大型太陽能光伏電站并網逆變系統(tǒng)設計分析

摘 要：主要研究大型太陽能光伏電站并網逆變系統(tǒng)設計，總結了大型太陽能光伏的特點，并從光伏逆變器三相不平衡并網控制策略、LCL濾波器設計等設計內容入手對大型太陽能光伏電站并網逆變系統(tǒng)設計進行了討論。

關鍵詞：大型光伏；并網；逆變系統(tǒng)

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 20-0000-01

光伏發(fā)電作為一種在新世紀潛力巨大的清潔能源，有著清潔無污染、安裝維護方便，能夠和城市建筑結合等巨大優(yōu)勢，是國家調整能源結構的重要舉措，但是目前來看，光伏發(fā)電和國家電網之間的并網逆變以及控制技術方面還存在很大的欠缺，對光伏產業(yè)的發(fā)展造成了嚴重的制約，因而研究大型太陽能光伏電站并網逆變系統(tǒng)有著重要的現(xiàn)實意義。

一、大型太陽能光伏

（一）光伏發(fā)電特點

太陽能是極具潛力的清潔能源，不會產生碳排放。地球表面接受的太陽能輻射是人類能源需求量的一萬倍，國際能源署的統(tǒng)計數(shù)據(jù)說明，只要在全球4%的沙漠上安裝太陽能光伏系統(tǒng)，就能夠滿足整個地球的能源需求。開發(fā)太陽能不會導致環(huán)境污染，不會消耗燃料，更不會產生廢物排放，無噪音，更不會破壞生態(tài)平衡。太陽能隨處可見，在我國，約有2/3地區(qū)太陽能資源比較豐富，能夠滿足光伏發(fā)電的要求。

（二）光伏并網控制策略

光伏發(fā)電并網逆變控制策略比較多樣，但是從控制目標方向來看，電壓型并網和電流型并網是兩種典型的并網方式。

1.電壓型并網設計

電壓型并網設計思路受傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)并網策略啟發(fā)，要求電壓相序相位頻率特性相同，逆變器主開關電路輸出電壓是PWM方波，需要經過復雜的控制和濾波之后才能夠獲得和電網電壓、頻幅相同的正弦電壓，但是單一的逆變器容量相對于電網太小，電網電壓相位等特征微小的變化將會在逆變器中產生較大的沖擊電流，造成逆變器燒損，因而這并不是十分理想的并網方式，然而在電網失壓時，電壓型并網設計能夠非常方便的實現(xiàn)脫網運行。

2.電流型并網設計

電流型并網設計思路來源于電流源的并網策略，電流源輸出電壓根據(jù)并網電壓確定，電流和電網電壓頻率特性相同，逆變器輸出電壓跟隨電網變化而調整有效緩解了電網對逆變器造成的沖擊，對系統(tǒng)功率因數(shù)的控制更加容易，是一種比較理想的并網形式，但是這種形式的并網設計對電網依賴性較強，電網失壓時不能夠及時脫網，不及時停機可能會造成站內用電設備的損壞。

二、大型太陽能光伏電站并網逆變系統(tǒng)設計

（一）光伏逆變器三相不平衡并網控制策略

光伏并網逆變器吸收光伏陣列發(fā)出的功率，系統(tǒng)安全運行的情況下，根據(jù)電網對有功和無功功率的需求，在電網電壓和頻率等特征下向電網持續(xù)供應電能，并采取一定的控制策略保證電能供應質量，保證系統(tǒng)穩(wěn)定和設備安全。

1.網側負序電流抑制策略

電網不平衡將會在并網逆變器交流側產生負序電流，電網狀態(tài)嚴重過不平衡時將會導致負序電流的增加，將會在影響逆變器安全的同時，將會向電網中注入更大的不平衡功率，加劇電網不平衡的程度。為了抑制電網不平衡條件下的逆變器交流負序電流，要求

INdQ=iNd+jiNQ，將p0、q0給定，能夠得到正序電流指令如下：

式中p*0-平均有功功率指令值；

q*0-平均無功功率指令值。

逆變器平均有功功率指令和直流側電壓PI調節(jié)器輸出電流指令對應，可得：

式中Kvp-電壓調節(jié)器比例；

Kvl-電壓調節(jié)器積分增益。

根據(jù)光伏并網逆變器正常運行狀態(tài)下的指令需求，調整交流側輸出功率因數(shù)為1，此時q*0=0，能夠控制平均單位功率因數(shù)，但是系統(tǒng)瞬態(tài)無功功率存在波動，獲得ip*Q、ip*d之后使用PI調節(jié)器進行電流調節(jié)，使用前饋解耦控制規(guī)律，獲得逆變器交流側正序電壓最終控制指令如下： -

- +

根據(jù)這種控制算法調整控制網側負序電流不平衡控制系統(tǒng)，通過實際應用，認為控制效果比較理想。

2.直流電壓諧波控制策略

逆變器直流側電壓控制性能要求很高時需要抑制Pc2、Ps2，使q*0=p*s2=p*c2=0，使逆變器二次有功波動為0，直接抑制直流電壓二次諧波，逆變換之后獲得直流電壓諧波抑制策略指令如下：

電網不平衡，需要在逆變器交流側存在一定量的負序電流抑制逆變器直流側電壓二次諧波，此時逆變器直流會在交流測產生負序電流，逆變器直流側電壓2次諧波得到抑制。抑制直流電壓諧波是向網側電流中加入適當負序分量，對正負序電流進行獨立控制，并在不平衡情況下跟蹤正序、負序電流誤差，消除直流側二次波紋。

（二）LCL濾波器設計

參數(shù)設計主要考慮濾波器功率等級、交流頻率、開關頻率等。理論上來說，LCL濾波器能夠全部過濾高次諧波，但是在設計和實際應用過程中，需要考慮濾波器的制造工藝、費用、體積和重量等因素的影響。LCL濾波器諧振頻率需要滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求，并且需要滿足逆變器穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下的有功和無功功率的輸出，電感設計要能夠實現(xiàn)電流快速跟蹤，并且滿足電感對交流諧波抑制的要求。

三、結束語

太陽能光伏發(fā)電是緩解全球性能源短缺的有效措施，但是目前大規(guī)模光伏發(fā)電受到逆變器和并網技術的限制，影響了光伏電站的大規(guī)模發(fā)展和應用，因而大型太陽能光伏電站并網逆變系統(tǒng)設計有著巨大的研究價值。

參考文獻：

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