电机技术在光伏逆变器试验站中的应用

摘 要：随着现代社会的高速发展，可再生能源开发和利用拥有了前所未有的发展前景，太阳能的利用日益成熟，光伏发电系统已成为可再生绿色能源应用的典型。作为光伏发电系统中的重要设备，光伏逆变器在生产完成后，需要通过严格的试验和认证，才能应用于实际光伏发电系统中。本文将通过电机理论论证电机技术在光伏逆变器试验站中的应用。

关键词：光伏发电系统；光伏逆变器；试验站；电机技术

1.光伏发电系统的组成

光伏发电系统利用太阳的光伏效应，把太阳光的能量转换成电能。太阳能电池组件、蓄电池、充放电控制器和光伏逆变器等连接在一起，组成了一个典型的太阳能光伏发电系统，如图1所示。

太阳能电池组件能够吸收太阳光的辐射，并将其能量转换成直流电。在太阳光强烈辐射的白天，太阳能电池组件给蓄电池充电，夜晚时蓄电池对外放电，为负载供电。充放电控制器运用了微机控制技术，调节蓄电池的充放电电流和电压，使其工作状态最优化。光伏逆变器是光伏发电系统的重要组成部分，它的作用是将太阳能电池组件或蓄电池输出的直流电转换为用电负载所需要的规定电压和规定频率的交流电。

2.光伏逆变器的作用和组成

电压和频率是交流电的两个至关重要的参数，我国日常生活用电采用220V 50Hz单相交流电，工业生产多采用380V 50Hz或690V 50Hz三相交流电。对于太阳能电池组件或者蓄电池输出的直流电，这就出现了避无可避的问题，因为直流电无法直接为绝大多数的用电负载供电。光伏逆变器的就是为了解决该问题而设计的，它需要将直流电转换成为满足用电负载需要的，规定电压和规定频率的交流电，并满足一定的供电质量。

光伏逆变器的主回路由两部分组成：输入侧的DC/DC直流升降压斩波电路和输出侧的DC/AC逆变电路。当太阳能电池组件或蓄电池输出的电压高于光伏逆变器的DC/AC逆变电路所能承受的最高电压时，DC/DC直流升降压斩波电路的作用是将该电压作降压处理，以满足DC/AC逆变电路对输入电压的要求。反之，当太阳能电池组件或蓄电池输出的电压过低时，DC/DC直流升降压斩波电路的作用是将该电压升压至DC/AC逆变电路所能接受的最低电压以上。

DC/AC逆变电路是光伏逆变器的核心部分，最终实现将光伏发电系统的直流电转换成为满足用电负载需要的规定电压和规定频率的交流电，多采用脉宽调制技术PWM实现。采用PWM技术，控制DC/AC逆变电路中电力电子器件（如IGBT）每个周期内的通断时间，改变脉冲输出宽度以控制输出电压，同时通过控制通断周期长短来控制输出频率。

3.光伏逆变器的试验

光伏逆变器生产完成后，要在制造厂试验站进行出厂试验和型式试验等，以确保其功能和性能参数符合设计要求，达到国家和行业标准的规定。这就要求进行光伏逆变器试验的试验站能够最大程度地模拟实际光伏发电系统的运行状态。以电机技术为基础的光伏逆变器试验站如图2所示。

实际应用中，光伏发电系统的运行状态随着太阳光辐射的强弱而动态改变。在太阳光强烈照射时，光伏效应也较为强烈，产生的直流电量多且电压较高；早晚或阴天时，太阳光辐射较弱，太阳能电池组件产生的直流电量及电压随之降低。为了完成对光伏逆变器的试验，光伏逆变器试验站应具备最大程度的模拟光伏发电系统的功能。

光伏逆变器试验站中，采用一台三相感应电动机拖动一台直流发电机来模拟太阳能电池组件的发电状态。三相感应电动机从电网吸收功率，拖动同轴的直流发电机发电，发出的直流电相当于太阳能电池组件产生的直流电。将该直流电输入光伏逆变器的输入端，经光伏逆变器逆变达到并网的要求后并入电网，形成闭合回路，电能在试验站系统中循环利用。直流发电机发出的电压大小与其定子绕组匝数、转子转速、励磁电流合成的磁场强度有关。直流发电机生产完成后，其定子绕组匝数已经确定，而发电机的转子转速由其拖动机（三相感应电动机）决定，因此，试验时改变直流发电机的励磁电流，即可相应改变直流发电机发出的直流电压大小，以准确模拟太阳能电池组件的发电状态。

可以运用法拉第电磁感应定律论证：

（1）在试验站电网电压和频率固定的情况下（380V 50Hz或690V 50Hz），三相感应电动机的转速将固定不变，由三相感应电动机拖动的直流发电机转速为常量，即闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动的速度 不变。

（2）直流发电机生产完成后，相应的电机参数已经确定，相当于闭合电路中做切割磁感线运动的导体长度 为固定值。

（3）调节直流发电机的励磁装置可以改变直流发电机的励磁电流，直流发电机励磁电流合成的磁场强度 随之改变。

综上所述，光伏逆变器试验站中，直流发电机所发出的直流电压大小仅与其励磁电流有关，调节直流发电机的励磁电流，即可改变其输出电压。通过该输出电压的改变，精确模拟由于太阳光辐射强弱造成的太阳能电池组件产生的电压的波动。将该波动的直流电压连接至光伏逆变器输入端，在光伏逆变器输出端对其输出的电压和频率进行测量，以验证其是否符合设计及相关规定。这就是以电机为主要设备的光伏逆变器试验站的核心功能和最终目的。

4.结语

电机技术的充分发展，使得电机的设计和制造达到了足够高的精确度和稳定性，电机的控制技术更是日益成熟。建立在电机技术基础上的光伏逆变器试验站具有设备运行安全可靠、控制精度高、控制效果佳、试验站运转经济环保等特点，使光伏逆变器的出厂试验和型式试验等更加科学可靠。

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作者简介：

廖黎晓，女，1989年生，毕业于哈尔滨工业大学电气工程及其自动化专业，现从事电气设计及试验站设计工作。