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摘 要：太阳能作为当今最理想环保的能源之一，已经得到了人类越来越广泛的应用。本文以光伏并网发电系统为研究对象，以最大限度利用太阳能、无污染回馈电网为主要目标，开展了光伏并网发电系统的理论研究，具有重要的现实意义。光伏并网逆变器是光伏并网发电系统中必不可少的设备之一，其效率的高低、可靠性的好坏将直接影响整个光伏发电系统的性能和投资。因此本文主要研究适用于并网型光伏发电系统的逆变器。
关键词：光伏并网发电系统，逆变器，系统方案
中图分类号：U665.12文献标识码： A 文章编号
1并网逆变器的选择
1）并网逆变器结构的选择
光伏并网逆变器按控制方式分类，可分为电压源电压控制、电压源电流控制、电流源电压控制、电流源电流控制四种方式。以电流源为输入的逆变器，直流侧需要串联一大电感提供较稳定的直流电流输入，但由于此大电感往往会导致系统动态响应差，因此当前并网逆变器普遍采用以电压源输入为主的方式。
按照输入直流电源的性质，可以将逆变器分为电流型逆变器和电压型逆变器，结构。
本文设计的光伏并网逆变器采用电压源输入、电流源输出的控制方式，即电压型逆变器。采用电压型逆变主电路，可以同时实现有源滤波和无功补偿的控制，在实际中已经得到了广泛的研究和应用，可以有效的进行光伏发电、提高供电质量和减少功率损耗，而且可以节省相应设备的投资。
2）并网逆变器回路方式的选择
逆变器的主电路结构按照输出的绝缘形式分为：工频变压器绝缘方式、高频变压器绝缘方式、无变压器方式3种。
①工频变压器绝缘方式采用一级DC／AC主电路，在输出端接工频变压器并网。
②高频变压器绝缘方式是通过两级变换实现并网逆变。
③无变压器方式是只采用一级DC／AC变换直接并网。
2并网逆变器控制策略的选择
要成功实现并网，使光伏并网逆变器在工作时的功率因数接近于1，即要求输出电流为正弦波且与电网电压同频同相，输出电流的控制方式一般有两种：电流滞环瞬时控制方式和固定开关频率控制方式。
1）电流滞环瞬时控制方式
电流滞环瞬时控制方式采用双闭环结构，其外环是电压反馈控制环，内环是电流控制环。这种方式中，滞环的宽度对电流的跟踪性能有较大的影响。当滞环宽度较大时，开关频率较低，对开关器件的开关频率要求不高，但跟踪误差较大，输出电流中的高次谐波含量较大；当滞环宽度较小时，跟踪误差较小，器件的开关频率提高，对器件的开关频率要求较高。
2）固定开关频率控制方式
固定开关频率控制方式在保留电流跟踪的动态性能好的基础上，克服了滞环控制的开关频率不固定的缺点。该方法中逆变器开关器件的工作频率等于三角波载波频率，因此它的工作频率是固定的。由于载波频率固定，因此逆变器输出谐波是固定的，滤波器设计相对于电流滞环瞬时控制方式控制简单，控制效果较好。
3）改进型固定开关频率控制方式
改进型固定开关频率电流控制方式保留了原来控制策略的优点，同时电流的跟踪误差显著减小。通过调整电源电压的比例系数来减小直至消除电源电压对电流跟踪偏差的影响，从而显著改善了逆变器中电流跟踪控制的性能。
3系统的总体方案
经过方案的比较论证，本文决定采用无变压器的两级结构，即前级的DC／DC变换器和后级的DC／AC逆变器，两部分通过DClink连接。系统的控制部分由以TMS320F2812为核心的控制单元完成。光伏并网发电系统的结构图如下图所示。
图1光伏并网发电系统的结构图
前级DC／DC变换器，可选择的形式有降压式变换电路(Buck Converter)，升压式变換电路(BoostConverter)，升降压式变换电路(BoostBuck Converter)，库克式变换电路(Cuk Converter)等。
由于Buck电路的输入工作在断续状态下，若不加入储能电容，光伏阵列的工作时断时续，不能工作在最佳工作状态，加入了储能电容后，Buck电路功率开关断开时光伏阵列对储能电容充电，使太阳能电池始终处于发电状态，此时调节Buck电路占空比才能有效跟踪最大功率点，因此储能电容对于利用Buck电路实现MPPT功能是必不可少的，然而在大负荷情况下，储能电容始终处于大电流充放电的状态，对其可靠工作不利，同时由于储能电容通常为电解电容，增大了MPPT装置的体积，使整个系统变得笨重。此外，后级DC／AC电路为了能得到正常的输入工作电压，前级的输出电压不能太低，而光伏阵列的电压随着日照等因素变动较大，其输出电压低时若通过Buck电路降压，则逆变器无法工作，所以不采用Buck电路。相比之下，Boost变换器可以始终工作在输入电流连续的状态下，只要输入电感足够大，电感上的纹波电流小到接近平滑的直流电流，因此只需加入通量较小的无感电容甚至不加电容，避免了加电容带来的弊端。Boost电路简单，功率开关器件的驱动设计方便，因此，选用Boost升压电路。
光伏并网发电系统主电路的拓扑结构图如图2所示。
图2系统主电路的拓扑结构
光伏阵列输出的额定直流电压为50--180V之间，通过DC／DC变换器转换为DC-link的直流电。后级的DC／AC逆变器，采用逆变全桥，作用是将DC-link直流电转换为220V／50Hz的正弦交流电，实现逆变向电网输送功率。DC-link的作用除了连接DC／DC变换器和DC／AC逆变器，还实现了功率的传递。
关键词：光伏并网发电系统，逆变器，系统方案
中图分类号：U665.12文献标识码： A 文章编号
1并网逆变器的选择
1）并网逆变器结构的选择
光伏并网逆变器按控制方式分类，可分为电压源电压控制、电压源电流控制、电流源电压控制、电流源电流控制四种方式。以电流源为输入的逆变器，直流侧需要串联一大电感提供较稳定的直流电流输入，但由于此大电感往往会导致系统动态响应差，因此当前并网逆变器普遍采用以电压源输入为主的方式。
按照输入直流电源的性质，可以将逆变器分为电流型逆变器和电压型逆变器，结构。
本文设计的光伏并网逆变器采用电压源输入、电流源输出的控制方式，即电压型逆变器。采用电压型逆变主电路，可以同时实现有源滤波和无功补偿的控制，在实际中已经得到了广泛的研究和应用，可以有效的进行光伏发电、提高供电质量和减少功率损耗，而且可以节省相应设备的投资。
2）并网逆变器回路方式的选择
逆变器的主电路结构按照输出的绝缘形式分为：工频变压器绝缘方式、高频变压器绝缘方式、无变压器方式3种。
①工频变压器绝缘方式采用一级DC／AC主电路，在输出端接工频变压器并网。
②高频变压器绝缘方式是通过两级变换实现并网逆变。
③无变压器方式是只采用一级DC／AC变换直接并网。
2并网逆变器控制策略的选择
要成功实现并网，使光伏并网逆变器在工作时的功率因数接近于1，即要求输出电流为正弦波且与电网电压同频同相，输出电流的控制方式一般有两种：电流滞环瞬时控制方式和固定开关频率控制方式。
1）电流滞环瞬时控制方式
电流滞环瞬时控制方式采用双闭环结构，其外环是电压反馈控制环，内环是电流控制环。这种方式中，滞环的宽度对电流的跟踪性能有较大的影响。当滞环宽度较大时，开关频率较低，对开关器件的开关频率要求不高，但跟踪误差较大，输出电流中的高次谐波含量较大；当滞环宽度较小时，跟踪误差较小，器件的开关频率提高，对器件的开关频率要求较高。
2）固定开关频率控制方式
固定开关频率控制方式在保留电流跟踪的动态性能好的基础上，克服了滞环控制的开关频率不固定的缺点。该方法中逆变器开关器件的工作频率等于三角波载波频率，因此它的工作频率是固定的。由于载波频率固定，因此逆变器输出谐波是固定的，滤波器设计相对于电流滞环瞬时控制方式控制简单，控制效果较好。
3）改进型固定开关频率控制方式
改进型固定开关频率电流控制方式保留了原来控制策略的优点，同时电流的跟踪误差显著减小。通过调整电源电压的比例系数来减小直至消除电源电压对电流跟踪偏差的影响，从而显著改善了逆变器中电流跟踪控制的性能。
3系统的总体方案
经过方案的比较论证，本文决定采用无变压器的两级结构，即前级的DC／DC变换器和后级的DC／AC逆变器，两部分通过DClink连接。系统的控制部分由以TMS320F2812为核心的控制单元完成。光伏并网发电系统的结构图如下图所示。
图1光伏并网发电系统的结构图
前级DC／DC变换器，可选择的形式有降压式变换电路(Buck Converter)，升压式变換电路(BoostConverter)，升降压式变换电路(BoostBuck Converter)，库克式变换电路(Cuk Converter)等。
由于Buck电路的输入工作在断续状态下，若不加入储能电容，光伏阵列的工作时断时续，不能工作在最佳工作状态，加入了储能电容后，Buck电路功率开关断开时光伏阵列对储能电容充电，使太阳能电池始终处于发电状态，此时调节Buck电路占空比才能有效跟踪最大功率点，因此储能电容对于利用Buck电路实现MPPT功能是必不可少的，然而在大负荷情况下，储能电容始终处于大电流充放电的状态，对其可靠工作不利，同时由于储能电容通常为电解电容，增大了MPPT装置的体积，使整个系统变得笨重。此外，后级DC／AC电路为了能得到正常的输入工作电压，前级的输出电压不能太低，而光伏阵列的电压随着日照等因素变动较大，其输出电压低时若通过Buck电路降压，则逆变器无法工作，所以不采用Buck电路。相比之下，Boost变换器可以始终工作在输入电流连续的状态下，只要输入电感足够大，电感上的纹波电流小到接近平滑的直流电流，因此只需加入通量较小的无感电容甚至不加电容，避免了加电容带来的弊端。Boost电路简单，功率开关器件的驱动设计方便，因此，选用Boost升压电路。
光伏并网发电系统主电路的拓扑结构图如图2所示。
图2系统主电路的拓扑结构
光伏阵列输出的额定直流电压为50--180V之间，通过DC／DC变换器转换为DC-link的直流电。后级的DC／AC逆变器，采用逆变全桥，作用是将DC-link直流电转换为220V／50Hz的正弦交流电，实现逆变向电网输送功率。DC-link的作用除了连接DC／DC变换器和DC／AC逆变器，还实现了功率的传递。