兩級式光伏并網逆變電路的運用

楊勁男

摘 要文章首先對光伏發電現狀展開分析，而后介紹了最大功率點跟蹤的相關概念，并且給出逆變器并網控制電路。

【關鍵詞】光伏并網 電路

1 前言

社會的發展，工業和生活等諸多領域對于電力的需求越來越高，因此社會各個層面對于新能源的呼聲也與日俱增。在新能源的引入過程中，光能和風能成為重點關注的對象，并且對于光能的利用，由于其發展時間較長，因此更為成熟。

2 兩級式光伏并網逆變電路

光伏發電在未來的電力體系之中，必然會占據有重要的位置。但是太陽能本身并不穩定，必然需要依賴陽光的充足程度而確定，因此在實際應用中多以并網形式存在，成為供電體系中的有益并且重要的組成部分。光伏發電就目前而言，其技術已經比較成熟，可以發現其性能在很大程度上決定于逆變系統的性能。目前的逆變系統，依據拓撲結構，可以分為單級式逆變系統和兩級式逆變系統兩類，其中前者整體效率較高，但是其最大功率跟蹤和逆變并網控制在同一控制回路內完成，控制復雜程度因此上升，從而阻礙了其應用。后者的系統效率比前者略低，但是對于最大功率的跟蹤可以在DC/DC回路中完成，逆變并網可以在后一級DC/AC回路中完成，大大簡化了控制，成為當前主要的拓撲應用。其主電路參見圖1。

從圖1中可以看到，L1、D5以及T5構成第一級電路，而四個IGBT則構成后一級的單相全橋逆變電路。L2、L3以及C3構成的LCL濾波器實現并網，C1位直流母線電容，C2則用于實現兩級結構的功率解耦。

實際工作中，光伏陣列的輸出呈現出非線性特征，因此需要對其展開最大功率點的跟蹤（MPPT，Maximum Power Point Tracking），從而保持其輸出功率能夠保持在該水平之上。在兩級式逆變系統中，可以通過調節T5占空比來實現這一目標，同時后一級逆變環節能夠用于實現對并網電壓電流的幅值以及相位的追蹤。

由于最大功率點會隨著溫度和光照等方面的影響而不斷發生變化，因此如何實現更為有效的MPPT就成為當前該領域的工作重點。通常而言，擾動觀察法和電導增量法，是常見的兩種跟蹤方法。

就擾動觀察法而言，其自身結構簡單，相關測量參數也比較有限，對傳感器的要求精度也不會太高。其原理在于，首先給一個擾動輸出電壓信號（Upv+△U），并且觀察其功率變化，如果功率增加，則表示擾動方向正確，可以繼續朝向該方向進行擾動，反之同理。通過這種不斷的擾動嘗試獲取到陣列輸出功率最大值。如果合理設置跟蹤步長的話，可以快速迭代出溫度和光照變化情況下的最大功率點。

而對于電導增量法而言，在展開最大功率跟蹤的時候，在速度和精度方面都表現良好，但是卻需要有比較高精度的傳感器進行配合，才能獲取良好效果。其思路為，通過比較光伏陣列的瞬時導抗與導抗變化量來完成最大功率點跟蹤功能。在實際的仿真過程中不難發現，電導增量法的跟蹤性能良好，但是仍然存在不完善的特征。例如，如果外界環境發生突變，需要重新迭代進行跟蹤，則步長增量成為跟蹤效果的關鍵因素。增量設置偏小的情況下，跟蹤速度會稍慢，而當增量設置過大，則會造成波形震蕩較大，整體不穩定的狀況。

現實中實現對電網的跟蹤與控制，即為逆變器的核心職責，逆變電路負責輸出穩定的正弦波的交流電，并且保持與電網電壓在頻率和相位方面保持一致。參見圖2。

從圖2中可以看到，電流和電壓分別展開控制，并且分別將電網內同步參考正弦信號以及逆變器輸出信號進行對比，進行校準之后控制輸出，通過此種方式實現并網。

3 總結

對于光伏發電而言，技術的進步直接關系到整體電力供給的有效性。實際工作中應當對技術進步保持警惕，同時又深入了解其原理，才能有的放矢進行運用，獲取良好效果。

參考文獻

[1]梁有偉，胡志堅，陳允平.分布式發電及其在電力系統中的應用研究綜述[J].電網技術，2003，27（12）.

作者單位

青海大學水利電力學院 青海省西寧市 810000