中心议题：小型光伏并网电站应具备的性能正弦波电压型逆变器的实现

解决方案：要求逆变器输出正弦波电流要求逆变器在负载和日照变化幅度较大的情况下均能高效运行要求逆变器能使光伏阵列工作在最大功率点要求逆变器具有体积小、可靠性高等特点要求在市电断电状况下逆变器在有日照时能够单独供电

1小型光伏并网电站应具备的性能光伏电站并网运行，对逆变器提出了较高的要求。这些要求如下：①要求逆变器输出正弦波电流。光伏电站回馈给公用电网的电力，必须满足电网规定的指标，如逆变器的输出电流不能含有直流分量、逆变器输出电流的高次谐波必须尽量减少、不能对电网造成谐波污染等。②要求逆变器在负载和日照变化幅度较大的情况下均能高效运行。光伏电站的能量来自太阳能，而日照强度随气候而变化，这就要求逆变器能在不同的日照条件下均能高效运行。③要求逆变器能使光伏阵列工作在最大功率点。太阳能电池的输出功率与日照、温度、负载的变化有关，即其输出特性具有非线性特性。这就要逆变器具有最大功率跟踪功能，即不论日照、温度等如何变化，都能通过逆变器的自动调节实现阵列的最佳运行。④要求逆变器具有体积小、可靠性高等特点。对于家用的光伏电站，其逆变器通常安装在室内或壁挂于墙上，因此对其体积、重量均有。另外，对整机的可靠性也提出较高的要求。由于太阳能电池的寿命均在20年以上，因此其配套设备的寿命也必须与其相当。⑤要求在市电断电状况下逆变器在有日照时能够单独供电。2正弦波电压型逆变器的实现光伏发电并网运行时的电路原理。Up为逆变器输出电压，Uu为电网电压，R为线路电阻，L为串联电抗器，Iz则为回馈电网的电流。为保证回馈功率因数为1，回馈电流的相位必须与电网电压的相位一致。以电网电压Uu为参考，则Iz与Uu同相位，其矢量图。内阻R两端的电压UR与电网电压相位一致，而电抗器两端电压UL的相位则落后于UR90º.由此可以求得UP的相位和幅值：其中ω为公用电网角频率。实际电路中，Uu的相位、周期和幅值由电压传感器检测得到。由于在实际系统中R是很难得到的，因此回馈电流Iz的相位必须采用电流负反馈来实现，回馈电流Iz的相位角的参考相位即为公用电网相位。用电流互感器随时检测Iz，确保Iz与电网电压相位一致，以实现功率因数为1的回馈发电。

实用的光伏发电并网运行专用逆变器结构。逆变器主电路功率管采用IGBT，容量为50A、600V，型号为2MBI50N-060。隔离驱动电路采用东芝公司生产的TLP250。逆变器的

控制部分由微处理器完成。主控芯片采用INTEL公司最新推出的逆变或电机驱动专用16位微处理器87C196MC,该芯片除了具有16位运算指令外，还具有专用的脉宽调制(PWM)输出口，包括一个10位A/D转换器、一个事件处理阵列、两个16位定时器和一个三相波形发生器。三相波形发生器的每相均能输出两路死区时间可以设定的PWM信号。这就给逆变应用场合提供了很多便利。微处理器主要完成电网、相位实时检测、电流相位反馈控制、光伏阵列最大功率跟踪以及实时正弦波脉宽调制信号发生，其工作过程如下：公用电网的电压和相位经过霍尔电压传感器送给微处理器的A/D转换器，微处理器将回馈电流的相位与公用电网的电压相位作比较，其误差信号通过PID调节后送给PWM脉宽调制器，这就完成了功率因数为1的电能回馈过程。微处理器完成的另一项主要工作是实现光伏阵列的最大功率输出。光伏阵列的输出电压和电流分别由电压、电流传感器检测并相乘，得到阵列输出功率，然后调节PWM输出占空比。这个占空比的调节实质上就是调节回馈电压大小，从而实现最大功率寻优。从图3可以得知，当Up的幅值变化时，回馈电流与电网电压之间的相位角φ也将有一定的变化。由于电流相位已实现了反馈控制，因此自然实现了相位与幅值的解耦控制，使微处理器的处理过程更简便。另外，光伏发电并网运行还必须考虑公用电网停电时的工作状况。常规的光伏发电并网系统，在公用电网停电时则停止逆变器工作。若在白天，其实光伏阵列仍能继续发电。

其工作原理如下：当公用电网断电时，电网侧相当于短路状态，此时并网运行的逆变器将由于过载而自动保护。当微处理器检测过载时，除封锁SPWM信号外,还将断开继电器RE，此时若光伏阵列有能量输出，逆变器将在单独运行状态下运行。单独运行时控制相对简单，即为交流电压的负反馈状态，微处理器通过检测逆变器输出电压并与参考电压（通常为220V）比较，然后控制PWM输出占空比，实现逆变和稳压运行。当然，单独运行的前提是光伏阵列在当时能够提供足够的功率。若负载太大或日照条件较差，则逆变器无法输出足够的功率，光伏阵列的端电压即会下降，从而使输出交流电压降低而进入低压保护状态。当电网恢复供电时，将自动切换至回馈状态。采用16位微处理器和高速IGBT功率模块实现了中、小容量光伏电站的并网发电。本文描述的光伏发电的并网运行逆变器，不仅具有较高的效率和畸变小的输出电流波形，而且在电网断电的情况下能够单独运行，具有一定的推广应用前景。下载本文