光伏发电中的电力电子技术

摘

要: 阐述了太阳能光伏发电系统中电力电子功率变换器的基本结构和工作原理, 综述了国

内外光伏发电系统中电力电子变流技术的发展现状及发展趋势。

关键词 : 电力电子技术; 变换器; 光伏发电系统

Princip le and D evelopm en t of the Pow er E lectron ics in Photovoltaic Pow er

Abstrac t:

This paper describes the princ ip le and s truc ture of the pow er converters in photovo ltaic power sys tem, and presents the

latest development trend and research progress o f the power elec tronics in pho tovoltaic pow er.

K ey word s:

power electronics; converter; photovoltaic pow er sys tem

引言

太阳能光伏电池所发出的电能是随太阳光辐照度、

环

境温度、负载等变化而变化的不稳定直流电, 是难以满足
用电负载对电源品质要求的

! 粗电 ∀

[ 1]

, 为此需要应用电

力电子变流技术对其进行直流 - 直流 ( DC - DC )或直流

- 交流 ( DC- AC )变换, 以获得稳定的高品质直流电或交

流电供给负载或电网 , 如图 1所示。

图 1

典型光伏发电系统基本结构

众所周知, 电力电子电路功率变换技术是和电力电子

器件同步发展的

[ 2]

。 1957年硅晶闸管 ( SCR ) 问世, 标志

着以半控型电力电子器件 ( SCR ) 为主的传统电力电子技

术形成; 而自 20世纪 80年代以来, 以全控型电力电子器
件 ( GTO, GTR, 功率 M O SFET, IGBT, M OS 场控晶闸管

( M CT ), 集成门极换流可关断晶闸管 ( IGCT ) )及功率集成

电路为主的现代电力电子技术发展尤为迅速, DC - DC变
换 ( 降压、升压、降压 - 升压、升压 - 降压 )电路拓扑、DC -

A C变换 (逆变 ) 控制技术 ( SPWM, SVPWM )及逆变器多电

平、多重化技术均得到长足发展。

事实上, 电力电子功率变换器及其控制技术是实现光

伏发电系统能够理想地向负载或电网提供电力这一最终

目标的重要物质基础之一。

本文阐述了光伏直流变换电路、

光伏逆变电路的的基

本结构和工作原理, 综述了光伏发电系统中电力电子变流
技术的发展现状及发展趋势。

光伏直流变换电路

光伏电池是一种输出特性迥异于常规电源的直流电

源, 对电压接受型负载 (如蓄电池 )、电流接受型 ( 如永磁
直流电动机 )、纯阻性负载 3种不同类型的负载, 其匹配特
性也迥然相异

[ 3]

。随着天气 (辐照度、温度 ) 变化, 实时调

整负载的伏安特性使其相交于光伏电池伏安特性的最大
功率输出点处, 降低负载失配功率损失, 实现 ! 最大功率
点跟踪 (M PPT ) ∀是光伏直流变换电路的主要功能之一。

光伏直流变换电路主要有脉冲宽度调制 ( PWM )和脉

冲频率调制 ( PFM ) 两种方法, 其中, PWM 为常用控制方
法。光伏直流变换器主电路分直接变换 (直流斩波器, 无
变压器隔离 )和间接变换 ( 开关电源型 DC /DC 变换器, 有
变压器隔离 )两大类

[ 1]

, 如表 1。