中心議題：
- 小型光伏并網(wǎng)電站應(yīng)具備的性能
- 正弦波電壓型逆變器的實(shí)現(xiàn)
解決方案：
- 要求逆變器輸出正弦波電流
- 要求逆變器在負(fù)載和日照變化幅度較大的情況下均能高效運(yùn)行
- 要求逆變器能使光伏陣列工作在最大功率點(diǎn)
- 要求逆變器具有體積小,、可靠性高等特點(diǎn)
- 要求在市電斷電狀況下逆變器在有日照時(shí)能夠單獨(dú)供電
1小型光伏并網(wǎng)電站應(yīng)具備的性能
光伏電站并網(wǎng)運(yùn)行,，對(duì)逆變器提出了較高的要求,。這些要求如下：
①要求逆變器輸出正弦波電流,。光伏電站回饋給公用電網(wǎng)的電力,，必須滿足電網(wǎng)規(guī)定的指標(biāo)，如逆變器的輸出電流不能含有直流分量,、逆變器輸出電流的高次諧波必須盡量減少,、不能對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染等。
②要求逆變器在負(fù)載和日照變化幅度較大的情況下均能高效運(yùn)行,。光伏電站的能量來自太陽能,，而日照強(qiáng)度隨氣候而變化，這就要求逆變器能在不同的日照條件下均能高效運(yùn)行,。
③要求逆變器能使光伏陣列工作在最大功率點(diǎn),。太陽能電池的輸出功率與日照、溫度,、負(fù)載的變化有關(guān),，即其輸出特性具有非線性特性。這就要逆變器具有最大功率跟蹤功能,，即不論日照,、溫度等如何變化，都能通過逆變器的自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)陣列的最佳運(yùn)行,。
④要求逆變器具有體積小,、可靠性高等特點(diǎn),。對(duì)于家用的光伏電站，其逆變器通常安裝在室內(nèi)或壁掛于墻上,，因此對(duì)其體積,、重量均有限制。另外,，對(duì)整機(jī)的可靠性也提出較高的要求,。由于太陽能電池的壽命均在20年以上，因此其配套設(shè)備的壽命也必須與其相當(dāng),。
⑤要求在市電斷電狀況下逆變器在有日照時(shí)能夠單獨(dú)供電,。
2正弦波電壓型逆變器的實(shí)現(xiàn)
光伏發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的電路原理如圖2所示。Up為逆變器輸出電壓,，Uu為電網(wǎng)電壓,，R為線路電阻，L為串聯(lián)電抗器,，Iz則為回饋電網(wǎng)的電流,。為保證回饋功率因數(shù)為1，回饋電流的相位必須與電網(wǎng)電壓的相位一致,。以電網(wǎng)電壓Uu為參考,，則Iz與Uu同相位，其矢量圖如圖3所示,。內(nèi)阻R兩端的電壓UR與電網(wǎng)電壓相位一致，而電抗器兩端電壓UL的相位則落后于UR90º.由此可以求得UP的相位和幅值：
其中ω為公用電網(wǎng)角頻率,。實(shí)際電路中,，Uu的相位、周期和幅值由電壓傳感器檢測(cè)得到,。由于在實(shí)際系統(tǒng)中R是很難得到的,，因此回饋電流Iz的相位必須采用電流負(fù)反饋來實(shí)現(xiàn)，回饋電流Iz的相位角的參考相位即為公用電網(wǎng)相
位,。用電流互感器隨時(shí)檢測(cè)Iz,，確保Iz與電網(wǎng)電壓相位一致，以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)為1的回饋發(fā)電,。
實(shí)用的光伏發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行專用逆變器結(jié)構(gòu)如圖4所示,。逆變器主電路功率管采用IGBT，容量為50A,、600V,，型號(hào)為2MBI50N-060。隔離驅(qū)動(dòng)電路采用東芝公司生產(chǎn)的TLP250,。逆變器的控制部分由微處理器完成,。主控芯片采用INTEL公司最新推出的逆變或電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用16位微處理器87C196MC,該芯片除了具有16位運(yùn)算指令外,，還具有專用的脈寬調(diào)制(PWM)輸出口，包括一個(gè)10位A/D轉(zhuǎn)換器,、一個(gè)事件處理陣列,、兩個(gè)16位定時(shí)器和一個(gè)三相波形發(fā)生器。三相波形發(fā)生器的每相均能輸出兩路死區(qū)時(shí)間可以設(shè)定的PWM信號(hào),。
這就給逆變應(yīng)用場(chǎng)合提供了很多便利,。微處理器主要完成電網(wǎng)、相位實(shí)時(shí)檢測(cè),、電流相位反饋控制,、光伏陣列最大功率跟蹤以及實(shí)時(shí)正弦波脈寬調(diào)制信號(hào)發(fā)生，其工作過程如下：公用電網(wǎng)的電壓和相位經(jīng)過霍爾電壓傳感器送給微處理器的A/D轉(zhuǎn)換器,，微處理器將回饋電流的相位與公用電網(wǎng)的電壓相位作比較,，其誤差信號(hào)通過PID調(diào)節(jié)后送給PWM脈寬調(diào)制器，這就完成了功率因數(shù)為1的電能回饋過程,。微處理器完成的另一項(xiàng)主要工作是實(shí)現(xiàn)光伏陣列的最大功率輸出,。光伏陣列的輸出電壓和電流分別由電壓、電流傳感器檢測(cè)并相乘,，得到陣列輸出功率,，然后調(diào)節(jié)PWM輸出占空比。這個(gè)占空比的調(diào)節(jié)實(shí)質(zhì)上就是調(diào)節(jié)回饋電壓大小,，從而實(shí)現(xiàn)最大功率尋優(yōu),。
從圖3可以得知，當(dāng)Up的幅值變化時(shí),，回饋電流與電網(wǎng)電壓之間的相位角φ也將有一定的變化,。由于電流相位已實(shí)現(xiàn)了反饋控制，因此自然實(shí)現(xiàn)了相位與幅值的解耦控制,，使微處理器的處理過程更簡(jiǎn)便,。另外，光伏發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行還必須考慮公用電網(wǎng)停電時(shí)的工作狀況,。常規(guī)的光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng),，在公用電網(wǎng)停電時(shí)則停止逆變器工作。若在白天,，其實(shí)光伏陣列仍能繼續(xù)發(fā)電,。
其工作原理如下：當(dāng)公用電網(wǎng)斷電時(shí)，電網(wǎng)側(cè)相當(dāng)于短路狀態(tài),，此時(shí)并網(wǎng)運(yùn)行的逆變器將由于過載而自動(dòng)保護(hù),。當(dāng)微處理器檢測(cè)過載時(shí)，除封鎖SPWM信號(hào)外,還將斷開繼電器RE，此時(shí)若光伏陣列有能量輸出,，逆變器將在單獨(dú)運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行,。單獨(dú)運(yùn)行時(shí)控制相對(duì)簡(jiǎn)單，即為交流電壓的負(fù)反饋狀態(tài),，微處理器通過檢測(cè)逆變器輸出電壓并與參考電壓（通常為220V）比較,，然后控制PWM輸出占空比，實(shí)現(xiàn)逆變和穩(wěn)壓運(yùn)行,。當(dāng)然,，單獨(dú)運(yùn)行的前提是光伏陣列在當(dāng)時(shí)能夠提供足夠的功率。若負(fù)載太大或日照條件較差,，則逆變器無法輸出足夠的功率,，光伏陣列的端電壓即會(huì)下降，從而使輸出交流電壓降低而進(jìn)入低壓保護(hù)狀態(tài),。當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí),，將自動(dòng)切換至回饋狀態(tài)。
采用16位微處理器和高速IGBT功率模塊實(shí)現(xiàn)了中,、小容量光伏電站的并網(wǎng)發(fā)電,。本文描述的光伏發(fā)電的并網(wǎng)運(yùn)行逆變器，不僅具有較高的效率和畸變小的輸出電流波形,，而且在電網(wǎng)斷電的情況下能夠單獨(dú)運(yùn)行,，具有一定的推廣應(yīng)用前景。