在光伏發(fā)電系統(tǒng)中,逆變器的效率將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的效率,因此,太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器的控制技術(shù)具有重要的研究意義。在逆變器的設(shè)計(jì)中,通常采用模擬控制方法,然而,模擬控制系統(tǒng)中存在很多缺陷,如元器件的老化及溫漂效應(yīng),對電磁干擾較為敏感,使用的元器件數(shù)目較多等。
典型的模擬PWM逆變器控制系統(tǒng)采用自然采樣法將正弦調(diào)制波與三角載波比較,從而控制觸發(fā)脈沖,但三角波發(fā)生電路在高頻(20kHz)時(shí)容易被溫度、器件特性等因素干擾,從而導(dǎo)致輸出電壓中出現(xiàn)直流偏移,諧波含量增加,死區(qū)時(shí)間變化等不利影響。高速數(shù)字信號處理器(DSP)的發(fā)展使太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的數(shù)字化控制成為可能。因其大部分指令可在一個(gè)指令周期內(nèi)完成,因此可以實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜的先進(jìn)的控制算法,進(jìn)一步改善輸出波形的動態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能,并且可以簡化整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),使系統(tǒng)具有良好的一致性。
逆變器是一種功率電子電路,能把太陽能電池陣列發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電為交流負(fù)載供電,是整個(gè)太陽能發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵組件。光伏逆變器有兩個(gè)基本功能:一方面是為完成DC/AC轉(zhuǎn)換為交流負(fù)載提供電能,另一方面是找出最佳的工作點(diǎn)以優(yōu)化太陽能光伏系統(tǒng)的效率。對于特定的太陽光輻射、溫度及太陽能電池類型,太陽能光伏系統(tǒng)都相應(yīng)有唯一的最佳電壓及電流,從而使光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出最大功率的電能。因此,在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中對逆變器提出以下基本要求:
1)逆變器要具有合理的電路結(jié)構(gòu),嚴(yán)格的元器件篩選,并要求逆變器具備各種保護(hù)功能,如輸入直流極性接反保護(hù),交流輸出短路保護(hù),過熱,過載保護(hù)等。
2)具有較寬的直流輸入電壓適應(yīng)范圍,由于太陽能太陽能電池陣列的端電壓隨負(fù)載和日照強(qiáng)度而變化,蓄電池雖然對太陽能電池的電壓具有鉗位作用,但由于蓄電池的電壓隨蓄電池剩余容量和內(nèi)阻的變化而波動,特別是當(dāng)蓄電池老化時(shí)其端電壓的變化范圍很大,如12V蓄電池,其端電壓可在10V~16V之間變化,這就要求逆變器必須在較寬的直流輸入電壓范圍內(nèi)保證正常工作,并保證交流輸出電壓穩(wěn)定在負(fù)載要求的電壓范圍內(nèi)。
3)逆變器盡量減少電能變換的中間環(huán)節(jié),以節(jié)約成本、提高效率。
4)逆變器應(yīng)具有較高的效率,由于目前太陽能電池的價(jià)格偏高,為了最大限度地利用太陽能電池,提高系統(tǒng)效率,必須提高逆變器的效率。
5)逆變器應(yīng)具有較高的可靠性,目前太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要用于邊遠(yuǎn)地區(qū),許多太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)無人值守和維護(hù)。這就要求逆變器具有高的可靠性。
6)逆變器的輸出電壓與國內(nèi)市電電壓同頻、同幅值,以適用于通用電器負(fù)載。
7)在中、大容量的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中,逆變器的輸出應(yīng)為失真度較小的正弦波。因在中、大容量系統(tǒng)中,若采用方波供電,輸出將含有較多的諧波分量,高次諧波將產(chǎn)生附加損耗,許多太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)載為通信或儀表設(shè)備,這些設(shè)備對電源品質(zhì)有較高的要求。對于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器而言,高質(zhì)量的輸出波形有兩方面的指標(biāo)要求:一是穩(wěn)態(tài)精度高,包括THD值小,基波分量相對參考波形在相位和幅度上無靜差;二是動態(tài)性能好,即在外界擾動下調(diào)節(jié)快,輸出波形變化小。
8)逆變器要具有一定的過載能力,一般能過載125%~150%。當(dāng)過載150%時(shí),應(yīng)能持續(xù)30s;當(dāng)過載125%時(shí),應(yīng)能持續(xù)60s以上。逆變器應(yīng)在任何負(fù)載條件(過載情況除外)和瞬態(tài)情況下,都應(yīng)保證標(biāo)準(zhǔn)的額定正弦輸出。