|
1、引言
地球表面每年接受太陽輻射能量高達5.4*1024J，若能將其中的十萬分之一轉化為電能，就可以滿足目前全世界的能耗需求，因此，太陽能發(fā)電對緩解日益嚴重的環(huán)境和能源危機具有特別重要的意義，太陽能發(fā)電主要指光伏發(fā)電。據(jù)統(tǒng)計資料顯示，目前光伏發(fā)電系統(tǒng)中，接近99%的安裝容量為并網(wǎng)應用，這是因為并網(wǎng)應用相對獨立光伏系統(tǒng)有成本低和免維護等優(yōu)勢，并網(wǎng)式光伏發(fā)電系統(tǒng)式當今發(fā)展方向，全世界并網(wǎng)式光伏系統(tǒng)年增長率約為25~30%。
并網(wǎng)逆變器作為光伏電池與電網(wǎng)的接口裝置，將光伏電池的電能轉換成交流電能并傳輸?shù)诫娋W(wǎng)上，在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中起著至關重要的作用，現(xiàn)代逆變技術為光伏并網(wǎng)發(fā)電的發(fā)展提供了強有力的技術和理論支持。并網(wǎng)逆變器正朝著高效率、高功率密度、高可靠性、智能化的方向發(fā)展。并網(wǎng)逆變器性能的改進對于提高系統(tǒng)的效率、可靠性，提高系統(tǒng)的壽命、降低成本至關重要。
2、逆變器技術發(fā)展歷程
逆變器技術的發(fā)展始終與功率器件及其控制技術的發(fā)展緊密結合，從開始發(fā)展至今經(jīng)歷了五個階段。第一階段：20世紀50-60年代，晶閘管SCR的誕生為正弦波逆變器的發(fā)展創(chuàng)造了條件;第二階段：20世紀70年代，可關斷晶閘管GTO及雙極型晶體管BJT的問世，使得逆變技術得到發(fā)展和應用;
第三階段：20世紀80年代，功率場效應管、絕緣柵型晶體管、MOS控制晶閘管等功率器件的誕生為逆變器向大容量方向發(fā)展奠定了基礎。
第四階段：20世紀90年代，微電子技術的發(fā)展使新近的控制技術如矢量控制技術、多電平變換技術、重復控制、模糊控制等技術在逆變領域得到了較好的應用，極大的促進了逆變器技術的發(fā)展;
第五階段：21世紀初，逆變技術的發(fā)展隨著電力電子技術、微電子技術和現(xiàn)代控制理論的進步不斷改進，逆變技術正朝著高頻化、高效率、高功率密度、高可靠性、智能化的方向發(fā)展。
3、光伏并網(wǎng)逆變器的分類
光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)原理圖如圖1所示，其中圖1(a)為兩級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，圖1(b)為單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。兩級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器只需進行逆變控制，光伏陣列最大功率點跟蹤(MPPT)由前級DC/DC變換器完成，并網(wǎng)逆變器通過控制DC/DC變換器的輸出電壓實現(xiàn)系統(tǒng)功率平衡，并網(wǎng)逆變器控制的任務是保證輸出電流與電網(wǎng)電壓頻率、相位完全一致;單級式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器要同時完成MPPT和并網(wǎng)電流控制的任務，即保證光伏陣列輸出功率最大化的前提下控制并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓同頻同相。
光伏并網(wǎng)逆變器可以按照拓撲結構、隔離方式、輸出相數(shù)、功率等級、功率流向等進行分類。按照拓撲結構分類，目前采用的拓撲結構包括：全橋逆變拓撲、半橋逆變拓撲、多電平逆變拓撲、推挽逆變拓撲、正激逆變拓撲、反激逆變拓撲等，其中高壓大功率光伏并網(wǎng)逆變器可采用多電平逆變拓撲，中等功率光伏并網(wǎng)逆變器多采用全橋、半橋逆變拓撲，小功率光伏并網(wǎng)逆變器采用正激、反激逆變拓撲。
按照隔離方式分類包括包括隔離式和非隔離式兩類，其中隔離式并網(wǎng)逆變器又分為工頻變壓器隔離方式和高頻變壓器隔離方式，光伏并網(wǎng)逆變器發(fā)展之初多采用工頻變壓器隔離的方式，但由于其體積、重量、成本方面的明顯缺陷，近年來高頻變壓器隔離方式的并網(wǎng)逆變器發(fā)展較快，非隔離式并網(wǎng)逆變器以其高效率、控制簡單等優(yōu)勢也逐漸獲得認可，目前已經(jīng)在歐洲開始推廣應用，但需要解決可靠性、共模電流等關鍵問題。
按照輸出相數(shù)可以分為單相和三相并網(wǎng)逆變器兩類，中小功率場合一般多采用單相方式，大功率場合多采用三相并網(wǎng)逆變器。按照功率等級進行分類，可分為功率小于1kVA的小功率并網(wǎng)逆變器，功率等級1kVA~50kVA的中等功率并網(wǎng)逆變器和50kVA以上的大功率并網(wǎng)逆變器。從光伏并網(wǎng)逆變器發(fā)展至今，發(fā)展最為成熟的屬于中等功率的并網(wǎng)逆變器，目前已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化批量生產(chǎn)，技術趨于成熟，光伏并網(wǎng)逆變器未來的發(fā)展將是小功率微逆變器也即光伏模塊集成逆變器和大功率并網(wǎng)逆變器兩個方向并行。微逆變器在光伏建筑集成發(fā)電系統(tǒng)、城市居民發(fā)電系統(tǒng)、中小規(guī)模光伏電站有其獨特的優(yōu)勢，大功率光伏并網(wǎng)逆變器在大規(guī)模光伏電站，如沙漠光伏電站，等系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢。
按照功率流向進行分類，分為單方向功率流并網(wǎng)逆變器和雙方向功率流并網(wǎng)逆變器兩類，單向功率流并網(wǎng)逆變器僅用作并網(wǎng)發(fā)電，雙向功率流并網(wǎng)逆變器除可用作并網(wǎng)發(fā)電外，還能用作整流器，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量和負載功率因素，近幾年雙向功率流并網(wǎng)逆變器開始獲得關注，是未來的發(fā)展方向之一。未來的光伏并網(wǎng)逆變器將集并網(wǎng)發(fā)電、無功補償、有源濾波等功能與一身，在白天有陽光時實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，夜晚用電時實現(xiàn)無功補償、有源濾波等功能。
縱觀光伏并網(wǎng)逆變器的發(fā)展歷程，高頻化、小型化、智能化、模塊化將是其主要發(fā)展方向之一，未來最具發(fā)展前景和發(fā)展?jié)摿Φ墓夥⒕W(wǎng)逆變器當屬微逆變器(光伏模塊集成逆變器)，因為其具有突出的發(fā)電效率高、模塊化生產(chǎn)、系統(tǒng)擴展靈活、易于集成等突出優(yōu)勢，據(jù)研究報道，采用微逆變器技術可以在現(xiàn)有技術的基礎上，使光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率提升5%~25%，美國Enphase公司的Microinverter和美國國家半導體的Solarmagic技術獲得了業(yè)界的廣泛關注，國內(nèi)英偉力(Involar)新能源公司推出的微逆變器產(chǎn)品也成為了業(yè)界的一大亮點。
|
