光伏发电系统并网逆变器研究

   摘要： 光伏逆变器是光伏发电系统的关键组成部分，它直接影响到电网的安全可靠运行。
本文对光伏发电进行了简要的介绍，对光伏系统的关键组成部分光伏逆变器进行了详细的
论述，介绍了光伏逆变器控制方法。随着智能电网发展，光伏逆变器将在电力系统中发挥更
为重要的作用。

 

　　关键词：

 光伏逆变器；新能源；智能电网；PI 控制；无差拍控制 

　　

1 引言 

　　近年来，光伏发电应用热潮席卷全球，相关技术也得到蓬勃发展，引导了智能电能技
术的进一步发展。智能电网的发展对光伏发电系统提出越来越严格的要求。如图

1 所示，光

伏发电系统由光伏阵列、汇流箱、直流配电环节、逆变器、交流配电、变压器、电表和电网组成。
太阳能电池板将太阳能转换成直流电，经智能光伏汇流箱汇流和直流配电单元流入逆变器
逆变器进行最大功率跟踪（

Max power point track，MPPT）后将直流电逆变成交流电，再

经交流配电单元后通过升压变压器升压回馈给电网

[1，2]。 

　　图

1 光伏发电系统 

　　并网逆变器的设计要求包括

 

　　（

1） 高效率 

　　当前太阳能电池的发电效率仍然较低，因此最大限度利用太阳能电池，提高系统效率
是逆变器追求的一大目标。

 

　　（

2） 可靠性强 

　　由于大型光伏系统主要分布于边远地区，因此减小运行维护量，完善保护功能是保证
光伏发电系统安全可靠持续运行的有利保障，除了普通逆变器具备的各种保护外，防孤岛
低电压穿越等也是光伏逆变器需要的功能。

 

　　（

3） 宽直流输入电压范围 

　　太阳能电池随负载和日照强度变化而变化，因此光伏逆变器必须具有较大范围的工作
电压，宽直流输入范围，能够在不同的工作温度运行。

 

　　（

4） 输出应为谐波量小的正弦波 

　　光伏逆变器直接与电网相连，逆变器产生的谐波将注入电网，影响电网的电能质量，
因此光伏逆变器并网电流波形控制是光伏逆变器控制的核心部分。

 

　　

2 光伏逆变器的控制 

　　光伏逆变器的控制包括最大功率跟踪控制（

Max Power Point track， MPPT）、直流电

压控制、电网同步控制和并网电流控制。其中，

MPPT 可以实现最大功率的追踪，提高光伏

系统的效率，同时保证系统在光照水平较低时也能稳定运行，直流电压控制用于维持母线
电压的稳定，电网同步控制主要用于获取电网的角度信号。而并网电流控制是逆变器控制的
核心技术，当风力发电系统和光伏发电系统通过电压源型逆变器进行并网时，一般通过控
制电网电流来控制有功功率和无功功率的交换

[3]。 

　　

2.1 PI 控制 

　　传统的带有电网电压前馈的

PI 控制器常用于电流控制的逆变器。但此方法存在两个比

较突出的问题：

PI 控制器跟踪正弦波参考信号会产生稳态误差，且干扰能力较差，这是由

于当干扰是一个周期信号时，积分性能差

[4]。为了获得好的动态响应并提高电网干扰抑制

能力，控制中采用电网电压前馈环节，但测量电网电压的滤波器会产生延迟，这个延迟反
而会引起稳定性的问题。为了克服

PI 控制在处理正弦参考信号和谐波干扰方面的局限，将

PI 控制的实现变换为以角速度 ω 旋转的 dq 坐标系，ω=2πf，f 是电网频率。 
　　

2.2 无差拍控制