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光伏并網逆變器的現狀及發展

日期:2010-11-29  來源:索比太陽能網     點擊:
   1、引言  

    地球表面每年接受太陽輻射能量高達5.4*1024J,若能將其中的十萬分之一轉化為電能,就可以滿足目前全世界的能耗需求,因此,太陽能發電對緩解日益嚴重的環境和能源危機具有特別重要的意義,太陽能發電主要指光伏發電。據統計資料顯示,目前光伏發電系統中,接近99%的安裝容量為并網應用,這是因為并網應用相對獨立光伏系統有成本低和免維護等優勢,并網式光伏發電系統式當今發展方向,全世界并網式光伏系統年增長率約為25~30%。

    并網逆變器作為光伏電池與電網的接口裝置,將光伏電池的電能轉換成交流電能并傳輸到電網上,在光伏并網發電系統中起著至關重要的作用,現代逆變技術為光伏并網發電的發展提供了強有力的技術和理論支持。并網逆變器正朝著高效率、高功率密度、高可靠性、智能化的方向發展。并網逆變器性能的改進對于提高系統的效率、可靠性,提高系統的壽命、降低成本至關重要。

    2、逆變器技術發展歷程

    逆變器技術的發展始終與功率器件及其控制技術的發展緊密結合,從開始發展至今經歷了五個階段。第一階段:20世紀50-60年代,晶閘管SCR的誕生為正弦波逆變器的發展創造了條件;第二階段:20世紀70年代,可關斷晶閘管GTO及雙極型晶體管BJT的問世,使得逆變技術得到發展和應用;

    第三階段:20世紀80年代,功率場效應管、絕緣柵型晶體管、MOS控制晶閘管等功率器件的誕生為逆變器向大容量方向發展奠定了基礎。

    第四階段:20世紀90年代,微電子技術的發展使新近的控制技術如矢量控制技術、多電平變換技術、重復控制、模糊控制等技術在逆變領域得到了較好的應用,極大的促進了逆變器技術的發展;

    第五階段:21世紀初,逆變技術的發展隨著電力電子技術、微電子技術和現代控制理論的進步不斷改進,逆變技術正朝著高頻化、高效率、高功率密度、高可靠性、智能化的方向發展。

    3、光伏并網逆變器的分類

    光伏并網發電系統原理圖如圖1所示,其中圖1(a)為兩級式光伏并網發電系統,圖1(b)為單級式光伏并網發電系統。兩級式光伏并網發電系統中,并網逆變器只需進行逆變控制,光伏陣列最大功率點跟蹤(MPPT)由前級DC/DC變換器完成,并網逆變器通過控制DC/DC變換器的輸出電壓實現系統功率平衡,并網逆變器控制的任務是保證輸出電流與電網電壓頻率、相位完全一致;單級式光伏并網發電系統中,并網逆變器要同時完成MPPT和并網電流控制的任務,即保證光伏陣列輸出功率最大化的前提下控制并網電流與電網電壓同頻同相。

    光伏并網逆變器可以按照拓撲結構、隔離方式、輸出相數、功率等級、功率流向等進行分類。按照拓撲結構分類,目前采用的拓撲結構包括:全橋逆變拓撲、半橋逆變拓撲、多電平逆變拓撲、推挽逆變拓撲、正激逆變拓撲、反激逆變拓撲等,其中高壓大功率光伏并網逆變器可采用多電平逆變拓撲,中等功率光伏并網逆變器多采用全橋、半橋逆變拓撲,小功率光伏并網逆變器采用正激、反激逆變拓撲。

    按照隔離方式分類包括包括隔離式和非隔離式兩類,其中隔離式并網逆變器又分為工頻變壓器隔離方式和高頻變壓器隔離方式,光伏并網逆變器發展之初多采用工頻變壓器隔離的方式,但由于其體積、重量、成本方面的明顯缺陷,近年來高頻變壓器隔離方式的并網逆變器發展較快,非隔離式并網逆變器以其高效率、控制簡單等優勢也逐漸獲得認可,目前已經在歐洲開始推廣應用,但需要解決可靠性、共模電流等關鍵問題。

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