隨太陽輻射強度和太陽電池組件本身溫度（晶元溫度）而轉變的。別的因為太陽電池組件具有電壓隨電流增大而下降的特徵，因而存在能獲取最大功率的最佳任務點。太陽輻射強度是轉變著的，明顯最佳任務點也是在轉變的。相關於這些轉變，一直讓太陽電池組件的任務點處於最大功率點，系統一直從太陽電池組件獲取最大功率輸出，這種節制就是最大功率跟蹤節制。太陽能發電系統用的逆變器的最大特點就是包羅了最大功率點跟蹤（mppt）這一功用。

集中逆變一般用與大型光伏發電站（>10kW）的系統中，很多并行的光伏組串被連到同一台集中逆變器的直流輸入端，一般功率大的使用三相的IGBT功率模塊，功率較小的使用場效應晶體管，同時使用DSP轉換控制器來改善所產出電能的質量，使它非常接近於正弦波電流。最大特點是系統的功率高，成本低。但受光伏組串的匹配和部分遮影的影響，導致整個光伏系統的效率和電產能。同時整個光伏系統的發電可靠性受某一光伏單元組工作狀態不良的影響。最新的研究方向是運用空間矢量的調製控制，以及開發新的逆變器的拓撲連接，以獲得部分負載情況下的高的效率。

在SolarMax(索瑞·麥克）集中逆變器上，可以附加一個光伏陣列的介面箱，對每一串的光伏帆板串進行監控，如其中有一組串工作不正常，系統將會把這一信息傳到遠程控制器上，同時可以通過遠程控制將這一串停止工作，從而不會因為一串光伏串的故障而降低和影響整個光伏系統的工作和能量產出。

組串逆變器已成為現在國際市場上最流行的逆變器。組串逆變器是基於模塊化概念基礎上的，每個光伏組串（1kW-5kW）通過一個逆變器，在直流端具有最大功率峰值跟蹤，在交流端並聯併網。許多大型光伏電廠使用組串逆變器。優點是不受組串間模塊差異和遮影的影響，同時減少了光伏組件最佳工作點

與逆變器不匹配的情況，從而增加了發電量。技術上的這些優勢不僅降低了系統成本，也增加了系統的可靠性。同時，在組串間引入“主-從”的概念，使得在系統在單串電能不能使單個逆變器工作的情況下，將幾組光伏組串聯繫在一起，讓其中一個或幾個工作，從而產出更多的電能。最新的概念為幾個逆變器相互組成一個“團隊”來代替“主-從”的概念，使得系統的可靠性又進了一步。目前，無變壓器式組串逆變器已佔了主導地位。

多組串逆變是取了集中逆變和組串逆變的優點，避免了其缺點，可應用於幾千瓦的光伏發電站。在多組串逆變器中，包含了不同的單獨的功率峰值跟蹤和直流到直流的轉換器，這些直流通過一個普通的直流到交流的逆變器轉換成交流電，併網到電網上。光伏組串的不同額定值（如：不同的額定功率、每組串不同的組件數、組件的不同的生產廠家等等）、不同的尺寸或不同技術的光伏組件、不同方向的組串（如：東、南和西）、不同的傾角或遮影，都可以被連在一個共同的逆變器上，同時每一組串都工作在它們各自的最大功率峰值上。同時，直流電纜的長度減少、將組串間的遮影影響和由於組串間的差異而引起的損失減到最小。

組件逆變器是將每個光伏組件與一個逆變器相連，同時每個組件有一個單獨的最大功率峰值跟蹤，這樣組件與逆變器的配合更好。通常用於50W到400W的光伏發電站，總效率低於組串逆變器。由於是在交流處並聯，這就增加了交流側的連線的複雜性，維護困難。另一需要解決的是怎樣更有效的與電網併網，簡單的辦法是直接通過普通的交流電插座進行併網，這樣就可以減少成本和設備的安裝，但往往各地的電網的安全標準也許不允許這樣做，電力公司有可能反對發電裝置直接和普通家庭用戶的普通插座相連。另一和安全有關的因素是是否需要使用隔離變壓器（高頻或低頻），或者允許使用無變壓器式的逆變器。這一逆變器在玻璃幕太陽能併網逆變器 光伏併網逆變器牆中使用最為廣泛。

上海市中能源工程公司銷售的SolarMax光伏併網逆變器規格全，既有小功率的組串逆變器，又有大功率的集中式逆變器，隨著中國光伏發電市場的迅速發展，SolarMax逆變器必然會被越來越多的中國客戶使用。

二、風力發電併網逆變器

針對風力發電系統的特性，設計了與電網並聯的PWM逆變器控制系統，該系統採用電流瞬時值反饋控制，直接以電網電壓同步信號為逆變器輸出電流跟蹤指令，通過對網側電流的閉環跟隨控制，實現以單位功率因數向電網饋送電能。對系統的穩定性進行了分析，實驗結果證明了該逆變器控制系統的可行性和正確性。

1 引言

隨著環保意識的加強以及對於可再生能源的需求，風力發電技術日益受到重視。由於風能具有不穩定性和隨機性，風力發電機發出的電能是電壓、頻率隨機變化的交流電，必須採取有效的電力變換措施后才能夠將風電送入電網。為了改進風力發電機發電系統的運行性能，近年來發展了基於交-直-交變流器的變速風力發電系統。

在交-直-交變速風力發電系統中，逆變器的控制技術是關鍵，國內外紛紛展開這方面的研究工作。

本文綜合以上幾個文獻中逆變器的優點，提出了一種新型的逆變器控制方案。該逆變器直接以電網電壓同步信號為逆變器輸出電流的跟蹤信號，能夠使輸出電流快速跟蹤電網電壓。該控制系統結構簡單，試驗結果表明該控制系統能實現單位功率因數輸出，且輸出電流的諧波含量低。

2 交-直-交變速風力發電系統簡介

交-直-交變速風力發電系統，圖中整流器和逆變器分別採用二極體整流器及基於全控型器件的PWM逆變器。為了解決在低風速時整流以後的電壓幅值過低、頻率變化太快、直流紋波較大、電壓尖刺等問題，在整流器與逆變器之間加入了直流環節部分，該環節具有升壓和穩壓功能。逆變器將直流轉換成適合併網條件的交流后再通過變壓器或直接併入電網。

這種交-直-交系統最顯著的特點是在風力發電機和電網之間連接了緩衝電路，在併網時無電流衝擊，逆變器不僅可以調節電壓、頻率，而且可以調節輸出功率，是一種穩定的併網方式。

3 PWM逆變器的控制方案

PWM逆變器的拓撲結構。逆變器輸入與直流穩壓的輸出端相連，其輸入端的電壓為直流穩壓后的電壓值UDC，輸出端通過濾波電感上后併入電網，對於風力發電併網逆變器系統，輸出相電壓、相電流與電網電動勢滿足圖2b所示矢量關係。

對於無窮大公共電網，該併網逆變器作為電流源向電網輸送電能。因此通過對逆變器輸出電流的控制即可達到控制輸出功率的目的。可知，為了不對公用電網產生諧波污染，必須使逆變器各相輸出電流與電網電壓反相，以實現逆變器的單位功率因數輸出。為了實現這一目的，設計了如圖3所示的逆變器控制系統。

4 控制器及其參數設計

因為PWM開關頻率遠大於公用電網的工頻頻率，根據圖3所示的控制系統圖，可以得到a相電流閉環傳遞結構圖。

5 併網逆變器的試驗

實驗結果表明，在蓄電池電壓穩定的條件下，逆變器輸出電流是穩定的正弦波，且與電網電壓相位相反，因而實現了單位功率因數傳送電能。逆變器輸出電流頻率基本是50Hz。諧波含量達到了併網要求。

6 結束語

本文提出的逆變器控制系統直接以電網電壓作為逆變器輸出電流的參考信號，採用電流瞬時值反饋控制，其控制系統不僅結構簡單，而且能夠實現單位功率因數輸出，減少輸出電流對電網造成的諧波污染。該併網逆變器控制系統的研究設計為風力發電併網技術的發展提供了條件。

上海市中能源工程公司 太陽能併網逆變器

三、動力設備併網逆變器

動力設備併網逆變器有內燃機發電併網逆變器等，在日常生活中具有廣泛的應用。