光伏逆变器技术现状与发展

光伏逆变器技术现状与发展

胡凯波1赖卫伟2

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（1.浙江浙能兰溪发电有限责任公司浙江金华321100；

2.浙江华业电力工程股份有限公司浙江金华315800）

摘要：近年来，随着我国经济的迅速发展，对电力的需求量也不断增加。作为光伏发电系统的最主要设备，光伏逆变器的性能在很大程度上决定着整个发电系统的安全性和可靠性。鉴于此，本文将首先对光伏逆变器的主要类型进行简单介绍，然后对其拓扑结构进行深入分析，最后以此为基础对其发展趋势进行讨论和研究，以期为日后光伏逆变器技术的发展提供一些建议和理论参考，

关键词：光伏发电系统；逆变器；拓扑结构；现状；发展趋势

引言

过去几年里，能源危机和环境保护给我们的经济发展产生了巨大的阻碍。在此背景之下，太阳能作为一种分布广泛且无污染的新能源逐渐被投入使用。光伏逆变器是整个光伏发电系统的重要组成部分，随着其价格的下降，我国的光伏逆变器数量也不断增加。因此，研究光伏逆变器技术的现状与发展趋势对我国的经济发展有着重要的现实意义和实用价值。

一、光伏逆变器的类型

光伏逆变系统能够将光伏板上的电流转变为交流电，然后将其输入电网或者供给负荷。光伏逆变系统一般包括DC/AC主电路、DC/DC转换电路、检测单元、变压器以及控制器等部分。为了进一步保证发电系统的稳定性，光伏逆变器一般需要具备电压频率和相位调制、最大功率点跟踪、防孤岛以及低电压穿越等基本功能[1]。

光伏逆变器的分类方式也比较多，可以根据输出波形、逆变控制方式、逆变器输出相数等分成不同的类别。本文主要是以逆变系统直流侧的光伏阵列、光伏组串以及光伏组件等的不同分为集中式逆变器、组串式逆变器以及组件模块。

二、光伏逆变器的拓扑结构

根据功率等级的不同，可以将光伏逆变器分为大功率、中功率以及小功率三种。其中大功率要求系统功率在50千瓦，一般采用集中式逆变器；中功率要求系统功率在3千瓦到50千瓦之间，一般采用组串式逆变器；小功率一般指系统功率在200瓦到3千瓦之间，一般采用组件模块。

（一）集中式逆变器

在集中式逆变器的直流侧，常常连接着大量的光伏组件，并组成光伏阵列。集中式逆变器的成本比较低，而且可靠性很高，一般效率都够达到98%以上。除此以外，其还具有较强的抗干扰能力。现阶段的集中式逆变器一般采用三相二电平逆变拓扑结构，其直流侧支撑电容器主要用于稳定输出电压，现阶段比较常用的是薄膜电容器。三相二电平逆变主电路能够通过控制开关将直流电转换成交流电，在实现最大功率点跟踪的同时，还具有防孤岛以及低电压穿越等功能。

（二）组串式逆变器

在场地较小或者光照条件不一致时，常常需要采用组串式逆变器。其直流侧一般由十几块光伏组件串联而成，占地面积与集中式逆变器相比要小得多，所以能够适应不同光照区的要求。组串式逆变器一般采用两级单相拓扑结构，第一级DC/DC斩波器用来控制光伏组件和支撑电容之间的电压升降，同时还可以进行最大功率点跟踪；第二级逆变滤波实现支流到交流的转换，并且保证电能的质量。如果在能够满足要求的情况下，可以考虑去掉第一级的DC/DC斩波环节，从而进一步降低生产成本。

（三）组件模块

组件式交流模块的代表应用就是微型逆变器，其可以对每一块电池板进行独立逆变以及最大功率点跟踪，并且开关频率比较高，并网方式比较简捷。微型逆变器的拓扑结构有很多，其中应用最为广泛的是反激式微型逆变器。反激式斩波电路可以实现对电压的升降，然后通过逆变电路对其进行逆变控制。不过其只适用于直接连接交流母线的情况，如果为直流母线，还需要用到电源优化器。电源优化器在交流母线和直流母线中均可适用，而且还能够有效地解决光斑效应[2]。

三、光伏逆变器的发展趋势

经过了几年的快速发展，我国传统的光伏逆变器无论是在技术、成本还是安全等方面都获得了巨大的提升。然而，近几年光伏逆变器应用愈加广泛，再加上微电网的出现和发展，使得光伏发电系统的应用要求趋向于多样化，因此仍有很多难点和问题需要进行解决。下面就从现阶段光伏逆变器所面临的问题入手对其日后的发展趋势进行讨论和展望。

（一）集中式逆变器

为了满足用户的各种需求，可以将交流和直流配电、电能优化、双向储能以及远程控制等功能集为一体，并且以此为基础对产品进行模块化和配置化的设计。为了实现集中式逆变器的高频化，可以利用大容量的开关元件以及磁性材料等新技术，不断缩小逆变器的体积，提升其功率密度，从而降低其生产成本。由于国内和国外的电网特性不同，因此可以在低电压穿越的基础上，利用各种新型技术来强化其电网容错能力，使其可以根据实际情况自动调节相关参数。

（二）组串式逆变器

一般来说，组串式逆变器的单机功率不高，因此一个发电站常常需要几十台甚至更多的无隔离变压器并联运行，从而形成谐波叠加。可以通过Z源逆变器拓扑和电网高阻抗抑制研究来对谐波进行抑制，还可以通过薄膜电容器来提高产品的使用寿命。由于其单机功率不高，可以利用多个组串式逆变器来进行多机协同控制，从而实现零电压穿越以及高电压穿越等。对于一些大型的发电站来说，可以通过嵌入式Agent来实现监控系统的批量程序升级，从而降低升级的工作量，实现智能化的需求。

（三）组件模块

现阶段的组件模块主要是微型逆变器，其采用的反激式隔离变换效率仅仅在96%左右，所以应当加强对其拓朴结构参数的研究，从而不断提升其转换效率，并且还需要尽快实现电源优化器的产业化应用。现阶段的微型逆变器大多采用电解电容器来实现功率解耦，达不到光伏组件的寿命要求，因此可以通过无源网络等实现无电解解耦[3]。

四、结语

本文首先对光伏逆变器的类型进行了简单介绍，然后对其技术现状和发展趋势进行了深入的分析与讨论。我国的光伏逆变器技术仍有比较大的发展空间，相关人员和单位要在应用实践中不断发现问题，积累经验，加强学习，接受批评，争取不断优化我国的光伏逆变器技术，从而保证光伏发电系统的安全性、可靠性以及高效性，为我国的经济发展和科技进步提供充足的动力支持。

参考文献：

[1]蹇芳，李志勇.光伏逆变器技术现状与发展[J].大功率变流技术，2014（03）：5-9+19.

[2]艾欣，韩晓男，孙英云.光伏发电并网及其相关技术发展现状与展望[J].现代电力，2013，30（1）：1-7.

[3]黄寻.光伏并网逆变器发展情况概述[J].新材料产业，2011（11）：72-75.