Page 1光伏并网系统光伏并网系统Page 2光伏并网系统的体系结构20世纪80年代中期光伏发电系统中常用的一种结构形式。一般用在10kW以上的较大功率的光伏并网系统，优点：系统只采用一台并网逆变器，结构简单且系统效率较高。缺点：阻塞和旁路二极管是系统损耗增加；抗热斑和阴影能力差，系统功率失配现象严重；难以实现良好的MPPT控制；需要较高电压的直流母线将并网逆变器与光伏阵列连接，降低安全性；系统扩展和冗余能力差。Page 3光伏并网系统的体系结构该结构将并网逆变器和光伏组件集成在一起作为一个光伏发电系统模块。优点：每个模块独立运行，系统扩展和冗余能力强；每个模块独立MPPT设计，最大程度提高系统发电效率；给系统的扩充带来了很大灵活性和即插即用性；缺点：由于采用小容量逆变器设计，逆变效率相对较低。大量应用在光伏屋顶计划、建筑一体化计划中，交流光伏模块功率等级一般在50400W。Page 4光伏并网系统的体系结构光伏组件通过串联构成光伏阵列给光伏并网发电系统提供能量。和集中式结构相比，串联构成的光伏阵列直接与并网逆变器相连，不需要直流母线。具有交流模块的集成化特征，扩容方便。光伏利用率低于交流模块式结构。Page 5光伏并网系统的体系结构综合了串型结构和集中式结构的优点。20世纪90年代后期被大量采用，该结构提高了光伏并网发电系统的功率，降低了单位功率成本，提高了系统的灵活性。Page 6主要优点：每个DC/DC变换器及连接的光伏阵列有独立的MPPT电路，类似于串型结构。集中的并网逆变器设计使逆变效率提高、系统成本降低、可靠性增强。多支路系统中某个DC/DC变换器出现故障，系统仍能够维持工作；并有良好的扩容性。适合具有不同型号、大小、方位、受光面等特点的支路的并联，适合于光伏建筑一体化形式的分布式系统能源应用。实际应用中，并联多支路结构较为常用。Page 7光伏并网系统的体系结构一种新型的光伏并网发电体系结构，也是光伏并网系统结构发展的趋势。通过控制组协同开关，来动态的决定在不同的外部环境下并网光伏系统的结构，达到最佳的光伏利用率。外部光强较低时，控制组协同开关使所有的光伏组件只和一个并网逆变器相连，构成集中式结构；光强增大到一定程度，控制开关使不同规模的光伏串和相应等级的逆变器相连，达到最佳的逆变效率，提高光能利用率。Page 8光伏并网系统的体系结构将并联多支路思想和交流模块式结构思想相结合，提出该结构。Page 9 光伏并网发电系统由光伏组件、光伏并网逆变器、计量装置及配电系光伏并网发电系统由光伏组件、光伏并网逆变器、计量装置及配电系光伏并网发电系统由光伏组件、光伏并网逆变器、计量装置及配电系光伏并网发电系统由光伏组件、光伏并网逆变器、计量装置及配电系统组成。统组成。统组成。统组成。 太阳电池产生直流电能。太阳电池产生直流电能。太阳电池产生直流电能。太阳电池产生直流电能。 通过光伏并网逆变器直接将电能转化为与电网同频、同相的正弦波电通过光伏并网逆变器直接将电能转化为与电网同频、同相的正弦波电通过光伏并网逆变器直接将电能转化为与电网同频、同相的正弦波电通过光伏并网逆变器直接将电能转化为与电网同频、同相的正弦波电流，馈入电网。流，馈入电网。流，馈入电网。流，馈入电网。常见常见常见常见光伏并网逆变器光伏并网逆变器光伏并网逆变器光伏并网逆变器的拓扑结构的拓扑结构的拓扑结构的拓扑结构Page 10 直接逆变系统直接逆变系统直接逆变系统直接逆变系统 工频隔离系统工频隔离系统工频隔离系统工频隔离系统常见光伏并网逆变器的拓扑结构常见光伏并网逆变器的拓扑结构常见光伏并网逆变器的拓扑结构常见光伏并网逆变器的拓扑结构Page 11 高频隔离系统高频隔离系统高频隔离系统高频隔离系统 高频升压不隔离系统高频升压不隔离系统高频升压不隔离系统高频升压不隔离系统常见常见常见常见光伏并网逆变器的拓朴结构光伏并网逆变器的拓朴结构光伏并网逆变器的拓朴结构光伏并网逆变器的拓朴结构Page 12直接逆变系统直接逆变系统直接逆变系统直接逆变系统常见光伏并网逆变器的拓朴结构常见光伏并网逆变器的拓朴结构常见光伏并网逆变器的拓朴结构常见光伏并网逆变器的拓朴结构Page 13直接逆变系统的优缺点直接逆变系统的优缺点直接逆变系统的优缺点直接逆变系统的优缺点优点：优点：优点：优点： 省去了笨重的工频变压器：高效率（省去了笨重的工频变压器：高效率（省去了笨重的工频变压器：高效率（省去了笨重的工频变压器：高效率（97%97%）、重量轻、结构简单。）、重量轻、结构简单。）、重量轻、结构简单。）、重量轻、结构简单。成本低。成本低。成本低。成本低。缺点：缺点：缺点：缺点：(1)(1)太阳电池板与电网没有电气隔离，太阳电池板两极有电网电压，太阳电池板与电网没有电气隔离，太阳电池板两极有电网电压，太阳电池板与电网没有电气隔离，太阳电池板两极有电网电压，太阳电池板与电网没有电气隔离，太阳电池板两极有电网电压，对人身安全不利。对人身安全不利。对人身安全不利。对人身安全不利。 (2) (2) 直流侧太阳电池直流侧太阳电池直流侧太阳电池直流侧太阳电池MPPTMPPT电压需要大于电压需要大于电压需要大于电压需要大于350V350V。这对于太阳电池组。这对于太阳电池组。这对于太阳电池组。这对于太阳电池组件乃至整个系统的绝缘有较高要求，容易出现漏电现象。件乃至整个系统的绝缘有较高要求，容易出现漏电现象。件乃至整个系统的绝缘有较高要求，容易出现漏电现象。件乃至整个系统的绝缘有较高要求，容易出现漏电现象。常见常见常见常见光伏并网逆变器的拓朴结构光伏并网逆变器的拓朴结构光伏并网逆变器的拓朴结构光伏并网逆变器的拓朴结构Page 14高频升压不隔离系统高频升压不隔离系统高频升压不隔离系统高频升压不隔离系统常见光伏并网逆变器的拓朴结构常见光伏并网逆变器的拓朴结构常见光伏并网逆变器的拓朴结构常见光伏并网逆变器的拓朴结构Page 15优点：优点：优点：优点： 和第一种拓朴结构类似，由于省去了笨重的工频变压器，所以可和第一种拓朴结构类似，由于省去了笨重的工频变压器，所以可和第一种拓朴结构类似，由于省去了笨重的工频变压器，所以可和第一种拓朴结构类似，由于省去了笨重的工频变压器，所以可以带来以下优点：高效率、重量轻。同时加入了以带来以下优点：高效率、重量轻。同时加入了以带来以下优点：高效率、重量轻。同时加入了以带来以下优点：高效率、重量轻。同时加入了BOOSTBOOSTBOOSTBOOST电路用于电路用于电路用于电路用于DC/DCDC/DCDC/DCDC/DC直流输入电压的提升，所以太阳电池阵列的直流输入电压范直流输入电压的提升，所以太阳电池阵列的直流输入电压范直流输入电压的提升，所以太阳电池阵列的直流输入电压范直流输入电压的提升，所以太阳电池阵列的直流输入电压范围可以很宽（围可以很宽（围可以很宽（围可以很宽（150V-450V150V-450V150V-450V150V-450V）。这种拓扑结构越来越成为市场的主流。）。这种拓扑结构越来越成为市场的主流。）。这种拓扑结构越来越成为市场的主流。）。这种拓扑结构越来越成为市场的主流。缺点：缺点：缺点：缺点：(1)(1)(1)(1)同样，太阳电池板与电网没有电气隔离，太阳电池板两极有电同样，太阳电池板与电网没有电气隔离，太阳电池板两极有电同样，太阳电池板与电网没有电气隔离，太阳电池板两极有电同样，太阳电池板与电网没有电气隔离，太阳电池板两极有电网电压。网电压。网电压。网电压。(2)(2)(2)(2)使用了高频使用了高频使用了高频使用了高频DC/DCDC/DCDC/DCDC/DC，电磁兼容性难度加大。，电磁兼容性难度加大。，电磁兼容性难度加大。，电磁兼容性难度加大。高频升压不隔离系统的优缺点高频升压不隔离系统的优缺点高频升压不隔离系统的优缺点高频升压不隔离系统的优缺点常见常见常见常见光伏并网逆变器的拓朴结构光伏并网逆变器的拓朴结构光伏并网逆变器的拓朴结构光伏并网逆变器的拓朴结构Page 16常见常见常见常见光伏并网逆变器的拓朴结构光伏并网逆变器的拓朴结构光伏并网逆变器的拓朴结构光伏并网逆变器的拓朴结构Page 17常见常见常见常见光伏并网逆变器的拓朴结构光伏并网逆变器的拓朴结构光伏并网逆变器的拓朴结构光伏并网逆变器的拓朴结构Page 18Page 19单级式并网逆变器控制单级式并网逆变器的三环控制结构单级式并网逆变器的三环控制结构Page 20单级式并网逆变器的双环控制结构单级式并网逆变器的双环控制结构Page 21三相单级式并网逆变器的控制Page 22Page 23Page 24Page 25Page 26Page 27Page 28两级式并网逆变器的MPPT控制Page 29双级式三相光伏发电系统Page 30Page 31三相两级式光伏发电系统控制功率电压双闭环 MPPT 控制的基本原理是：MPPT 环节根据检测到的光伏阵列输出电压U pv和电流I pv，计算得到光伏阵列最大功率点电压并作为光伏阵列电压控制环的参考电压值Uref 。电压控制环根据光伏阵列电压偏差经 PI 控制器调节占空比 D ，实现给定电压的跟踪。通过 MPPT 环节和电压闭环控制的共同作用，最终实现光伏阵列的最大功率跟踪控制。Page 32功率解耦控制的基本原理是：锁相环对电网电压进行锁相，引入直流侧电压反馈，PI 调节器输出作为有功电流环电流参考值igd，调节系统有功功率；无功电流环电流参考值 igq=0，使得系统运行在单位功率因数状态；将补偿后的 PI 调节器有功无功控制量与经比例调节的滤波电容支路电流反馈量叠加，得到的输出信号经dq/ABC 逆变换，并采用正弦脉宽调制方式得到后级逆变器开关驱动信号，从而实现逆变器的有功无功解耦控制。三相两级式光伏发电系统控制Page 33Page 34标准光强下的仿真结果Page 35Page 36Page 37模拟光照突变时的仿真结果Page 38Page 39