光伏并网发电系统中逆变器的设计与控制方法

胡明坤

摘要：能源问题是世界性问题，我国是资源生产大国，同时也是能源消耗大国，其中我国对于电能的消耗巨大，而对于光伏发电来说，则具备多方面的优势。但要想使光伏发电的价值作用得到有效体现，还有必要注重逆变器的设计。本课题分为两个重点论述：光伏并网发电系统中逆变器的设计分析;光伏并网发电系统中逆变器的控制方法分析。其目的是为光伏并网发电系统经济效益的提高提供一些具有价值的参考建议。

关键词：光伏并网发电系统;逆变器;设计;控制方法

一、光伏并网发电系统中逆变器的设计分析

逆变器是光伏并网发电系统的一大关键部件，为了确保光伏并网发电系统的可靠性及安全性，有必要对其中的逆变器优化设计。下面将从多个环节对逆变器的设计进行分析：

设计需满足电网的需求

在基于光伏并网发电系统中逆变器的设计，需确保逆变器和电网保持连接关系，并使电网电能质量的要求得到有效满足，同时使孤岛效应的产生得到有效避免，此外还需要确保能够安全隔离接地。

（1）从光伏并网发电系统角度考虑，需避免对公共电网造成污染;这就要求逆变器在并网输出时能够向电网馈入失真度小的正弦波电流。通常情况下，逆变器的开关频率对波形的失真度有较大影响，频率越高，经过滤波器后输出电流更接近标准的正弦波。基于DSP的数控逆变系统当中，能够将光伏并网发发电系统逆变器的开关频率提高，使输出电流正弦度得到有效提升。

（2）根据相关协议以及标准，并网逆变器需要拥有防孤岛效应的作用，在形成孤岛效应时，能够通过电网频率或电网电压判断产生孤岛，在规定的时间内逆变器保护而并停止输出。孤岛效应指的是，在电网供电发生中断，光伏并网发电系统仍在运行，并且与本地负载连接处于独立运行状态，这种现象被称为孤岛效应。从技术层面而言，要想使孤岛效应得到有效防范，需加强检测电网断电的情况。

（3）要想使电网以及逆变器在运行过程中的可靠性及安全性得到有效保障，需确保逆变器和电网之间形成有效的隔离状态，同时合理、科学地应用逆变器接地技术。首先，在电气隔离方面通常应的是变压器。其次，基于三相输出光伏发电系统当中，有必要根据国际电工委员会给出的相关规定，优化选取接地方式。此外，对于用电设备外壳则经保护线和接地点金属性连接。

二、光伏并网发电系统中逆变器的控制方法分析

在上述分析过程中，认识到在光伏并网发电系统中逆变器的设计需满足各方面的要求，实际上光伏阵列和用户对逆变器均存在不同的要求。在这样的条件下，通过逆变器的设计，便需要掌握逆变器的控制方法。具体控制方法如下：

（一）控制总体思路

对于光伏逆变器来说，在并网运行过程中需满足一些必要的条件，主要包括：其一，输出电压和电网电压需确保频率、相位以及幅值均保持一致;其二，输出电流和电网电压之间在频率、相位（功率因数为1）均保持一致;其三，输出需与电网的电能质量要求相满足。而上述条件要想得到有效满足，便需要确保逆变器的控制策略的优化及先进性。从总体思路上分析，在控制光伏并网逆变器过程中，会划分为两大步骤：（1）获取系统功率点，也就是光伏阵列工作点;（2）使光伏逆变系统对电网的跟踪得到有效实现;并且，为使光伏逆变器能够安全可靠地在并网状态运行，系统需拥有防范孤岛效应的检测功能、保护功能以及控制功能等。

（二）光伏阵列工作点控制策略

对于光伏阵列工作点来说，其控制的方法通常有两种：（1）恒电压控制方法，指的是把光伏陣列端电压稳定在某一个值的方法，进一步将系统功率点加以确立。这种方法的主要优势为控制简单，且能够确保系统具备很好的稳定性。然而，也存在一些不足，即：在温度发生比较大的变化的情况下，恒电压控制条件下的光伏阵列工作点会与最大功率点发生偏离。（2）MPPT控制方法，指的是经实时对系统进行改变的工作状态，对阵列的最大工作点进行跟踪，进一步使系统的最大功率输出得到有效实现。这属于一类自主寻优的方法，具备优良的动态性能，然而在稳定性方面和恒电压控制方法相比较为不足。应用MPPT方法过程中，通常会采取干扰观察、电导增量的方式进行;现状在研究MPPT方法过程中，主要体现在简单以及高稳定性的控制算法实现方法，比如：模糊逻辑控制以及神经元网络控制等，都有能够得到不错的跟踪控制效果[4]。

（三）逆变器跟踪电网控制策略

电网跟踪控制属于逆变系统控制的主要工作，这会对系统的输出电能质量以及运行效果产生直接性的影响。对于光伏并网逆变器来说，是在PWM逆变的基础上实现的，因此逆变器的控制归类为逆变器PWM电流控制方法。在PWM非线性控制方法方面，传统模式下会采取瞬时比较方法和三角波比较方法。其中，瞬时比较方法存在补偿电流误差不稳定的问题;三角波比较方法则在硬件方面显得复杂，存在偏大的跟随误差，同时在放大器的增益方面也存在局限性，电流响应和瞬时比较方法相比更缓慢。从现状来看，以载波周期为基础的闭环电流控制方优势更为突出，以无差拍PWM技术为例，该技术把目标误差在下一个控制周期内彻底处理，使稳态无静差效果得到有效实现;这种方法具备固定的开关频率，同时在动态响应方面的速度较快，在光伏并网数字控制中适用[5]。

三、结语

通过本文的探究，认识到光伏并网发电系统中逆变器的设计非常重要，由于逆变器属于光伏并网发电系统的一大关键部件，为确保光伏并网发电系统的安全，在设计过程中便需要满足电网的需求、光伏阵列的需要以及用户的需求等。在优化设计逆变器的基础上，还有必要注重对逆变器的控制，从光伏阵列工作点控制、逆变器跟踪电网控制等方面加以完善。相信从以上方面做好，光伏并网发电系统中逆变器的设计与控制均能够得到有效优化，进一步为光伏并网发电系统运行的可靠性及安全性的提高奠定坚实的基础。

参考文献

[1]王青林，陈宏涛.光伏发电并网系统逆变器瞬时值控制方案的仿真研究[J].山东工业技术，2019，10：169-170.

[2]秦天像，杨天虎，任小勇.基于DSP控制的光伏发电逆变并网锁相环设计[J].工业仪表与自动化装置，2020，04：125-128.