光伏發(fā)電逆變技術(shù)的發(fā)展趨勢及解決方案

光伏發(fā)電逆變技術(shù)國內、外的現狀及發(fā)展趨勢綜述

1.1 綜述

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

在國內，政府先后出臺《可再生能源法》及其相關(guān)實(shí)施細 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(zhù) “金太陽(yáng)”工程在全國各省的動(dòng)工 實(shí)施，國內光伏市場(chǎng)將得以長(cháng)足發(fā)展。不僅如此，新能源振興規劃預測，2020 年光伏發(fā)電安裝量將要 達到 2000 萬(wàn) kW，《可再生能源中長(cháng)期發(fā)展規劃》 是中規定的 10 倍以上。

由此可見(jiàn)，從全世界到國家，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)電系統的性能。

1.2 國外逆變器的研究現狀

國外低壓并網(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(zhuān)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(mǎn)足不同的應用要求。 SMC 產(chǎn)品系列采用集成直流負荷斷路開(kāi)關(guān) ESS，較為簡(jiǎn) 單而又安全地斷開(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 使用的電源系統可靠性高，微處理技術(shù)較為先進(jìn)。

1.3 國內逆變器的研究現狀

我國光伏發(fā)電的起步較晚，光伏系統的相關(guān)技 術(shù)的研究處于起步階段，技術(shù)水平相對國外還有一 定差距。針對大型光伏發(fā)電系統的核心部分兆瓦級 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，運用該公司并 網(wǎng)控制技術(shù)，具有結構較為簡(jiǎn)單、效率高、性能優(yōu) 良。但是應用于大型光伏電站則需要低壓變壓器來(lái) 解決，從長(cháng)遠來(lái)看，不利于大型光伏發(fā)電降低系統發(fā)電成本。

國內光伏逆變器領(lǐng)域的生產(chǎn)是一個(gè)弱項，光伏 逆變器產(chǎn)業(yè)整體水平較低，中國最大的光伏系統提供商—— 中盛光電采購的光伏逆變器多采用 西門(mén)子、SMA 等外資企業(yè)。這樣導致大型光伏系統的造 價(jià)升高、依賴(lài)性強，從而制約了并網(wǎng)型光伏系統在 國內市場(chǎng)的發(fā)展和推廣。1.4 逆變技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著(zhù)光伏發(fā)電的迅速發(fā)展，對光伏發(fā)電提出了 新的要求，需要大規模的并網(wǎng)發(fā)電，與電網(wǎng)連接同 步運行。并網(wǎng)逆變器作為光伏發(fā)電的核心，對其要 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、頻率上嚴格一致，逆變器的功率因 數近于 1 。其次，滿(mǎn)足電網(wǎng)電能質(zhì)量的要求，逆變 器應輸出失真度小的正弦波。第三，具有對孤島檢 測的功能，防止孤島效應的發(fā)生，避免對用電設備 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)展趨勢如下：

( 1)結構發(fā)展趨勢

過(guò)去逆變器的結構由工頻變壓器結構的光伏逆 變器轉化多轉換級帶高頻變壓器的逆變結構，功率 密度大大提高， 但也導致了逆變器的電路結構復雜， 可靠性降低?，F階段的光伏并網(wǎng)逆變器普遍采用了 串級型，經(jīng)過(guò)反復研究表明：逆變器采用多串級逆 變結構，融合了串級的設計靈活、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)逆變結構的一 種發(fā)展趨勢。

( 2)控制策略發(fā)展趨勢 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統中的逆變器需要對電流和功 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。

現代控制理論中許多先進(jìn)算法也被應用到光伏 逆變系