光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的電路優(yōu)化設(shè)計案例 1 1 1 4 6 9 91.1光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)然后產(chǎn)生一個光伏陣列。高直流電壓通過并網(wǎng)逆變器從DC集中到AC,然后將功率饋入電網(wǎng)。集中式結(jié)構(gòu)最常用于1980年代中期，通常用于功率大于10KW差，系統(tǒng)功率失配現(xiàn)象嚴重。PV特性曲線看起來復(fù)雜且多峰，并且單個集中式結(jié)構(gòu)很難實現(xiàn)良好的最大功率點跟蹤(MPPT)。這種結(jié)構(gòu)需要較高線將并網(wǎng)逆變器連接到PV陣列，這不僅降低了安全性，而且增加了成本。系統(tǒng)2、交流模塊式結(jié)構(gòu)。它最早由Kleinkauf教授于20世紀80年代提出，交流交流光伏模塊的功率等級較低，一般在50~400W。在同等功率水平條件下交流模塊式結(jié)構(gòu)圖3、串型結(jié)構(gòu)。如圖所示，串型結(jié)構(gòu)是由光伏組件通過串聯(lián)構(gòu)成光伏陣列來實現(xiàn)的并網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)出現(xiàn)于20世紀90年代中期，集交流模塊式和集中式兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點于一身。串行結(jié)構(gòu)的輸出電壓在150~450V,甚至更高，功去了阻塞二極管，陣列損耗下降；抗熱斑和抗陰影能1.1.2基于多支路結(jié)構(gòu)的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)支路結(jié)構(gòu)是近年來興起的一種新型光伏并網(wǎng)發(fā)電體系結(jié)構(gòu)。它主要由幾個DC/DC轉(zhuǎn)換器和一個DC/AC轉(zhuǎn)換器組成。它主要有并聯(lián)多分支結(jié)構(gòu)和串聯(lián)多分支結(jié)構(gòu)兩種形式，可以提高并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率，減少系統(tǒng)損耗，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。由于多支路結(jié)構(gòu)中的MPPT電路可以獨立存在于每個DC/DC變換器和光伏并且還可以根據(jù)需要來增加DC/DC變換器的數(shù)量直流母線直流母線1.2光伏并網(wǎng)逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)太陽能并網(wǎng)逆變器是一種將太陽能電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)所需的交塊一般選擇DC/DC和DC/AC兩級轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，其中DC/DCSPWM是完成太陽能陣列控制模塊的關(guān)鍵。在最高功率點跟蹤中，DC/AC逆變器電源可完成輸出直流保護類型是太陽能并網(wǎng)逆變器最常見的結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)如圖所示。來自太陽能陣列的直流電源根據(jù)逆變器電源轉(zhuǎn)換為50HZ交流電流能量，然后通過直流變壓器進入電網(wǎng)。功率變壓器還執(zhí)行工作電壓匹配和保護。由于直流保護式太陽能并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)采用工頻變壓器來促進輸入和輸出保護，因此主電源電路和控制電路相對簡單，太陽能電池陣列直流輸入工作電壓的匹配范圍較大。一方面，由于變壓器的保護，可以合理地避免人們觸摸太陽能發(fā)電側(cè)的正負級時，電網(wǎng)電流會根據(jù)電感的影響產(chǎn)生一個控制回路。造成人為破壞的可能性，從而改善了系統(tǒng)軟件。另一方面，還確保了系統(tǒng)軟件不容易將直流電引入電網(wǎng)，并合理地避免了變壓器的飽和狀態(tài)。工頻隔離光伏逆變器的三相結(jié)構(gòu)如圖所示，一般采用全橋結(jié)構(gòu)。這種類型的三相結(jié)構(gòu)通常用于功率為幾十甚至幾百千瓦的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中。其中，直流工作電壓約為450-800V,工作效率可達到97%。濾波器電網(wǎng)CC但是，功率頻率隔離系統(tǒng)的缺點是變壓器體積大，重量重和噪聲水平高。它約占投資者總權(quán)重的50,這使得縮小投資者規(guī)模變得困難；另外，由于存在工頻變壓器，也增加了系統(tǒng)的損耗和成本。如圖23所示，效率較高的兆瓦級光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，工頻隔離變壓器對系統(tǒng)效率的影響。2.高頻隔離并網(wǎng)光伏逆變器的結(jié)構(gòu)與電源頻率隔離并接光伏網(wǎng)絡(luò)的逆變器相比，高頻隔離并接光伏網(wǎng)絡(luò)的逆變器與并網(wǎng)逆變器之間的區(qū)別與電源頻率隔離的地方在于它使用了高頻變壓器。由于使用了高頻變壓器，因此變壓器的尺寸和重量相對較小，克服了工頻型隔離的與工頻變壓器相比較，高頻變壓器具有體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點，因此高頻隔離型光伏并網(wǎng)逆變器也有著較廣泛的應(yīng)用。高頻隔離型前級的DC-DC環(huán)節(jié)主要調(diào)節(jié)變換器開關(guān)管的占空比來實現(xiàn)最大功率跟蹤；輸出電容主要實現(xiàn)交流能量和直流能量的解親。但是后級DC/AC環(huán)節(jié)的輸出控制比較嚴格，否則會產(chǎn)生直流分量饋入電網(wǎng)。高頻隔離逆變器主要采用高頻串逆變器技術(shù)。Espelage和BKBose于1977年提出了高頻鏈接逆變器技術(shù)的新概念，高頻串逆變器技術(shù)用高頻變壓器代替了低頻逆變器技術(shù)中的電源變壓器。并顯著改善了逆變器的特性。目前，并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的各種高頻串逆變器結(jié)構(gòu)主要包括：正向雙管1.3光伏并網(wǎng)逆變器的優(yōu)化設(shè)計3光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的電路優(yōu)化設(shè)計的Cu變換電路優(yōu)化，采用高頻隔離型的Cuk式電路，優(yōu)化后的光伏并網(wǎng)逆變器的輸入輸出電流連續(xù)，且脈動較小，而且Cuk如圖所示，非隔離型的Cuk式電路具有簡C2,其次將C1和C2連接點之間接入足夠大的電感并與輸入端地相連，最后將將電路中的電容C=C1=C2,并將電感串入匝數(shù)足夠一樣多的繞組，形成1:1的變壓器，這樣從電容流入電感的電流就可以忽略，形成非隔離型同樣功能的將電感即隔離變壓器的一次側(cè))置于升壓電感L1與開關(guān)管S1以及續(xù)流二極管D的結(jié)點處。由于Cuk電路的續(xù)流二極管和開關(guān)管S1之間加入了耦合電容器C,因此Cuk電路的隔離點正好在耦合電容器中間。電路中當S1導(dǎo)通時，其等效電路如圖所示。此時，變壓器初級側(cè)的輸入電壓a對電感器Li充電，而電容器Ci使變壓器初級側(cè)放電。次級側(cè)的感應(yīng)電流為續(xù)流二極管D被反向偏置并短路。圖中箭頭的方向是環(huán)路電流的方電路中當S1關(guān)斷時，其等效電路如圖所示。此時變壓器一次側(cè)邊的電感L1放電，電容C1充電，則二次側(cè)感應(yīng)的電流對電容C2進行充電，電感L2處于放電狀態(tài)，電流通過續(xù)流二極管D給負載供電。1)采用高頻變壓器體積小、質(zhì)量輕，并具有電氣隔離，系統(tǒng)中沒有直流分2)基