域批招突破光伏并網(wǎng)逆變器的現(xiàn)狀及發(fā)展廈門許

   1、引言  

    地球表面每年接受太陽輻射能量高達(dá)5.4*1024J，為實現(xiàn)跨越式發(fā)展開辟一個良好的開端。2014年將會是更加輝煌的一年！ ，若能將其中的十萬分之一轉(zhuǎn)化為電能，就可以滿足目前全世界的能耗需求，因此，太陽能發(fā)電對緩解日益嚴(yán)重的環(huán)境和能源危機(jī)具有特別重要的意義，太陽能發(fā)電主要指光伏發(fā)電。據(jù)統(tǒng)計資料顯示，目前光伏發(fā)電系統(tǒng)中，接近99%的安裝容量為并網(wǎng)應(yīng)用，這是因為并網(wǎng)應(yīng)用相對獨(dú)立光伏系統(tǒng)有成本低和免維護(hù)等優(yōu)勢，并網(wǎng)式光伏發(fā)電系統(tǒng)式當(dāng)今發(fā)展方向，全世界并網(wǎng)式光伏系統(tǒng)年增長率約為25~30%。

    并網(wǎng)逆變器作為光伏電池與電網(wǎng)的接口裝置，將光伏電池的電能轉(zhuǎn)換成交流電能并傳輸?shù)诫娋W(wǎng)上，在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，現(xiàn)代逆變技術(shù)為光伏并網(wǎng)發(fā)電的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)和理論支持。并網(wǎng)逆變器正朝著高效率、高功率密度、高可靠性、智能化的方向發(fā)展。并網(wǎng)逆變器性能的改進(jìn)對于提高系統(tǒng)的效率、可靠性，提高系統(tǒng)的壽命、降低成本至關(guān)重要。

    2、逆變器技術(shù)發(fā)展

    逆變器技術(shù)的發(fā)展始終與功率器件及其控制技術(shù)的發(fā)展緊密結(jié)合，從開始發(fā)展至今經(jīng)歷了五個階段。第一階段：20世紀(jì)50-60年代，晶閘管SCR的誕生為正弦波逆變器的發(fā)展創(chuàng)造了條件；第二階段：20世紀(jì)70年代，可關(guān)斷晶閘管GTO及雙極型晶體管BJT的問世，使得逆變技術(shù)得到發(fā)展和應(yīng)用；

    第三階段：20世紀(jì)80年代，功率場效應(yīng)管、絕緣柵型晶體管、MOS控制晶閘管等功率器件的誕生為逆變器向大容量方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

    第四階段：20世紀(jì)90年代，微電子技術(shù)的發(fā)展使新近的控制技術(shù)如矢量控制技術(shù)、多電平變換技術(shù)、重復(fù)控制、模糊控制等技術(shù)在逆變領(lǐng)域得到了較好的應(yīng)用，極大的促進(jìn)了逆變器技術(shù)的發(fā)展；

    第五階段：21世紀(jì)初，逆變技術(shù)的發(fā)展隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的進(jìn)步不斷改進(jìn)，逆變技術(shù)正朝著高頻化、高效率、高功率密度、高可靠性、智能化的方向發(fā)展。

    3、光伏并網(wǎng)逆變器的分類

    光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)原理圖如圖1所示，其中圖1(a)為兩級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，圖1(b)為單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。兩級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器只需進(jìn)行逆變控制，光伏陣列最大功率點(diǎn)（MPPT）由前級DC/DC變換器完成，并網(wǎng)逆變器通過控制DC/DC變換器的輸出電壓實現(xiàn)系統(tǒng)功率平衡，并網(wǎng)逆變器控制的任務(wù)是保證輸出電流與電網(wǎng)電壓頻率、相位完全一致；單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器要同時完成MPPT和并網(wǎng)電流控制的任務(wù)，即保證光伏陣列輸出功率最大化的前提下控制并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓同頻同相。

    光伏并網(wǎng)逆變器可以按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、隔離方式、輸出相數(shù)、功率等級、功率流向等進(jìn)行分類。按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類，目前采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括：全橋逆變拓?fù)?、半橋逆變拓?fù)?、多電平逆變拓?fù)?、推挽逆變拓?fù)?、正激逆變拓?fù)?、反激逆變拓?fù)涞?，其中高壓大功率光伏并網(wǎng)逆變器可采用多電平逆變拓?fù)?，中等功率光伏并網(wǎng)逆變器多采用全橋、半橋逆變拓?fù)洌」β使夥⒕W(wǎng)逆變器采用正激、反激逆變拓?fù)洹?

    按照隔離方式分類包括包括隔離式和非隔離式兩類，其中隔離式并網(wǎng)逆變器又分為工頻變壓器隔離方式和高頻變壓器隔離方式，光伏并網(wǎng)逆變器發(fā)展之初多采用工頻變壓器隔離的方式，但由于其體積、重量、成本方面的明顯缺陷，近年來高頻變壓器隔離方式的并網(wǎng)逆變器發(fā)展較快，非隔離式并網(wǎng)逆變器以其高效率、控制簡單等優(yōu)勢也逐漸獲得認(rèn)可，目前已經(jīng)在歐洲開始推廣應(yīng)用，但需要解決可靠性、共模電流等關(guān)鍵問題。

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