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(nèi)、外的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢綜述

1.1 綜述

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

在國內(nèi)，政府先后出臺《可再生能源法》及其相關(guān)實施細 則等政策來 扶持光伏等新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2009 年，隨著 “金太陽”工程在全國各省的動工 實施，國內(nèi)光伏市場將得以長足發(fā)展。不僅如此，新能源振興規(guī)劃預(yù)測，2020 年光伏發(fā)電安裝量將要 達到 2000 萬 kW，《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》 是中規(guī)定的 10 倍以上。

由此可見，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，這必將帶動光 伏產(chǎn)業(yè)：原材料生產(chǎn)、太陽能電池及組件生產(chǎn)、逆 變器等相關(guān)設(shè)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(tǒng)中核心部件，其主 要功能是將太陽能電池板發(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 直接影響整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能。

1.2 國外逆變器的研究現(xiàn)狀

國外低壓并網(wǎng)逆變器已經(jīng)是較為成熟的市場產(chǎn)品 ，在歐洲光伏專用逆變市場中就有SMA，Sputnik 和西門子等眾多的公司具有市場化的產(chǎn)品，高壓并網(wǎng)逆變裝置 SMA、 西門子等公司現(xiàn)已形成市 場產(chǎn)品。

SMA 公司的光伏并網(wǎng)逆變器目前有三大類型： 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)，可滿足不同的應(yīng)用要求。 SMC 產(chǎn)品系列采用集成直流負荷斷路開關(guān) ESS，較為簡 單而又安全地斷開光伏組件與逆變器; 具有三相功率 平衡功能，確保并網(wǎng)時的三相平衡。SC 并網(wǎng)逆變器 使用的電源系統(tǒng)可靠性高，微處理技術(shù)較為先進。

1.3 國內(nèi)逆變器的研究現(xiàn)狀

我國光伏發(fā)電的起步較晚，光伏系統(tǒng)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(tǒng)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 肥陽光電源有限公司等單位在這一方面進行了相關(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(jié)構(gòu)較為簡單、效率高、性能優(yōu) 良。但是應(yīng)用于大型光伏電站則需要低壓變壓器來 解決，從長遠來看，不利于大型光伏發(fā)電降低系統(tǒng)發(fā)電成本。

國內(nèi)光伏逆變器領(lǐng)域的生產(chǎn)是一個弱項，光伏 逆變器產(chǎn)業(yè)整體水平較低，中國最大的光伏系統(tǒng)提供商—— 中盛光電采購的光伏逆變器多采用 西門子、SMA 等外資企業(yè)。這樣導(dǎo)致大型光伏系統(tǒng)的造 價升高、依賴性強，從而制約了并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)在 國內(nèi)市場的發(fā)展和推廣。1.4 逆變技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著光伏發(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(guī)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(shù)近于 1 。其次，滿足電網(wǎng)電能質(zhì)量的要求，逆變 器應(yīng)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(yīng)的發(fā)生，避免對用電設(shè)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(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢

過去逆變器的結(jié)構(gòu)由工頻變壓器結(jié)構(gòu)的光伏逆 變器轉(zhuǎn)化多轉(zhuǎn)換級帶高頻變壓器的逆變結(jié)構(gòu)，功率 密度大大提高， 但也導(dǎo)致了逆變器的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 可靠性降低?，F(xiàn)階段的光伏并網(wǎng)逆變器普遍采用了 串級型，經(jīng)過反復(fù)研究表明：逆變器采用多串級逆 變結(jié)構(gòu)，融合了串級的設(shè)計靈活、高能量輸出與集 中型低成本的優(yōu)點，是今后光伏并網(wǎng)逆變結(jié)構(gòu)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(tǒng)中的逆變器需要對電流和功 率進行控制，逆變器輸出電流主要采用各種優(yōu)化的 PWM 控制策略。

對光伏陣列工作點跟蹤控制主要有：恒電壓控制策略和 MPPT 光伏陣列功率點控制策略。

現(xiàn)代控制理論中許多先進算法也被應(yīng)用到光伏 逆變系