光伏并網發電系統中逆變器的設計與控制方法

胡明坤

摘要：能源問題是世界性問題，我國是資源生產大國，同時也是能源消耗大國，其中我國對于電能的消耗巨大，而對于光伏發電來說，則具備多方面的優勢。但要想使光伏發電的價值作用得到有效體現，還有必要注重逆變器的設計。本課題分為兩個重點論述：光伏并網發電系統中逆變器的設計分析;光伏并網發電系統中逆變器的控制方法分析。其目的是為光伏并網發電系統經濟效益的提高提供一些具有價值的參考建議。

關鍵詞：光伏并網發電系統;逆變器;設計;控制方法

一、光伏并網發電系統中逆變器的設計分析

逆變器是光伏并網發電系統的一大關鍵部件，為了確保光伏并網發電系統的可靠性及安全性，有必要對其中的逆變器優化設計。下面將從多個環節對逆變器的設計進行分析：

設計需滿足電網的需求

在基于光伏并網發電系統中逆變器的設計，需確保逆變器和電網保持連接關系，并使電網電能質量的要求得到有效滿足，同時使孤島效應的產生得到有效避免，此外還需要確保能夠安全隔離接地。

（1）從光伏并網發電系統角度考慮，需避免對公共電網造成污染;這就要求逆變器在并網輸出時能夠向電網饋入失真度小的正弦波電流。通常情況下，逆變器的開關頻率對波形的失真度有較大影響，頻率越高，經過濾波器后輸出電流更接近標準的正弦波。基于DSP的數控逆變系統當中，能夠將光伏并網發發電系統逆變器的開關頻率提高，使輸出電流正弦度得到有效提升。

（2）根據相關協議以及標準，并網逆變器需要擁有防孤島效應的作用，在形成孤島效應時，能夠通過電網頻率或電網電壓判斷產生孤島，在規定的時間內逆變器保護而并停止輸出。孤島效應指的是，在電網供電發生中斷，光伏并網發電系統仍在運行，并且與本地負載連接處于獨立運行狀態，這種現象被稱為孤島效應。從技術層面而言，要想使孤島效應得到有效防范，需加強檢測電網斷電的情況。

（3）要想使電網以及逆變器在運行過程中的可靠性及安全性得到有效保障，需確保逆變器和電網之間形成有效的隔離狀態，同時合理、科學地應用逆變器接地技術。首先，在電氣隔離方面通常應的是變壓器。其次，基于三相輸出光伏發電系統當中，有必要根據國際電工委員會給出的相關規定，優化選取接地方式。此外，對于用電設備外殼則經保護線和接地點金屬性連接。

二、光伏并網發電系統中逆變器的控制方法分析

在上述分析過程中，認識到在光伏并網發電系統中逆變器的設計需滿足各方面的要求，實際上光伏陣列和用戶對逆變器均存在不同的要求。在這樣的條件下，通過逆變器的設計，便需要掌握逆變器的控制方法。具體控制方法如下：

（一）控制總體思路

對于光伏逆變器來說，在并網運行過程中需滿足一些必要的條件，主要包括：其一，輸出電壓和電網電壓需確保頻率、相位以及幅值均保持一致;其二，輸出電流和電網電壓之間在頻率、相位（功率因數為1）均保持一致;其三，輸出需與電網的電能質量要求相滿足。而上述條件要想得到有效滿足，便需要確保逆變器的控制策略的優化及先進性。從總體思路上分析，在控制光伏并網逆變器過程中，會劃分為兩大步驟：（1）獲取系統功率點，也就是光伏陣列工作點;（2）使光伏逆變系統對電網的跟蹤得到有效實現;并且，為使光伏逆變器能夠安全可靠地在并網狀態運行，系統需擁有防范孤島效應的檢測功能、保護功能以及控制功能等。

（二）光伏陣列工作點控制策略

對于光伏陣列工作點來說，其控制的方法通常有兩種：（1）恒電壓控制方法，指的是把光伏陣列端電壓穩定在某一個值的方法，進一步將系統功率點加以確立。這種方法的主要優勢為控制簡單，且能夠確保系統具備很好的穩定性。然而，也存在一些不足，即：在溫度發生比較大的變化的情況下，恒電壓控制條件下的光伏陣列工作點會與最大功率點發生偏離。（2）MPPT控制方法，指的是經實時對系統進行改變的工作狀態，對陣列的最大工作點進行跟蹤，進一步使系統的最大功率輸出得到有效實現。這屬于一類自主尋優的方法，具備優良的動態性能，然而在穩定性方面和恒電壓控制方法相比較為不足。應用MPPT方法過程中，通常會采取干擾觀察、電導增量的方式進行;現狀在研究MPPT方法過程中，主要體現在簡單以及高穩定性的控制算法實現方法，比如：模糊邏輯控制以及神經元網絡控制等，都有能夠得到不錯的跟蹤控制效果[4]。

（三）逆變器跟蹤電網控制策略

電網跟蹤控制屬于逆變系統控制的主要工作，這會對系統的輸出電能質量以及運行效果產生直接性的影響。對于光伏并網逆變器來說，是在PWM逆變的基礎上實現的，因此逆變器的控制歸類為逆變器PWM電流控制方法。在PWM非線性控制方法方面，傳統模式下會采取瞬時比較方法和三角波比較方法。其中，瞬時比較方法存在補償電流誤差不穩定的問題;三角波比較方法則在硬件方面顯得復雜，存在偏大的跟隨誤差，同時在放大器的增益方面也存在局限性，電流響應和瞬時比較方法相比更緩慢。從現狀來看，以載波周期為基礎的閉環電流控制方優勢更為突出，以無差拍PWM技術為例，該技術把目標誤差在下一個控制周期內徹底處理，使穩態無靜差效果得到有效實現;這種方法具備固定的開關頻率，同時在動態響應方面的速度較快，在光伏并網數字控制中適用[5]。

三、結語

通過本文的探究，認識到光伏并網發電系統中逆變器的設計非常重要，由于逆變器屬于光伏并網發電系統的一大關鍵部件，為確保光伏并網發電系統的安全，在設計過程中便需要滿足電網的需求、光伏陣列的需要以及用戶的需求等。在優化設計逆變器的基礎上，還有必要注重對逆變器的控制，從光伏陣列工作點控制、逆變器跟蹤電網控制等方面加以完善。相信從以上方面做好，光伏并網發電系統中逆變器的設計與控制均能夠得到有效優化，進一步為光伏并網發電系統運行的可靠性及安全性的提高奠定堅實的基礎。

參考文獻

[1]王青林，陳宏濤.光伏發電并網系統逆變器瞬時值控制方案的仿真研究[J].山東工業技術，2019，10：169-170.

[2]秦天像，楊天虎，任小勇.基于DSP控制的光伏發電逆變并網鎖相環設計[J].工業儀表與自動化裝置，2020，04：125-128.