太陽能光伏發電是一種將太陽光輻射能直接轉換為電能的新型(xíng)發電技術,太陽光輻射能經過(guò)太陽能電池(chí)轉換為電能,再(zài)經能量儲存、控製與(yǔ)保護、能量(liàng)變換等環節,使之可按人們的需要向負載提供直流電能或交流電(diàn)能。太陽能電池陣列所發出的電能為直(zhí)流電,但是大多數用電設備采用的是交流供電方式(shì),所以係統中需要有逆變器將直流電變換為交流電(diàn)以供負載(zǎi)使用。
在(zài)光伏(fú)發電係統中,逆變器的效率將直接影響(xiǎng)到整個係統(tǒng)的(de)效率,因此,太陽能光伏發電係統逆變器的控製技術具有重要的研究意義(yì)。在逆變器的設計中(zhōng),通常采用模(mó)擬控製(zhì)方法,然而(ér),模擬控製係統中存(cún)在很多缺陷,如(rú)元器(qì)件的老化及溫漂效應,對(duì)電磁幹擾較(jiào)為敏感,使(shǐ)用的元器(qì)件數目較多等。
典型的模擬PWM逆變器控製係統采用自然采樣法(fǎ)將正弦調製波與三角(jiǎo)載波(bō)比較,從而控製觸發脈衝,但三角波發生(shēng)電路在高頻(20kHz)時容易(yì)被溫(wēn)度、器件特性(xìng)等因素(sù)幹擾,從而導致輸(shū)出電壓中(zhōng)出現直流偏移,諧波含量增加,死區時間變化等不利影響。高速數字信號處(chù)理器(DSP)的發展使太陽能光伏發電係統中逆變器的(de)數字化控製成為可能。因其大部分(fèn)指令可在一個指令(lìng)周期(qī)內完成,因此可以實現較為複雜(zá)的(de)先進的控製算法,進一步改善輸出波形的(de)動態性能、穩態性能,並且(qiě)可以簡化整個係統(tǒng)的設計,使係統具有良好的一致性。
逆變器是一種功率電子電路,能把太陽能電池陣列發出的直流電轉換為交(jiāo)流電(diàn)為交流負載供電,是整個太陽能發電係統的關鍵組件。光伏逆變器有兩個(gè)基本功能:一(yī)方麵是為完成DC/AC轉換為交流負載提(tí)供電能(néng),另一方麵是找出最佳的(de)工作點(diǎn)以優(yōu)化太陽能光伏係統的效率。對於特定的太陽光輻射、溫度(dù)及太陽能電池類型(xíng),太陽能光伏係統都(dōu)相應有唯一的最佳電(diàn)壓及電流,從而使光伏發電係統(tǒng)發出最大功率的電能。因此,在太陽能光伏發電係統中對逆變器提出以下基本要求:
1)逆變器要具有合理的電路結(jié)構,嚴格的元器件篩選,並(bìng)要求逆(nì)變器具(jù)備各種保護功(gōng)能,如輸入直流極性接反保護,交流輸(shū)出短路保護,過熱,過載保護等。
2)具有較寬的直流輸入電壓適(shì)應範圍(wéi),由於太陽能太陽能電池(chí)陣列的(de)端電壓隨負載和日照強(qiáng)度而變化,蓄電池雖然對太陽能電(diàn)池(chí)的電壓具有鉗位作用,但(dàn)由於蓄電池的(de)電壓隨蓄電池剩餘(yú)容量和內阻的變化而波(bō)動,特別是當蓄電池老化時其端(duān)電壓的變化範圍很大,如12V蓄電池(chí),其端電壓可在10V~16V之間變化,這就要求逆變器必須在較寬的直(zhí)流輸入電壓(yā)範圍內保證正常工作(zuò),並保證(zhèng)交流輸出電壓穩定在負載要求的電壓範圍內。
3)逆變(biàn)器盡量減少電能變換的中間環(huán)節,以節約成本、提高效率。
4)逆變器應具有較高的效率,由於目前太(tài)陽能電池的價格偏高,為了最大限度地利用太陽能電池,提高係統效率,必須提高逆變器的(de)效率。
5)逆(nì)變器應(yīng)具有較高的可靠性,目前太陽能光伏發電係統主要用於邊遠地區,許多太陽能光伏(fú)發電係統無人值守和維(wéi)護。這(zhè)就要求逆變器具有高的可靠性。
6)逆變(biàn)器(qì)的輸出電壓(yā)與國內市電電壓同頻、同幅(fú)值,以適用於通用電器負載。
7)在中、大容量的太陽能光伏發電係統中,逆變器的輸出應為失真(zhēn)度較小(xiǎo)的正(zhèng)弦波。因在中、大(dà)容量係統中,若采用方波供電,輸出將含有(yǒu)較多的諧波(bō)分量,高次諧波將產生附加損耗(hào),許多太陽能光伏(fú)發(fā)電係統的負載為通(tōng)信或儀表設備,這些(xiē)設備對電(diàn)源(yuán)品質有較高(gāo)的要求(qiú)。對於太(tài)陽能光伏發電(diàn)係統的逆變器而言,高(gāo)質量的輸出波形有兩方麵的指標要求(qiú):一是穩態精度高,包括THD值小,基波分量相對參考波形在相位和幅度(dù)上無靜差;二(èr)是動態性能好,即在外界擾動下(xià)調節快,輸出波形變化小。
8)逆變器要具有一定的過載能力,一般能過載125%~150%。當過載150%時,應能持(chí)續30s;當過載125%時,應能持續60s以上。逆變器應在任何負載條(tiáo)件(過載情況(kuàng)除外)和瞬態情況(kuàng)下,都應保證標準的額定正弦輸出。
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