單相逆變器電路設(shè)計(jì)及仿真研究 文獻(xiàn)綜述

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1、單相逆變器電路設(shè)計(jì)及仿真研究前言：隨著能源消費(fèi)的增長(zhǎng)、日益惡化的生態(tài)環(huán)境和人類環(huán)保意識(shí)的提高，世界各國(guó)都在積極尋找一種可持續(xù)發(fā)展且無(wú)污染的新能源。太陽(yáng)能作為一種高效無(wú)污染的綠色新能源，一種未來(lái)常規(guī)能源的替代品，尤其受到人們的重視。太陽(yáng)能的直接應(yīng)用主要有光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和光化學(xué)轉(zhuǎn)換三種形式，光電轉(zhuǎn)換即光伏技術(shù)是最有發(fā)展前途的一種。太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電是太陽(yáng)能光伏利用的主要發(fā)展趨勢(shì)，必將得到快速的發(fā)展。在并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器是系統(tǒng)中最末一級(jí)或唯一一級(jí)能量變換裝置，其效率的高低，可靠性的好壞，將直接影響整個(gè)并網(wǎng)型系統(tǒng)的性能和投資。因此，逆變器已成為影響光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行的

2、關(guān)鍵因素。本文將對(duì)光伏并網(wǎng)單相逆變器進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真，通過(guò)對(duì)比不同的單相逆變器電路的逆變效果，確定其各自的適用條件。主題：自20世紀(jì)50年代太陽(yáng)能電池的空間應(yīng)用到如今的太陽(yáng)能光伏集成建筑，世界光伏工業(yè)已經(jīng)走過(guò)了近半個(gè)世紀(jì)的歷史。在世界各國(guó)尤其是美、日、德等發(fā)達(dá)國(guó)家先后發(fā)起的大規(guī)模國(guó)家光伏發(fā)展計(jì)劃和太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃的刺激和推動(dòng)下，光伏工業(yè)近幾年保持著年均30%以上的高速增長(zhǎng)。其中，以光伏集成建筑為核心的光伏并網(wǎng)發(fā)電市場(chǎng)己經(jīng)超過(guò)離網(wǎng)應(yīng)用，近幾年的增長(zhǎng)速度都在40%以上，成為世界光伏工業(yè)的最主要發(fā)動(dòng)機(jī)。并網(wǎng)光伏發(fā)電已經(jīng)成為光伏發(fā)電領(lǐng)域研究和發(fā)展的最新亮點(diǎn)。并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心為并網(wǎng)型逆變器。

3、并網(wǎng)型逆變器是影響和決定整個(gè)系統(tǒng)是否能夠穩(wěn)定、安全、可靠、高效地運(yùn)行的一個(gè)主要因素，同時(shí)也是影響整個(gè)系統(tǒng)使用壽命的主要因素。國(guó)外并網(wǎng)型逆變器已經(jīng)是一種比較成熟的市場(chǎng)產(chǎn)品，例如在歐洲光伏專用逆變器市場(chǎng)中就有SMA,Fronius,Sputnik,SunPower和西門子等眾多的公司具有市場(chǎng)化的產(chǎn)品，其中SMA在歐洲市場(chǎng)中占有的50%的份額。除歐洲外，美國(guó)、加拿大、澳大利亞、新西蘭以及亞洲的日本在并網(wǎng)型逆變器方面也都己經(jīng)產(chǎn)品化。以SMA和西門子為例介紹目前光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)用逆變器的發(fā)展情況。SMA光伏并網(wǎng)逆變器目前具有三大系列產(chǎn)品:支路逆變器、集中逆變器和多支路逆變器，其中以SWR和SB

4、兩個(gè)系列應(yīng)用最為廣泛。該產(chǎn)品具有如下特點(diǎn):高效率、高功率因數(shù)、低THD;測(cè)量數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)通過(guò)總線傳輸至PC機(jī):多臺(tái)逆變器可以任意組合構(gòu)建系統(tǒng)，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)便、擴(kuò)展更加方便。多支路逆變器是SMA最新推出的產(chǎn)品，該產(chǎn)品采用最大功率跟蹤和并網(wǎng)逆變兩級(jí)能量變換結(jié)構(gòu)，多個(gè)不同支路共用同一個(gè)逆變環(huán)節(jié)，中間設(shè)置有內(nèi)部直流母線，可以使系統(tǒng)的靈活性大為提高;輸出端無(wú)工頻變壓器隔離，采用最新的電網(wǎng)阻抗檢測(cè)和交、直流剩余電流檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)有效保護(hù)。與SMA相比較，西門子并網(wǎng)光伏逆變器則采用主從式構(gòu)建系統(tǒng)，由主逆變器和若干個(gè)從逆變器來(lái)組建用戶要求容量的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，靈活性和系統(tǒng)擴(kuò)展等均沒(méi)有SMA的強(qiáng)。西門

5、子SITOPSolar主要分為隔離和非隔離兩種支路逆變器，兩級(jí)能量變換，最大功率跟蹤和逆變部分集成在一個(gè)機(jī)箱內(nèi);功率因數(shù)高;基本單級(jí)式并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)用逆變器的研究數(shù)據(jù)本地集中顯示;實(shí)時(shí)發(fā)電電能顯示;除SMA和西門子外，美國(guó)的Xantrex的SunTieXR系列并網(wǎng)逆變器也是根據(jù)光伏市場(chǎng)需要推出的產(chǎn)品，系列覆蓋了中、大功率范圍，也可將多臺(tái)中功率的逆變器并聯(lián)構(gòu)成系統(tǒng)。綜上所述，目前國(guó)外光伏并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品的研發(fā)主要集中在最大功率跟蹤和逆變環(huán)節(jié)集成的單級(jí)能量變換上，功率主要為幾百瓦到五千瓦的范圍，控制電路主要采用數(shù)字控制，注重系統(tǒng)的安全性、可靠性和擴(kuò)展性，均具有各種完善的保護(hù)電路。由于我

6、國(guó)光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電技術(shù)的研究仍然處于起步階段，技術(shù)水平相對(duì)國(guó)外還有一定差距。就并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心技術(shù)并網(wǎng)型逆變器而言，合肥工業(yè)大學(xué)能源研究所、燕山大學(xué)、上海交通大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院電工研究所等科研單位和大學(xué)在這一方面進(jìn)行了相關(guān)的研究，并且在“九五”、“十五”期間，國(guó)家科技部投入相當(dāng)數(shù)額的經(jīng)費(fèi)進(jìn)行開(kāi)發(fā)工作。除此之外，北京索英電氣技術(shù)有限公司和合肥陽(yáng)光電源有限公司也在推出了適合并網(wǎng)光伏系統(tǒng)用的逆變器。北京索英電氣技術(shù)有限公司的三相光伏并網(wǎng)逆變器，采用日本的智能功率模塊IPM作為主回路功率器件，運(yùn)用該公司先進(jìn)的并網(wǎng)控制技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、性能優(yōu)良、電磁干擾小和安全可靠等優(yōu)

7、點(diǎn)。多項(xiàng)先進(jìn)的并網(wǎng)發(fā)電控制技術(shù)，保證向電網(wǎng)優(yōu)質(zhì)送電，還能夠追蹤太陽(yáng)能電池板的最大功率點(diǎn)，檢測(cè)電網(wǎng)的狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)供電質(zhì)量的調(diào)節(jié)。合肥陽(yáng)光的正弦波并網(wǎng)充放電裝置雖不是專門為并網(wǎng)光伏設(shè)計(jì)，但是也可應(yīng)用在并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中。從這兩種成熟的市場(chǎng)產(chǎn)品可以看出，國(guó)內(nèi)對(duì)并網(wǎng)光伏逆變器的研究比較多的采用最大功率跟蹤和逆變部分相分離的兩級(jí)能量變換結(jié)構(gòu)，而且市場(chǎng)產(chǎn)品的種類還相對(duì)單一，系統(tǒng)構(gòu)建死板。并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)在我國(guó)還沒(méi)有真正地投入商業(yè)化運(yùn)行的應(yīng)用，目前所建并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)