光伏逆变器的设计要求案例

 

关键字：光伏阵列

 电网电压 电压型 

太阳能光伏发电系统目前主要用于无电或缺电的边远地区，作为独立的电源给家用电器及
照明设备供电。随着电力紧张、环境污染等问题的日趋严重，与公用电网并网运行的太阳能
发电系统已显出越来越大的竞争力。光伏发电的并网运行，将省去独立光伏系统中的贮能环
节

—蓄电池，从而大大减少了电站的维护。由于蓄电池的寿命较短，省去蓄电池后，发电系

统的寿命可与太阳能电池的寿命相当。对于家庭住宅而言，配备光伏发电系统，可缓和白天
电力紧张的局面，提高电网功率因素和降低线路损耗。光伏电站的并网发电，最终将取代常
规能源发电。光伏发电的并网原理如图

1 所示。太阳能电池阵列通过正弦波脉宽调制逆变器

向电网传送电能，逆变器馈送给电网的电力由阵列功率和当时当地的日照条件决定。逆变器
除了具有直流

— 交流转换功能外，还必须具有光伏阵列的最大功率跟踪功能和各种保护功

能。图

1 所示逆变器为电压型逆变器。目前，电压源型逆变器技术已日趋成熟，所需的硬件

也容易购得。本文将对电压型逆变器作进一步研究。

 1 小型光伏并网电站应具备的性能
光伏电站并网运行，对逆变器提出了较高的要求。这些要求如下：
① 要求逆变器输出正弦波电流。光伏电站回馈给公用电网的电力，必须满足电网规定的指
标，如逆变器的输出电流不能含有直流分量、逆变器输出电流的高次谐波必须尽量减少、不
能对电网造成谐波污染等。
② 要求逆变器在负载和日照变化幅度较大的情况下均能高效运行。光伏电站的能量来自太
阳能，而日照强度随气候而变化，这就要求逆变器能在不同的日照条件下均能高效运行。
③ 要求逆变器能使光伏阵列工作在最大功率点。太阳能电池的输出功率与日照、温度、负载
的变化有关，即其输出特性具有非线性特性

[1]。这就要逆变器具有最大功率跟踪功能，即

不论日照、温度等如何变化，都能通过逆变器的自动调节实现阵列的最佳运行。
④ 要求逆变器具有体积小、可靠性高等特点。对于家用的光伏电站，其逆变器通常安装在室
内或壁挂于墙上，因此对其体积、重量均有限制。另外，对整机的可靠性也提出较高的要求。
由于太阳能电池的寿命均在

20 年以上，因此其配套设备的寿命也必须与其相当。

⑤ 要求在市电断电状况下逆变器在有日照时能够单独供电。
2 正弦波电压型逆变器的实现
光伏发电并网运行时的电路原理如图

2 所示。Up 为逆变器输出电压，Uu 为电网电压，R 为

线路电阻，

L 为串联电抗器，Iz 则为回馈电网的电流。为保证回馈功率因数为 1，回馈电流

的相位必须与电网电压的相位一致。以电网电压

Uu 为参考，则 Iz 与 Uu 同相位，其矢量图

如图

3 所示。内阻 R 两端的电压 UR 与电网电压相位一致，而电抗器两端电压 UL 的相位则

落后于

UR90º.由此可以求得 UP 的相位和幅值：

其中

ω 为公用电网角频率。实际电路中，Uu 的