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在光伏发电系统中,逆变器的效率将直接影响到整个系统的效率,因此,太阳能光伏发电系统逆变器的控制技术具有重要的研究意义。在逆变器的设计中,通常采用模拟控制方法,然而,模拟控制系统中存在很多缺陷,如元器件的老化及温漂效应,对电磁干扰较为敏感,使用的元器件数目较多等。
典型的模拟PWM逆变器控制系统采用自然采样法将正弦调制波与三角载波比较,从而控制触发脉冲,但三角波发生电路在高频(20kHz)时容易被温度、器件特性等因素干扰,从而导致输出电压中出现直流偏移,谐波含量增加,死区时间变化等不利影响。高速数字信号处理器(DSP)的发展使太阳能光伏发电系统中逆变器的数字化控制成为可能。因其大部分指令可在一个指令周期内完成,因此可以实现较为复杂的先进的控制算法,进一步改善输出波形的动态性能、稳态性能,并且可以简化整个系统的设计,使系统具有良好的一致性。
逆变器是一种功率电子电路,能把太阳能电池阵列发出的直流电转换为交流电为交流负载供电,是整个太阳能发电系统的关键组件。 光伏逆变器有两个基本功能:一方面是为完成DC/AC转换为交流负载提供电能,另一方面是找出最佳的工作点以优化太阳能光伏系统的效率。对于特定的太阳光辐射、温度及太阳能电池类型,太阳能光伏系统都相应有唯一的最佳电压及电流,从而使光伏发电系统发出最大功率的电能。因此,在太阳能光伏发电系统中对逆变器提出以下基本要求:
1)逆变器要具有合理的电路结构,严格的元器件筛选,并要求逆变器具备各种保护功能,如输入直流极性接反保护,交流输出短路保护,过热,过载保护等。
2)具有较宽的直流输入电压适应范围,由于太阳能太阳能电池阵列的端电压随负载和日照强度而变化,蓄电池虽然对太阳能电池的电压具有钳位作用,但由于蓄电池的电压随蓄电池剩余容量和内阻的变化而波动,特别是当蓄电池老化时其端电压的变化范围很大,如12V蓄电池,其端电压可在10V~16V之间变化,这就要求逆变器必须在较宽的直流输入电压范围内保证正常工作,并保证交流输出电压稳定在负载要求的电压范围内。
3)逆变器尽量减少电能变换的中间环节,以节约成本、提高效率。
4)逆变器应具有较高的效率,由于目前太阳能电池的价格偏高,为了最大限度地利用太阳能电池,提高系统效率,必须提高逆变器的效率。
5)逆变器应具有较高的可靠性,目前太阳能光伏发电系统主要用于边远地区,许多太阳能光伏发电系统无人值守和维护。这就要求逆变器具有高的可靠性。
6)逆变器的输出电压与国内市电电压同频、同幅值,以适用于通用电器负载。
7)在中、大容量的太阳能光伏发电系统中,逆变器的输出应为失真度较小的正弦波。因在中、大容量系统中,若采用方波供电,输出将含有较多的谐波分量,高次谐波将产生附加损耗,许多太阳能光伏发电系统的负载为通信或仪表设备,这些设备对电源品质有较高的要求。对于太阳能光伏发电系统的逆变器而言,高质量的输出波形有两方面的指标要求:一是稳态精度高,包括THD值小,基波分量相对参考波形在相位和幅度上无静差;二是动态性能好,即在外界扰动下调节快,输出波形变化小。
8)逆变器要具有一定的过载能力,一般能过载125%~150%。当过载150%时,应能持续30s;当过载125%时,应能持续60s以上。逆变器应在任何负载条件(过载情况除外)和瞬态情况下,都应保证标准的额定正弦输出。