作為并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)能量控制和轉(zhuǎn)換核心的光伏并網(wǎng)逆變器將太陽(yáng)能電池組件輸出的直流電轉(zhuǎn)化為符合并網(wǎng)要求的交流電,并將其接入公共電網(wǎng)。其具體的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)眾多,按照輸入側(cè)電源性質(zhì)的要求,可分為電壓源型逆變器和電流源型逆變器,結(jié)構(gòu)如圖1-13所示。
電壓源型逆變器直流側(cè)為電壓源,或并聯(lián)有大電容相當(dāng)于電壓源,直流側(cè)電壓基本無(wú)脈動(dòng);而電流型逆變器直流側(cè)串聯(lián)大電感,相當(dāng)于電流源,直流側(cè)電流基本無(wú)脈動(dòng),但此大電感會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)差,為此目前全球范圍上主流的并網(wǎng)逆變器多采用電壓源型逆變器,這里也就電壓源型逆變器進(jìn)行討論。
根據(jù)有無(wú)隔離變壓,光伏逆變器可分為隔離型和非隔離型,具體分類間表1-1。
表1-1 光伏并網(wǎng)逆變器分類
以下主要以此分類討論不同機(jī)構(gòu)的基本工作方式。
1. 隔離型光伏并網(wǎng)逆變器
在隔離型光伏變網(wǎng)逆變器中,根據(jù)隔離變壓器的工作頻率,將其分為工頻隔離型和高頻隔離型兩類。
(1)工頻隔離型并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)
公平隔離型是在光伏逆變器中最常用的結(jié)構(gòu),也是最早發(fā)展和應(yīng)用市場(chǎng)最廣的光伏逆變結(jié)構(gòu),如圖1-14所示,采用了一級(jí)DC-AC主電路,該電路結(jié)構(gòu)將光伏陣列輸出的直流電,經(jīng)工頻或高頻逆變器轉(zhuǎn)化成50赫茲的交流電能。
再經(jīng)工頻變壓器以及輸入輸出濾波器最終輸入電網(wǎng)。該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔,光伏陣列的直流輸入電壓的匹配范圍廣,且具有雙向功率流、單相功率變換(DC-LFAC)、變換效率高和體積大、質(zhì)量大、音頻造成大的特點(diǎn)。
由于變壓器的隔離作用,一方面能夠保證不會(huì)向電網(wǎng)注入直流側(cè)分量,有效防止配電變壓器的飽和以及對(duì)公共電網(wǎng)的污染;另一方面可以有效地防止當(dāng)人接觸到光伏側(cè)電路時(shí),公共電網(wǎng)通過(guò)電路橋壁對(duì)人體造成傷害,提高了系統(tǒng)的安全性。
工頻隔離并網(wǎng)逆變器可由方波、階梯波合成、脈寬調(diào)制等逆變器來(lái)實(shí)現(xiàn),其拓?fù)鋱D包括推免式、推免正激式、半橋式,全橋式等電路,如圖1-15所示。
工頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器是目前市場(chǎng)上使用較多的光伏逆變器類型,隨著并網(wǎng)逆變器技術(shù)的發(fā)展,在保留工頻逆變器的基礎(chǔ)上,為解決其體積及質(zhì)量大和噪聲大的問(wèn)題,高頻并網(wǎng)逆變器應(yīng)運(yùn)而生。
(2)高頻隔離型并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)
高頻光伏并網(wǎng)逆變器電路中采用了高頻的變壓器,其體積和質(zhì)量小,噪聲低,克服了工頻變壓器的主要缺點(diǎn),電路結(jié)構(gòu)如圖1-16所示。
太陽(yáng)能陣列輸出直流電由高頻變壓器轉(zhuǎn)化為高頻電壓,經(jīng)高頻變壓器隔離、轉(zhuǎn)換、電壓比調(diào)整,再經(jīng)過(guò)高頻交流到低頻交流的變換,將傳輸?shù)牡皖l電流電傳送到電網(wǎng)中。其中高頻交流到低頻交流的變換,可以是高頻整流器和極性反轉(zhuǎn)逆變橋的級(jí)聯(lián),也可以是周波變換器。
高頻光伏并網(wǎng)逆變器的拓?fù)渥灏ㄍ泼馐健⑼泼庹な?、半橋式和全橋式、單管正激式、并?lián)交錯(cuò)單管正激式、雙管正激式、并聯(lián)交錯(cuò)雙管正激式等。以全橋式電路為例分析光伏高頻隔離式并網(wǎng)逆變器的工作原理,如圖1-17所示。
高頻逆變器采用電力晶體管V1~V4,其緩沖電容為C1~C4,極性反轉(zhuǎn)逆變橋采用晶閘管VT1~VT4構(gòu)成的電網(wǎng)環(huán)流逆變器。通過(guò)對(duì)占空比D=ton/T的控制,就可以控制濾波電感電流IL。
電路的工作過(guò)程為:設(shè)電路已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定的工作狀態(tài),當(dāng)功率開(kāi)關(guān)V2、V3導(dǎo)通時(shí),電感Ilf增加,增加斜率為(UiN2/N1-uo)/Lf,由于變壓器漏感L1+L2