太阳能光伏并网发电的系统分析及其发展动向概要.docx

太阳能光伏并网发电的系统分析及其发展动向 摘 要 本文从太阳能发电分类入手，重点阐述了光伏发电的系统结构、逆变器原理、并网机制等，对整个并网发电系统做了比较全面的分析，同时对产业发展现状及趋势也作出了简要介绍。 关键词 光伏发电 逆变器 并网 产业预测 一、太阳能光伏发电系统概述 太阳能是取之不尽、用之不竭的能源，在其发电的过程中，不会给空气带来污染，不破坏生态，是一种清洁安全的能源，因此太阳能发电产业完全可称得上朝阳产业。 太阳能发电分光热发电和光伏发电。光伏发电又分为光伏并网发电系统和独立光伏发电系统。并网运行的光伏发电系统，要求逆变器具有同电网连接的功能，并网型光伏发电系统的优点是可以省去蓄电池，而将电网作为自己的储能单元。独立运行的光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置，它主要用于无电网的边远地区及人口分散地区。由于必须有蓄电池储能装置，所以整个系统的造价偏高。 电力公司 INVERTER DC SOLAR ENERGY SOLAR MODULE 用电负载 图 1 光伏并网发电系统示意图 其中，图 1 示出了光伏并网发电的系统结构，可以看出光伏并网发电系统由光伏组件、并网逆变器、计量装置及配电系统组成。太阳能能量通过光伏组件转化为直流电力，再通过并网型逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流，一部分给当地负荷供电，剩余电力馈入电网。 二、并网发电系统中的汇流装置与逆变器 1、直流汇流装置 通常情况下，为了减少光伏组件与逆变器之间连接线，方便维护，提高可靠 性，一般需要在光伏组件与逆变器之间增加直流汇流装置。采用光伏汇流箱，可以 根据逆变器输入的直流电压范围，把一定数量的规格相同的光伏组件串联组成 1 个 光伏组件串列，再将若干个串列接入光伏阵列防雷汇流箱（如图 2 所示）进行汇 流，通过防雷器与断路器后输出，方便了后级逆变器的接入 [1] 。对于大型光伏并 网发电系统，一级汇流装置不能满足高压的需要，通常要串级几级的汇流装置，然 后将汇流输出接入逆变器。 太阳电池串列 1+太阳电池串列 2+太阳电池串列 3+太阳电池串列 4+太阳电池 串列 5+太阳电池串列 6+ + 太阳电池串列 1-太阳电池串列 2-太阳电池串列 3-太阳电池串列 4-太阳电池串 列 5-太阳电池串列 6- - 图 2 汇流装置结构示意图 2、逆变器结构解析 图 3 示出三相交流逆变器的电路结构图 [1] 。三相电路适用于大功率、高压场 合，由汇流输出得到的直流电压首先由断路器隔离保护，经过直流滤波得到平稳的 直流电压，然后经由三相全桥电路进行逆变，逆变后的交流电需要滤波去除高次谐 波成分，得到规则的交流正弦波。三相变压器起到改变电压和隔离的作用，即改变 二次侧的输出电压以达到电网所需，同时隔离一次侧和二次侧的电气联系，防止电 网端对逆变器的电流冲击，通常此变压器也叫隔离变压器。交流接触器起到保护和 控制作用，当并网信号来临时，接触器闭合，连通回路。逆变侧交流断路器和直流 断路器一样起断路保护作用。由于三相逆变装置通常用于中高压场合中，需要在交流输出端加上防雷器接地保护。 交流主接触器 三相全桥 IGBT 主功率电路 图 3 三相交流逆变电路结构 3、在应用中对逆变器的要求 [2] 要求具有较高的效率，由于目前太阳电池的价格偏高，为了最大限度地利用太阳电池，提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率；同时要求具有较高的可靠性；在中、大容量的光伏发电系统中，逆变电源的输出应为失真度较小的正弦波。4、逆变电路的控制方案 光伏逆变器的核心部分是全桥逆变电路，全桥逆变电路可以利用功率晶体管调节输出脉冲宽度，输出交流电压的有效值即随之改变。其主电路需要专门有控制电路来实现，常用的是正弦波控制方式，采用 PWM 和 SPWM 技术已经比较成熟，控制方案可采用嵌入式系统， 如单片机系统或 DSP 系统开发。 5、逆变器主电路功率器件的选择 逆变器的主功率元件的选择至关重要。常用功率器件有场效应管 MOSFET ），绝缘栅晶体管（ IGBT ）和可关断晶闸管（ GTO ）等。在小容量低压系统中使用较多的器件为 MOSFET ，在高压大容量系统中采用 IGBT 模块， 而在特大容量（ 1000kV A 以上）系统中，一般均采用 GTO 作为功率元件。 三、逆变器输出并网机理 1、并网要求 逆变器输出并网必须满足一定的条件，即对输出电压的同步度和谐波需满足 ： （ 1）并网同步要求 光伏并网发电系统正常工作时，输出电压的相位、频率必须与电网电压同步， 电压的幅值必须跟踪电网电压幅值，具体并网同步参数见表 1。 表 1 系统并网同步参数要求 容量 /kVA0 — 500500—10000 频率差 /Hz 0.30.20.1