简述光伏并网逆变器

摘要：逆变器在光伏发电系统中是将光伏组件输出的直流电转换为交流电的转换装置，本文以皮山光伏电站特变TC500KH逆变器为例，先对光伏并网发电系统进行了概述，再对逆变器各元器件进行了介绍，结合MATLAB/simulink对三相全桥逆变过程进行了阐述，总结了光伏并网逆变器常见的故障及处理方式，以及如何开展后期的检查巡视做出了建议，也对未来的光伏并网逆变器进行了展望。

一、光伏发电并网系统简介

光伏并网发电系统主要由光伏阵列、汇流箱、并网逆变器、升压变压器等组成。如下图1所示为光伏发电并网系统的拓扑图，光伏组件将太阳释放的太阳能转换为直流的电能，再经过汇流箱把光伏阵列送入的电能进行汇流，然后通过并网逆变器将直流电转化为与电网同频率、相位幅值可控的正弦波电流，最后通过变压器匹配电网电压馈入电网。

图1 光伏并网发电系统

如图2所示为皮山光伏电站TC500KH型并网逆变器的主电路结构，该逆变器通过三个全桥变换器将光伏阵列输入的直流电变换为交流电，并通过滤波器滤波成正弦波电流，然后进行变压器升压上网。

图2 光伏并网逆变器主电路结构图

并网光伏发电系统可将发出的电力直接送入公共电网，也可以就近送入到用户的供用电系统，由用户部分直接消纳，用电不足时可由公共电网进行补充。

二、500KW光伏并网逆变器的介绍

并网光伏逆变器的构成部分是功率调节、交流逆变、并网保护等，经过逆变器把直流电逆变为交流电，再将电能输送到变压器等设备进行上网，也就是俗称的卖电。当并网光伏系统因天气等原因造成发电不足或者自身用电量偏大时，将由公共电网向用户负载进行供电，也就是所谓的买电。并网光伏逆变器是“日发夜用”的特性，可对公共电网进行峰谷调节，为公共电网提高了供电的稳定性和可靠性。

2.1名词解释

（1）逆变：将直流电能变换为交流电能的过程称为逆变；

（2）最大功率点的追踪（MPPT）：MPPT实质上是一个自寻优过程，即通过控制阵列端电压，使阵列能在各种不同的日照和温度环境下智能化地输出最大功率。太阳能电池阵列的开路电压和短路电流在很大程度上受日照强度和温度的影响。因此，太阳能电池阵列必须实现最大功率点的追踪，以便阵列在当前日照下不断获得最大功率的输出。

（3）总谐波畸变（THD）：THD是Total Harmonic Distortion 的缩写，THD表示电流谐波总畸变率。其中为总谐波电流的有效值。为基波电流有效值。其定义为：

THD反映了光伏并网逆变器输出交流电的干净程度。其THD越小越好（根据相关的标准要求：500KTL的额定负载电流THD<3% ）

（4）逆变器的损耗:逆变器的损耗等于IGBT的损耗+电抗器损耗+散热系统损耗+控制系统损耗

（5）低电压穿越：逆变器交流侧电压跌至0时，逆变器能够保证不间断并网运行0.15S后恢复至标称电压的20%；整个跌落时间持续0.625S后逆变器交流侧电压开始恢复，并且电压在发生跌落后2S内能够恢复到标称电压的90%时，逆变器能够保持不间断并网运行。

（6）孤岛保护：所谓孤岛效应是指当电网的部分线路因故障或维修而停电时，停电线路由所连的并网发电装置继续供电，并连同周围负载构成一个自给供电的孤岛现象。根据鉴衡标准，若逆变器并入的电网供电中断，逆变器应在2S内停止向电网供电，同时发出警示信号。

2.2 500KW光伏并网逆变器参数

关于500KW光伏并网逆变器的参数如表1所示。

表1 伏并网逆变器参数

三、光伏并网逆变器元器件的介绍

TC500KH型逆变器整体可以分为两大部分：直流侧和交流测。其逆变环节采用三相全桥逆变，其拓扑结构如图3所示。

图3 三相全桥逆变的拓扑结构

该电路由6个功率开关管和6个续流二极管以及带中性点的直流电源组成。每个桥臂导通方式为180°，同一相（即同一半桥）上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差120°，任一瞬间有三个桥臂同时导通。每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行，也被称为纵向换流。

图4 三相全桥逆变电路的工作波形

3.1直流断路器

TC500KH逆变器可接入8台汇流箱，则对应的直流侧有8台断路器，如图5所示，其型号为TmaxTs3L 250,为满足直流电网保护分断时所需的较高分断能力和灭弧特性，Tmax塑壳断路品采用先进的“磁吹弧”技术，利用独特的触头设计，使电弧在磁场的作用下被“吹”进灭弧室。灭弧栅片采用窄缝设计，减少了电弧进入灭弧室的阻力并拉长了电弧，增加了电弧与栅片的接触面积，加速了电弧的冷却，当触头开始拉弧时，高温的电弧使特殊的灭弧室材料表面瞬间气化，在灭弧室内产生高压气体，高压气体从出口高速喷出，同时带动电弧快速进入灭弧室，加速直流的灭弧。

图5 直流断路器

3.2功率模块单元的主要元器件

（1）直流母线支撑电容：如图6所示，直流母线电容吸收逆变单元向直流侧索取的高幅值脉动电流，使直流电压波动保持在允许的范围内。

图6 直流母线支撑电容