光伏发电网构造的完善范文

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光伏发电主要与日照强度、日照时间长度以及温度有关，逆变器要能在最大功率点附近输出功率才能保证获得最大能源。因而主要研究影响光伏逆变器环境功率因数、环境温度、电压及频率、开路电压短路电流及损耗等因素。

1）功率因数。根据所研究的光伏阵列模块，当光照强度为1200W/m2，温度在25℃时，产生的最大功率约为189W，通常太阳能光伏发电系统的功率因数控制在0.95以上较为合适。

2）环境温度。在选择系统模块时需要根据环境温度变化的情况，考虑环境温度和逆变器的内部温度。选择合适的逆变器安装在相应的位置。

3）工作频率及工作电压。我国通用工频电网额度频率为50Hz，单相电压220V。

4）开路电压短路电流。光伏阵列模块的耐压必须超过开路情况下的最大电压，在环境温度为25℃，当光强达到1200W/m2，开路电压可达45V，而且其最大短路电流达到7A，因此，选择的模块为可承受最大电压50V、最大电流为8A的逆变器。

5）输出电流损耗。要提高太阳能光伏发电的效率，必须尽量减少各个环节的损耗，从而提发电系统的效率。

太阳能光伏逆变器的结构

研究发现单级逆变器转换效率高、元件成本低、损耗低，同时输出功率低，需要较高的直流输入，对最大功率点的跟踪没有独立的控制操作，结构简单，兼容性差，对于太阳能直流输入的多变性的要求则满足不了。综合考虑光伏太阳能的效率及成本，通常采用两级转换结构，实现光伏阵列模块的最大功率点跟踪，进而向电网输送交流电源。

太阳能光伏逆变器可分为隔离型和非隔离型，隔离型逆变器还可分成高频型和工频型，常用的是工频隔离型，但体积大、重量重、效率低。高频隔离采用高频变压器，体积小、重量轻、效率较高；在DC-DC的过程中常使用隔离拓扑结构，通过调节变换器的占空比从而实现最大功率点的跟踪。为了研究太阳能光伏发电逆变器的结构，分析几种具有代表性的光伏发电系统，对结构存在明显缺陷的不作探讨。主要比较设计系统的效率、成本及使用寿命等。光伏并网发电的逆变器通常分为高频链结构及直流链结构。分析了几种具代表性的逆变器结构，大致情况见表1。

1高频链型逆变器的结构

高频链型逆变器作用是放大光伏阵列输入的电压，调制电流成正弦波后输送至电网的高频逆变器，见图2；直流转换器连接交直流逆变器，通过逆变器将电流由高频转换成低频后入网，见图3。高频链逆变结构要实现各级功率解耦需要较大的电解电容通过并联太阳能光伏阵列模块来实现。另外，能量在传输过程中不能缓存，对逆变器设计提出了更高的功率要求，要求能处理2倍额定功率以上的能量。

2直流链型逆变器的结构

要将直流电转换成交流电并注入电网，通常采用直流链型逆变器先由高频直流变换器将光伏阵列模块产生的电压放大，然后通过交直流逆变器将变换器产生的直流电流转换成正弦交流电。DC-DC变换器对电压起放大作用，采用并联小电容的方式即可实现功率解耦，这样可以解决能量缓冲问题，因此可以设计成额定功率；而交直流逆变器的容量则需要2倍功率。如果DC-DC变换器不仅是起放大作用，同时还需要调节输出电流，则必须在光须在光伏阵列模块两端并联相应的电解电容；因而各级的容量设计均为2倍功率。

3比较分析

①工作效率。分析光伏并网逆变器的效能，需要综合分析其系统的高效性，通过控制逆变器各级使用器件的效率来实现。②投入成本。选择合理的控制算法能够很好地提高系统效率，控制成本；如果逆变器中使用的元器件、整流二极管、光伏阵列模块、MOSFET管型号相同，相对成本会比较合理。同时还须考虑其他成本，如控制算法、测量电路、控制电路等。③使用寿命。元器件中电解电容的使用寿命通常是最短的，因此在电路设计中尽量减少电容的使用量，或者减少电容的使用量，以提高电容的寿命，从而延长系统的使用寿命。

光伏并网逆变器结构的优化探讨

逆变器结构的设计须考虑控制策略、磁特性、保护电路、半导体设备性能、电网性能等等。为了提高电路效率，在半桥逆变器的基础上提出全桥的设想，设计原理图见图4。

1）交直流逆变器。交直流逆变器主要承担对注入电网的电流进行调制的功能，其主要包括电容、带续流二极管的MOSFET管、滤波器等部分。

2）直流端电容。直流电容是实现光伏阵列模块入网时的功率解耦。假设直流端功率不变，功率波形为sin2(ωt)，容易得出解耦电容为：可以得出：直流端电容为150W解耦电容需26μF（假定损耗l0W）。而标准电容通常为400V（或450V）解耦电容需33μF。为防止电压过高损坏电容，一般使用450V、33μF的电容。

3）输出端滤波器。电流经逆变器进入电网之前，先经过输出端滤波器，将逆变器输出的电压转化成电流，并且过滤高频毛刺，从而对逆变器的MOSFET管起到保护作用。输出滤波器常见的类型有：LCL型、LC型和L型。LCL型滤波器滤波电容可承受电网电压谐波，并具有很好的电压－电流转化功能，而且能滤除绝大部分的高频噪声。LC型滤波器滤波电容可以承受较大的电压谐波，但会将产生大电流；L型滤波器滤波电容在电压－电流转化的功能较好，但滤除高频噪声效果差。

4）MOSFET管。MOSFET的选择应根据损耗、耐压、损耗等性能选定。根据交直流逆变器性价比，选择了Infieon的CoolMos型。当非电阻元器件的电阻可以忽略不计时，设计中的LCL输出端滤波器LAC是mH级，CAC是μF级，通过简化式得出逆变器输出电压与输出可以通过数控逆变器输出电压，得到串联电阻LCL输出端滤波器的动态性能。同时采用开关角计算PWM控制的方法，能够比较准确地计算逆变器的开关角度，从而提高控制效果。

5）限制涌入电流。逆变器首次投入电网时，电容放电，须有限流电阻防止涌入电流损坏电网。当直流端电压接近电网电压峰值时，MOSFET管或继电器将自动切除限流电阻。常见的电路保护方法有在交流侧接限流电阻，并且用继电器切除；或是直流侧接电阻，用二极管切除；再或是用电阻与电容串联，然后用MOSFET管切除。

结论

通过对现有光伏模块逆变器结构的研究，逆变器通常分为能量输入、中间处理及输出到电网3部分。太阳能光伏发电的成本高、效率低、寿命短一直是困扰研究人员的难题，同时近来研究的重点与难点所在。通过研究证明双桥逆变输入可以有效地消除半桥逆变分压电容的问题，降低传输损耗，从而提高效率；研究同时也证明了全桥整流结构在中间级的使用可减小高频变压器的容量，从而充分利用高频变压器；在输出端使用可以减少损耗；实践证明逆变器采用双桥结构，可以大大提高各端的效率，从而提高发电效率。

作者：毛学东胡国进敖四江单位：江西教育学院