光伏分布式发电中的逆变系统设计

1 光伏发电的现状和发展

2013 年的国内外市场显示，中国光伏产业目前正遭受欧美“双反”与国内产能严重过剩的双重考验。人们不禁担心，中国的光伏产业的春天是否已经一去不复返了。实际上，这仅仅是光伏产业的产能过剩，并不能因此看衰整个光伏产业。

2013 年光伏需求将会同比增长7%,达31GW.中国将首次超过德国变成最大光伏市场。而亚洲也将变成需求最旺盛的大陆。中日印三国需求将占到全球需求的36%.2013 年又将成为另外一个转型之年，光伏业将适应后欧洲市场的疲软。目前，光伏产业的总体趋势在走下坡路，而其中电站开发环节的趋势是上升的，2013 年必将迎来光伏发电电站建设的一个春天。

当前我国政策鼓励方向是分布式光伏发电。分布式光伏发电是指区别于集中式光伏发电的建设方法，一般建在用户侧，所生产电力主要自用。具有容量小、电压等级低、接近负荷、对电网影响小等特点，可以应用在工业厂房、公共建筑以及居民屋顶上。分布式光伏发电充分利用了太阳能广泛存在的特点，并且避免了集中建设的场地限制因素，具有建设灵活的特点。

2 光伏发电的基本原理

2.1 光伏发电的类别

光伏发电一般按照与电力系统的关系分类，可以分为独立光伏发电和并网光伏发电。独立光伏发电不与电力系统连接在一起，独立于整个系统，发出的直流、交流电直接供给负载。而并网光伏发电则像发电站一样，可以向电网输送有功、无功的电能。

2.2 独立光伏发电的基本原理

独立光伏发电系统由太阳能电池阵列、蓄电池、逆变器组件、控制器和负载(直流负载和交流负载)组成。因为太阳能电池产生的电能为直流，但是由于光照强度实时变化，太阳能电池输出的电压也不稳定，这时也需要蓄电池来起到一个滤波的作用，将太阳能电池产生的电压稳定在蓄电池的电压值上，在另外一种意义上，用蓄电池也有储能的作用，可以将过剩的电能储存起来供在光照强度较低的时候使用。如果是直流负载就可以直接接在蓄电池上工作，如果是交流负载，那么需要经过逆变器的DC-AC 变换，将直流电变成交流电，供给交流负载。

2.3 并网光伏发电的基本原理

独立光伏发电系统由太阳能电池阵列、蓄电池、逆变器组件、控制器和负载组成。因为需要将光伏发出来的电回馈给电网，这就需要将直流电转换为电网要求的220V、50HZ 的交流电，并且在相同相位的情况下并网，像电网供电。

无论是独立光伏发电系统还是并网光伏发电系统，逆变系统对于交流负载和并网发电都是必不可少的，接下来我们主要就光伏分布发电中的逆变系统的相关设计进行研究。

3 光伏发电逆变系统设计

3.1 光伏发电逆变系统的组成

光伏发电系统主要由太阳能电池、主回路、控制电路和负载组成。主回路主要包括DC/DC 电路、DC/AC 电路、滤波器组件。下面主要对于主回路部分的设计做介绍，其中包括主回路的拓扑结构进行分析，介绍一下全桥逆变电路的工作原理以及逆变器模块的选型，以及相关保护的设计。

3.2 光伏发电逆变系统的拓扑结构

通常单相电压型逆变器主要分为推挽式、半桥和全桥逆变电路三种。这三种方式根据其不同的特点应用于不同的场合。

推挽式逆变电路的电路结构比较简单，如图3-1 所示。其上电路只需要两个晶闸管，基极驱动电路不需要隔离，驱动电路比较简单，但是晶闸管需要承受2 倍的线路峰值电压，所以适合于低输入电压的场合应用。

同时变压器存在偏磁现象，初级绕组有中心抽头，流过的电流有效值和铜耗较大，初级绕阻两部分应紧密藕合，绕制工艺复杂。因为推挽式逆变电路对于晶闸管的耐压要求比较高，不适合作为光伏发电的逆变系统主回路。

相比于推挽式逆变电路，单相半桥式逆变电路中所使用的晶闸管的耐压要求就相对较低，不会有线电压峰值2 倍这么多，绝对不会超过线电压峰值。其逆变出来的波形也相对推挽式比较接近于正弦波，所以滤波的要求也相对较低。由于晶闸管的饱和压降减小到了最小，所以不是最重要的影响因素之一。但是由于半桥式逆变电路的结构决定其集电极电流在晶闸管导通时会增加一倍，使得在晶闸管选型的过程中，要考虑大电流、承受高压的情况，就难免会因为其价格昂贵，所以不适合作为光伏发电的逆变系统主回路。

全桥式逆变电路就是介于推挽式和半桥式之间，兼顾其各自优点的一种逆变电路。其既有推挽式电路的电流性质，也有半桥式电路的电压性质，其结构详见图3-3 所示。全桥式电路可以使得晶闸管期间达到最大输出功率，而且其逆变出来的波形更加接近于正弦波。所以，这次这次光伏发电的逆变系统主回路选用了全桥式逆变电路。

其中VT1-VT4 为晶闸管，V