电流型光伏并网逆变器的关键技术分析

李俊华

（西北工业大学明德学院，陕西 西安 710124）

0 引言

光伏并网逆变器主要有两种形式。电压型和电流形是它的两种主要逆变器，结合社会实际情况而言，电压型逆变技术比较成熟。而且它本身和电流型逆变相比，电压型逆变技术的工作效率高，价格和便宜，体积占地小等多方面的优点。但它本身存在的重大缺陷，就是在电压型并网逆变器在应用于光伏并网时，要求光伏直流侧电压要大于电网电压，而且要保持幅度值不变。这样的要求必然会增加整个控制系统的成本，而且还降低了光伏并网系统的转换效率。为了解决这些问题，电流型光伏并网逆变器就出现在人们生活中，它可以提升了光伏发电系统的工作效率，减少了装置系统的体积，节约了很多成本，并网电流受到电网的影响非常小，能够在社会中被广泛的使用[1-3]。

1 电流型光伏并网逆变器的研究

通常情况下CSI调制技术可分为梯形波调制(Trapezoidal Pulse Width Modulation， TPWM)、特定谐波消去调制(Selective Harmonic Elimination Pulse Width Modulation，SHEPWM)、正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation， SPWM)、空间矢量调制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)及滞环控制。虽然这个算法有着很多的优点，但是它也无法避免地存在一些问题。梯形波调制算法的动态性能很差。大部分的梯形波调制算法被用于大功率传动的范围中。特定谐波消除调制是利用了调制技术，借助于精确的计算打开和关闭频率，实现低系统的控制，保障系统的稳定运行。但这种算法只适合在低开关频率的领域运用，因为他算法无可避免的就存在计算量过大的问题，而且作为一种不在线途径的调制，它动态性能很弱，只能用于动态性能和实时性能要求不高的领域。正弦脉宽调制是由正弦调制波和三角载波相互作用后，最终出现的波源。但他的数字化程度较为复杂，而且直流电利用率不高[4-6]。因此应用的场合也大大收受了限制。空间矢量调制是一种开关频率低，谐波含量较小，动态反应极快，且直流电留用率很高的一种新型波源，它可以有利于数字化实现，是现在CSI中应用最为广泛的一种调制技术。滞环控制对的电流控制能力非常显著，但开关频率不固定。在提出逆变状态的情况下，正弦脉宽调制能够比空间矢量调制射出更大的放电电流，因此在电流型变流器中，如果整流时需要使用空间矢量调制，则逆变时就需要使用正弦脉宽调制[7]。

传统电流型空间矢量调制算法进行的过程中，经过不断优化，演变出改进型的空间矢量调制算法，改进型的空间矢量调制算法能有效的减轻功率器件上的电压，保障系统的稳定运行。可以采用多重采样的空间矢量调制方式，这个种方式不仅提升整个系统工作效率，还实时采样有了更严格的要求。采取一种适用于电流型逆变式的调控方法，可以有效的提升直流电的利用频率。采取一种节能型的脉宽调控脉宽调控，能够降低开关的使用次数，进而降低开关过程中所造成的能源损耗。优化整个空间向量的调制算法可以使向量作用顺序变更，这是因为电流型交流器的空间向量顺序要进行分析时，为了减少系统的输出电流谐波的出现。基于自然采样的空间矢量调制算法，可以有效应对传统的空间向量调制算法中面临最大的问题，低次谐波含量较大，这种方法只是改变调至算法中的开关角度[8-9]。

2 三相电流型光伏并网逆变器的技术

太阳能光伏并网逆变系统的主要功能就是将太阳能光伏电池列阵所发出的直流电转化为和电网电压相同频率的交流电。重要的就是中间这个直流电转化为交流电的转化过程，这样能够实现并网，将太阳能电池所释放的能源转换到电网中。三相电流型光伏并网逆变器主要作用就是来控制逆变器的输出电流，让输出的电流与电网电压保持在相同的频率，在并网逆变器的输出电流中，要将输出电流值控制在最合适的范围内，对并网逆变器相应的电路中电压的控制也需要严格要求。因为并网逆变器的电流输出后要进行滤波。这个过程导致了逆变器中传递出的电压和正常电网电压相比存在一个差异性，至少相差一个相位。因此在对三相电流光伏逆变网进行设计时，对此进行重点的考虑，通过对逆变器的相关设计，让逆变器输出的电流和电网中存在的电流有相同频率。

采取直接电流双环控制方式，结合上文中所提到的控制方法，要合理的利用直接电流双环控制方法进行操作。在这个方法中，桥式逆变电流可以将直流电转化为交流电，这种结构被广泛的应用与逆变器中。桥式逆变电路中采取的工作操作方式也是正弦脉宽调制，这种调制途径能够得到稳定高质量的电流。它的主要设计思路如下图中所示。主要根据三相电流太阳能光伏并网逆变器的原理，让工作中的并网电流和电网电压处在同一频率中，设计的系统中要存在一个同步锁相环，然后可以让它实现直接电流双环和同步锁相环的共同控制的方法，达到三相电流型光伏并网的最终使用。双环主要是内环控制器和外环控制器，内环控制器是可以实现对并网逆变器输出电流的数值反馈，外环控制器是能够消除内环控制中存在的误差，而使用的辅助控制器，其内部结构如图1所示：

3 光伏系统中电流型逆变器关键技术的概述

分析它的技术就是要对最大功率点跟踪进行分析，最大功率点跟踪指的是控制光伏组件输出功率的时期在自然环境下输出最大功率，这样能够提升整个系统的运行效率。恒定电压法、扰动观察法与电导增量法是光伏系统常用到的最大功率点跟踪技术。这些与最大功率点跟踪技术可多用于VSI中，对于CSI中的最大功率点跟踪技术研究有限，由于CSI与VSI具有一定的联系，所以应用于CSI中的一部分最大功率点跟踪技术稍作改变，就可以在CSI中应用。还能把CSI与VSI进行对比，对VSI的了解，分析出CSI的控制电路最大功率点的特点。将控制电压的最大功率点跟踪方式经过调整用于CSI电流的简单控制是可行的，但简单的应用容易忽略CSI控制电流时出现的特殊情况。例如在传统的CSI中，寻找系统的最大功率点是借助扰动电压观察法，利用扰动电压的方式来进行寻找，将此方式直接应用于CSI时，会因为扰动的步长无法控制，工作点会出现来回震荡，导致电流的失控与功率的瞬间跌落。针对这种问题，可以提出一种借助电阻扰动观察的最大功率点跟踪。利用扰动电阻代替扰动电流，降低功率随扰动量的变化率，使的整个电流都容易被控制[10]。

4 结语

通过对电流型光伏并网逆变器得深入研究，对CSI调制技术有了明确的认识。对三相电流型光伏并网逆变器集数进行分析，可以采取直接电流双环以及同步锁相环的综合控制手段，更高效地实现光伏并网操作。在这个系统中利用高频变换器能够让整个装置系统更加稳定。电流型三相并网逆变器，它的系统稳定性高，受电网影响小。它本身具备的升压功能，让整个系统的可靠性有了很大的保障。