光伏逆变器的设计与优化

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浅谈光伏逆变器的优化方法

作者：宋彦 袁耀辉

来源：《中国高新技术企业》2015年第19期

摘要：太阳能发电技术日趋成熟，在能源危机的前提下，光伏发电也越来越得到各国重视。文章对传统光伏逆变器进行分析，对其提出了可能实施的优化方法，从而提升光伏系统的整体效率。通过对各个原理部件以及控制方式的研究来完善PV发电系统，希望对光伏逆变器以及光伏发电产业的进步能起到一定的推动作用。

关键词：太阳能发电技术；光伏逆变器；光伏系统；光伏发电产业；绿色能源 文献标识码：A

中图分类号：TM615 文章编号：1009-2374（2015）19-0050-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.19.024

1 概述

为了追求迅猛的经济发展，环保问题往往被放于第二位，随着温室效应的日益加重以及雾霾天气的日渐频繁，世界各国开始关注环境问题，如何高效地利用能源，减少能源利用中产生的污染物，成了世界关注的焦点。能源问题一直是世界各国关注的焦点问题，由于常规能源的不可恢复性，人类终有一天需要面临能源枯竭的难题，于是各种可再生能源应运而生。其中太阳能以其丰富的储量和清洁性得到了广泛的推广，而利用太阳能发电便是其中之一。太阳能发电我们一般称之为光伏发电（PV），它是利用太阳能电池将光能转换为电能。随着科学技术的不断进步，PV发电有望成为最具发展前景的电能源供应技术。半导体是PV发电的主要原材料，它在太阳的照射下能产生电压，通过合理的设计组合就可以达到将太阳的光能转化为电能量，然而，转化的效率并不高，大概在20%左右，这是光伏发电难以普及的原因之一，但是巨大的太阳能储量多少弥补了太阳能发电的这一缺陷。

2 光伏系统

光伏发电系统的一般组成包括太阳能电池组件、直接交流转换器、系统控制器、交流升压装置以及负载等，如图1所示。太阳能电池组件一般是由多组太阳能电池板构成，它作为光伏电站的发电源泉相当于水电站的水库一样，由于太阳能的利用率较低，因此，太阳能电池组件数量多、占地面积广。太阳能的利用先开始于太空领域，工作环境优越，可以在光照下满功率运行，但是在地球上需要考虑到天气影响以及大气层对光能的削减，使得太阳能电池无法满功率运行，所以在地球上建设光伏系统需要结合地理位置、气温、光照日等因素，并且在通过DC/AC转换后才能并入电网。

Ｖｏ１．３７　Ｎｏ１　Ｆｅｂ．２０１３　湖　北　电　力　笙　！鲞笙　塑　２０１３年２月　

基于ＤＳＰ的光伏发电并网逆变器的优化控制研究　

樊立攀　，吴铁洲　，康　毅　，周　然　，熊　健　

（１．湖北工业大学电气与电子工程学院，湖北武汉４３００６８；　２．三峡大学电气与新能源学院，湖北宜昌４４３００２）　［摘　要］　文章研究的太阳能光伏发电并网全桥逆变器使用一种电流内环、电压外环的双闭环调　

节器下的重复控制综合优化策略，采用负载电流解耦的内环电感电流反馈和状态反馈解耦控制方法，以　

多功能ＥＧ８０１０数字化芯片为控制核心。文章设计了该逆变器的全部电路，仿真表明该逆变器输出电　压波形质量好，动态响应快，抗干扰能力强。　［关键词］　光伏发电并网；全桥逆变器；双环重复控制　

［中图分类号］ＴＭ６１５，ＴＭ４６４　［文献标识码］Ａ　［文章编号］１００６—３９８６（２０１３）０１—００３１－０３　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　０ｐｔｉｍａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ＤＳＰ－－ｂａｓｅｄ　Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　Ｇｒｉｄ．．ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　Ｉｎｖｅｒｔｅｒ　

ＦＡＮ　Ｌｉ—ｐａｎ　，ＷＵ　Ｔｉｅ—ｚｈｏｕ　，ＫＡＮＧ　Ｙｉ　，ＺＨＯＵ　Ｒａｎ　，ＸＩＯＮＧ　Ｊｉａｎ　

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｂｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００６８，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｎｅｗ　Ｅｎｅｒｇｙ，Ｃｈｉｎａ　Ｔｈｒｅｅ　Ｇｏｒｇｅｓ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｎｇｃｈａｎｇ　Ｈｕｂｅｉ　４４３００２，Ｃｈｉｎａ）　［－Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｇｒｉｄ——ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｓｉｎｇｌｅ——ｐｈａｓｅ　ｆｕｌｌ——ｂｒｉｄｇｅ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ　ｉｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｕｎ——　

第15

卷第1

期

电

源

学

报 V+1.15 9+.1

2017

年 1

月 Journal

〇; Power Supply

Jan. 2017

D01

：10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.159

中图分类号：TM464

文献标志码：A

光伏并网逆变器的LCL

滤波器效率优化

高成海\万健如\李江"

，吕海英"

，孙强2

(1.

天津大学电气与自动化工程学院，天津300072#2.

西门子电气传动有限公司，天津300384)

摘要：为了提高光伏发电系统的并网效率，降低并网谐波，根据模拟滤波器的理论和设计方法，指出LCL

滤

波器的优势所在。结合逆变器应用详细介绍了 LCL

滤波器主要参数的设计优化方法，对滤波器主要器件的损

耗计算和效率优化做了量化分析。将滤波器与实际300 kW

光伏逆变器连接试验，仿真和试验结果验证了设计

的正确性，根据实验结果绘制的负载-

效率曲线在50%

负载和100%

负载时滤波器电能转换效率均在99%

之上，

电流总谐波畸变率THD

在100%

负载时小于1%

，均大大优于各国际、国内标准和技术规范的要求。

关键词：并网；LCL

滤波器；设计；效率;优化

Efficiency Optimization of LCL Filter for Grid-connected

Photovoltaic Inverter

GAO Chenghai1, WAN Jianru1, LI Jiang2, LYU Haiying2, SUN Qiang2

(1. School of Electrical Engineering and Automation, Tianjin University, Tianjin 300072,China;

2. Siemens Electrical Drives Ltd., Tianjin 300384, China)

Abstract

： In order to improve the power efficiency and reduce the harmonic of grid-connected photovoltaic (PV)

２０１１年第２期（总第６５期）　钰ｉ夏与　稚　ＥＮＥＲＧＹ　ＡＮＤ　ＥＮＥＲＧＹ　ＣＯＮＳＥＲＶＡＴ１０Ｎ　２０１１年２月　

墓　纛誊　

光伏并网逆变器的设计与控制　

潘　龙　

（江苏龙腾工程设计有限公司，江苏　宜兴２１４２０６）　摘要：　光伏并网发电具有广泛的应用前景，叙述了并网逆变器在光伏并网发电中所起的作用以及不同逆变器的特点，　指出，光伏并网逆变器的技术关键在于对电流和功率的控制。　关键词：　光伏发电；逆变器；拓扑结构；控制策略　中图分类号：ＴＭ６ｌ５　文献标识码：Ａ　文章编号：２０９５－０８０２一（２０１１）０２－００８３－０３　

Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ＰＶ　Ｇｒｉｄ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ　

ＰＡＮ　Ｌｏｎｆｌ　（Ｌｏｎｇｔｅｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｙｉｘｉｎ　２１４２０６，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰＶ　ｐｏｗｅｒ　ｈａｓ　ｂｒｏａｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ＰＶ　Ｇｒｉｄ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ　ｈａｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐａｒｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ＰＶ　ｐｏｗｅｒ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ　ｈａｓ　ｄｉｆｆｅｒ－　ｅｎｔ　ｆｅａｔｕｒｅｓ，ｉｔｓ　ｋｅｙ　ｉｓ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＰＶ　ｐｏｗｅｒ；ｉｎｖｅｒｔｅｒ；ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｔｒａｔｅｇｙ　

０　引言　

随着经济社会的不断高速发展，人类对能源的需　

求在不断增长。由于不可再生资源的日益紧张及人们　对环境保护的重视，开发利用新能源越来越受到人们　

的重视。电力系统正面临着巨大的变革，其中，光伏发　电以其环保、可持续等独特的优点，被公认为最具技术　

含量和发展前景的技术之一。逆变技术是光伏发电并　网的关键技术，并网逆变器作为太阳能电池与电网的　

接口装置，在新能源的开发和利用中有着至关重要的　作用，直接影响着光伏并网发电系统的经济性、可靠　性。因此，提高逆变器的性能、开关频率及功率密度便