并网发电光伏逆变器的设计
中心议题：
- 小型光伏并网电站应具备的性能
- 正弦波电压型逆变器的实现
- 要求逆变器输出正弦波电流
- 要求逆变器在负载和日照变化幅度较大的情况下均能高效运行
- 要求逆变器能使光伏阵列工作在最大功率点
- 要求逆变器具有体积小、可靠性高等特点
- 要求在市电断电状况下逆变器在有日照时能够单独供电
光伏电站并网运行，对逆变器提出了较高的要求。这些要求如下：
①要求逆变器输出正弦波电流。光伏电站回馈给公用电网的电力，必须满足电网规定的指标，如逆变器的输出电流不能含有直流分量、逆变器输出电流的高次谐波必须尽量减少、不能对电网造成谐波污染等。
②要求逆变器在负载和日照变化幅度较大的情况下均能高效运行。光伏电站的能量来自太阳能，而日照强度随气候而变化，这就要求逆变器能在不同的日照条件下均能高效运行。
③要求逆变器能使光伏阵列工作在最大功率点。太阳能电池的输出功率与日照、温度、负载的变化有关，即其输出特性具有非线性特性。这就要逆变器具有最大功率跟踪功能，即不论日照、温度等如何变化，都能通过逆变器的自动调节实现阵列的最佳运行。
④要求逆变器具有体积小、可靠性高等特点。对于家用的光伏电站，其逆变器通常安装在室内或壁挂于墙上，因此对其体积、重量均有限制。另外，对整机的可靠性也提出较高的要求。由于太阳能电池的寿命均在20年以上，因此其配套设备的寿命也必须与其相当。
⑤要求在市电断电状况下逆变器在有日照时能够单独供电。
2正弦波电压型逆变器的实现
光伏发电并网运行时的电路原理如图2所示。Up为逆变器输出电压，Uu为电网电压，R为线路电阻，L为串联电抗器，Iz则为回馈电网的电流。为保证回馈功率因数为1，回馈电流的相位必须与电网电压的相位一致。以电网电压Uu为参考，则Iz与Uu同相位，其矢量图如图3所示。内阻R两端的电压UR与电网电压相位一致，而电抗器两端电压UL的相位则落后于UR90º.由此可以求得UP的相位和幅值：
其中ω为公用电网角频率。实际电路中，Uu的相位、周期和幅值由电压传感器检测得到。由于在实际系统中R是很难得到的，因此回馈电流Iz的相位必须采用电流负反馈来实现，回馈电流Iz的相位角的参考相位即为公用电网相
位。用电流互感器随时检测Iz，确保Iz与电网电压相位一致，以实现功率因数为1的回馈发电。
这就给逆变应用场合提供了很多便利。微处理器主要完成电网、相位实时检测、电流相位反馈控制、光伏阵列最大功率跟踪以及实时正弦波脉宽调制信号发生，其工作过程如下：公用电网的电压和相位经过霍尔电压传感器送给微处理器的A/D转换器，微处理器将回馈电流的相位与公用电网的电压相位作比较，其误差信号通过PID调节后送给PWM脉宽调制器，这就完成了功率因数为1的电能回馈过程。微处理器完成的另一项主要工作是实现光伏阵列的最大功率输出。光伏阵列的输出电压和电流分别由电压、电流传感器检测并相乘，得到阵列输出功率，然后调节PWM输出占空比。这个占空比的调节实质上就是调节回馈电压大小，从而实现最大功率寻优。
从图3可以得知，当Up的幅值变化时，回馈电流与电网电压之间的相位角φ也将有一定的变化。由于电流相位已实现了反馈控制，因此自然实现了相位与幅值的解耦控制，使微处理器的处理过程更简便。另外，光伏发电并网运行还必须考虑公用电网停电时的工作状况。常规的光伏发电并网系统，在公用电网停电时则停止逆变器工作。若在白天，其实光伏阵列仍能继续发电。
采用16位微处理器和高速IGBT功率模块实现了中、小容量光伏电站的并网发电。本文描述的光伏发电的并网运行逆变器，不仅具有较高的效率和畸变小的输出电流波形，而且在电网断电的情况下能够单独运行，具有一定的推广应用前景。
