光伏发电逆变技术的发展趋势及其解决方案

中心议题：
    *  光伏发电逆变技术国内、外的现状及发展趋势综述
    *  高压、大容量逆变器的关键技术

摘要
本论文综合阐述了光伏发电逆变技术国内、外的现状及发展趋势，并针对目前我国采 用低压、小容量并网运行的逆变技术导致逆变器数量多、系统结构复杂的现状，介绍了一种高压、 大容量逆变器的逆变技术。

1  光伏发电逆变技术国内、外的现状及发展趋势综述

1.1  综述
20 世纪 70 年代以来，两次石油危机、当前严 重的环境污染以及气候变暖峰会的强烈呼吁，迫使人们更加努力寻找和开发新能源。对于污染及耗能大户 ——电力工业，也面临巨大的挑战。光伏发电 作为可再生的替代能源发电，在世界范围内受到高 度重视且发展迅速。目前，光伏发电作为常规能源 的补充，无论从解决电力耗能问题上，还是从环境 保护战略上都具有重大的战略意义。

在国内，政府先后出台《可再生能源法》及其 相关实施细 则等政策来 扶持光伏等新能源产业发展。 2009 年，随着 "金太阳"工程在全国各省的动工 实施，国内光伏市场将得以长足发展。不仅如此，新能源振兴规划预测，2020 年光伏发电安装量将要 达到 2000 万 kW，《可再生能源中长期发展规划》 是中规定的 10 倍以上。

由此可见，从全世界到国家，光伏发电产业都 将得到大力支持，并得以迅速发展，这必将带动光 伏产业：原材料生产、太阳能电池及组件生产、逆 变器等相关设备制造的配套行业的迅猛发展。光伏 并网逆变器是光伏并网发电系统中核心部件，其主 要功能是将太阳能电池板发出的直流电逆变成交流 电，并送入电网。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。

1.2 国外逆变器的研究现状
国外低压并网逆变器已经是较为成熟的市场产品 ，在欧洲光伏专用逆变市场中就有SMA，Sputnik 和西门子等众多的公司具有市场化的产品，高压并网逆变装置 SMA、 西门子等公司现已形成市 场产品。

SMA 公司的光伏并网逆变器目前有三大类型： SB 组串逆变器， SMC 小集中型逆变器，以及 2008 年研制成功 1MW SC 并网逆变器。SB 产品系列可以 将几台逆变器光伏组件输入端并接的 ST 技术以及低输入电压 LV 技术，可满足不同的应用要求。 SMC 产品系列采用集成直流负荷断路开关 ESS，较为简 单而又安全地断开光伏组件与逆变器； 具有三相功率 平衡功能，确保并网时的三相平衡。SC 并网逆变器 使用的电源系统可靠性高，微处理技术较为先进。

1.3 国内逆变器的研究现状
我国光伏发电的起步较晚，光伏系统的相关技 术的研究处于起步阶段，技术水平相对国外还有一 定差距。针对大型光伏发电系统的核心部分兆瓦级 并网逆变器，北京索英电气技术有限公司、安徽合 肥阳光电源有限公司等单位在这一方面进行了相关 的研究。

目前，北京索英电气技术有限公司主要是 SEE 系列逆变器分为单相和三相太阳能并网逆变器。此 系列产品容量范围从 10－ 100kW，采用日本的智能 功率模块 IPM 作为主回路功率器件，运用该公司并 网控制技术，具有结构较为简单、效率高、性能优 良。但是应用于大型光伏电站则需要低压变压器来 解决，从长远来看，不利于大型光伏发电降低系统发电成本。

国内光伏逆变器领域的生产是一个弱项，光伏 逆变器产业整体水平较低，中国最大的光伏系统提 供 商 —— 中 盛 光 电 采 购 的 光 伏 逆 变 器 多 采 用 西 门 子、SMA 等外资企业。这样导致大型光伏系统的造 价升高、依赖性强，从而制约了并网型光伏系统在 国内市场的发展和推广。

1.4 逆变技术发展趋势
随着光伏发电的迅速发展，对光伏发电提出了 新的要求，需要大规模的并网发电，与电网连接同 步运行。并网逆变器作为光伏发电的核心，对其要 求也越来越高。

首先，要求逆变器输出的电量和电网电量保持 同步，在相位、频率上严格一致，逆变器的功率因 数近于 1 。其次，满足电网电能质量的要求，逆变 器应输出失真度小的正弦波。第三，具有对孤岛检 测的功能，防止孤岛效应的发生，避免对用电设备 和人身造成伤害。第四，为了保证电网和逆变器安 装可靠运行，两者之间的有效隔离及接地技术也非 常重要。

主要技术发展趋势如下：
（ 1）结构发展趋势
过去逆变器的结构由工频变压器结构的光伏逆 变器转化多转换级带高频变压器的逆变结构，功率 密度大大提高， 但也导致了逆变器的电路结构复杂， 可靠性降低。现阶段的光伏并网逆变器普遍采用了 串级型，经过反复研究表明：逆变器采用多串级逆 变结构，融合了串级的设计灵活、高能量输出与集 中型低成本的优点，是今后光伏并网逆变结构的一 种发展趋势。
（ 2）控制策略发展趋势 光伏并网发电系统中的逆变器需要对电流和功 率进行控制，逆变器输出电流主要采用各种优化的 PWM 控制策略。
对光伏阵列工作点跟踪控制主要有：恒电压控制策略和 MPPT 光伏阵列功率点控制策略。

现代控制理论中许多先进算法也被应用到光伏 逆变系统的控制中，如人工神经网络、自适应、滑 模变结构、模糊控制等。将来光伏并网系统的综合 控制成为其研究发展的新趋势。基于瞬时无功理论 的无功与谐波电流补偿控制，使得光伏并网系统既 可以向电网提供有功功率，又可以实现电网无功和 谐波电流补偿。 这对逆变器跟踪电网控制的实时性、 动态特性要求更高。