太阳能逆变器的特点

在光伏产业因为新政策而动荡不安的近日，储能却忽然间铺天盖地的大放异彩。这世上，好的搭档不是用来互相拆台的，而是互相成就的，就比如光伏和储能。近年来，正是由于光伏、风电等清洁能源的蓬勃发展，储能在整个能源行业中的关键地位才越加凸显。光储充示范项目的成功让行业人士看到了储能与光伏发电结合的潜力，毫无疑问，未来的“光伏+储能”将带给人们更大的惊喜。而对于储能产业的深耕，一批极具远见的企业早已参与其中，并且取得了良好的成绩，北京能高就是我国储能行业的先行者之一。

在此前举办的SNEC2018展会期间， OFweek太阳能光伏网 采访了 北京能高副总经理李岩 先生。针对储能行业的发展难题，以及“光伏+储能”的未来前景等问题进行了深入交流。

北京能高副总经理李岩

储能的三大应用端

李岩分析认为，储能的三大应用端， 第一是电网侧调峰、调频等辅助服务 。目前火电储能联合调频是一种主要表现形式，作为一种新的尝试，虽然现在包含已建、在建的项目仅仅20个左右，但是区域市场已经从华北电网向蒙西电网、南方电网扩散，依据能源局公布的《并网发电厂辅助服务管理实施细则》及《发电厂并网运行管理实施细则》，三大电网对火电储能联合调频已给出较为清晰的补偿机制，投资主体和利益分成模式日趋多元，市场模式正在趋于成形。

第二是电源侧新能源高比例接入电网。 风能和太阳能发电的功率输出具有波动性和随机性的特点，通过分布式发电的方式并网会引起电压波动和闪变、电网频率波动等电能质量问题，也可能改变系统的潮流分布和线路传输的功率，给各级配电网带来诸多问题。储能平滑功率波动的特性可以降低新能源间歇性、波动性对电网造成的影响。同时，在多能源电力系统电源互补协调控制方面，北京能高提供系统的解决方案具备先进的集群控制策略，可合理分配出力，最大化减少新能源消纳出现的“弃风弃光”现象，提高经济效益。所以新能源的高比例接入，是储能应用的巨大市场。

第三是用户侧工商业应用。 城市工商业存在较大的峰谷电价差，削峰填谷促进源网荷平衡，降低用电成本；局部地区的配网容量不满足负荷需求，接入储能系统，起到电力增容的作用，解决这些电力需求都需要储能的参与和改善。运用价格信号引导电力削峰填谷，合理制定储能控制策略，提高系统经济性；利用峰谷电价差、辅助服务补偿等市场化机制，提高投资回报率。同时，这种稳定控制性，也可以提高电网荷载能力，改善电能质量。

比政策支持更重要的是技术和经验

北京能高很早就进入了储能领域，从2007年开始储能变流器的研发、制造及应用，2010年开始承建我国首批光储互补微电网项目。目前，能高公司承建的湖北枣阳10MW全钒液流储能电站示范项目具有十分重要的示范意义，李岩介绍道，“能高这个项目的意义不仅是国内首个最大的全钒液流电池储能项目，更多的是对大规模储能技术的验证，对经济运行模式以及投资等方面的探索”。

实际上，在这次展会上，记者也了解到当储能“忽如一夜春风来”的时候，提出储能“概念”的企业也忽然间呈现出“千树万树梨花开”的现象，但大多数企业还处于摸索阶段。不仅仅是企业，也是在2017年10月份，才出台了《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》，正式打响了我国储能产业快速发展“第一枪”，显示了层面对储能产业明确的支持态度。2018年7月2日，发改委网站正式发布《关于创新和完善促进绿色发展价格机制的意见》。这份文件中关于“完善峰谷电价形成机制”的一段表述，对于储能行业来说，意义非凡。该文件鼓励储能项目开发商自行寻找盈利方式，比如利用一些现有电力市场机制，如提供辅助服务；以及未来可能出台的机制等。随后，各地方政府也开始发布相关支持政策。

尽管储能产业已经面临风口，但是成本降低依旧是横亘在眼前的难题。能高作为储能行业内的先行者，李岩对此表示，“储能电池的价格已经在逐年下调了；另一方面，储能技术仍有很大进步空间，这一点与项目经验的积累有很大的关系，因为储能不是一种固定的模式，只有通过对多种应用场景多种系统解决方案做过验证，才能定制出成本低、收益高的系统集成服务。未来，随着技术进步及应用案例的更多实施，我们相信储能系统的成本肯定会降低。”

变流设备在储能系统的重要地位

储能变流器(PCS)是储能系统中的重要装置，接受能量管理系统的指令，实现系统的主要功能，主要包括削峰填谷、平抑功率波动、电能质量治理、储能电池的充放电管理等。

李岩结合公司发展，发表他个人的看法，他说道，“能高从07年成立以后，在无电区域和电网末端做光储互补微网系统积累了很多经验，光伏逆变器、储能变流器（PCS）设备功率等级也从25kW到1.5MW全部涵盖，可应用于各种场景。2017年能高自主研发的储能变流器、双向直流变换器应用于世界首个柔性直流变电站项目。智能电网系统的运行离不开关键的变流、控制设备，对能高而言，都是基于技术基础，去定制开发不同系列的产品而已。”

“储能+”模式演绎能源行业更多可能

能高储能设施通过风、光等新能源发电单元、电动汽车、智能用电设施等用电单元及输配网的智能化结合，运用大数据能源管理等互联网技术，构建智能电网配送平台，演绎出能源行业的多种组合模式。从基本的“光储”模式到“风光储柴燃充车”多能混合智能交互模式，实现了分布式可再生能源电力的高效利用。

能高在建项目：拉萨兴业银行光储互补项目

李岩预测，随着储能技术的快速发展，储能装备性能不断提升、成本不断下降，在电网中的安装容量将大幅增加。预计到2030年，参与电网大规模可再生能源消纳、削峰填谷、调频调峰、电能实时交易等辅助服务功能的各层级储能存量资源将到达20-30亿千瓦时，同时数以千万计的电动汽车以V2G方式形成泛在储能充放电网络形态，也将构成巨大储能资源。通过有序聚合电网各层级储能资源，实现高效、规模化利用，将极大提升电网对电力和电量平衡调控能力，有效缓解电力供需实时平衡的约束限制，对电力系统带来革命性影响。

我们规定正电荷的流动方向为电流方向，电路一般都是电子（负电荷）的流动，所以电源外部就是电流从正极流向负极（即电子从负极流向正极）电源做正功。电源内部电流从负极流向正极（即电子从正极流向负极）电源做负功,这个过程电源要消耗其他能量转化为电能，整个过程能量守恒，电子守恒，电荷守恒，电源相当于水泵。

常见的电源是干电池(直流电)与家用的110V-220V 交流电源。 电源自“磁生电”原理，由水力、风力、海潮、水坝水压差、太阳能等可再生能源，及烧煤炭、油渣等产生电力来源。

根据输入及输出电压形式的不同，包括：交流-交流(AC/AC)变换器：变频器、变压器。交流-直流(AC/DC)变换器：整流器。直流-交流(DC/AC)变换器：逆变器。直流-直流(DC/DC)变换器：电压变换器、电流变换器

政策如下：

一、严格落实规划和预警要求。

各省（自治区、直辖市）能源主管部门要严格执行《国家能源局关于可再生能源发展“十三五”规划实施的指导意见》（国能发新能〔2017〕31号）（以下简称《指导意见》）中各地区新增风电建设规模方案的分年度规模及相关要求。预警为红色和橙色的地区应严格执行《国家能源局关于发布2018年度风电投资监测预警结果的通知》（国能发新能〔2018〕23号）的有关要求，同时不得在“十三五”规划中期评估的过程中调增规划规模。预警为绿色的地区如需调整规划目标，可在落实风电项目配套电网建设并保障消纳的前提下，结合“十三五”规划中期评估，向国家能源局申请规划调整后组织实施。

二、将消纳工作作为首要条件。

各省（自治区、直辖市）要按照《国家发展改革委、国家能源局关于印发〈解决弃水弃风弃光问题实施方案〉的通知》（发改能源〔2017〕1942号）和《国家能源局综合司关于报送落实〈解决弃水弃风弃光问题实施方案〉工作方案的通知》（国能综通新能〔2018〕36号）要求向国家能源局报送2018年可再生能源电力消纳工作方案，对未报送的省（自治区、直辖市）停止该地区《指导意见》中风电新增建设规模的实施。

三、严格落实电力送出和消纳条件。

新列入年度建设方案的风电项目，必须以电网企业承诺投资建设电力送出工程并确保达到最低保障收购年利用小时数（或弃风率不超过5%，以下同）为前提条件，在项目所在地市（县）级区域内具备就地消纳条件的优先纳入年度建设方案。通过跨省跨区输电通道外送消纳的风电基地项目，应在送受端省级政府间送受电协议及电网企业中长期购电合同中落实项目输电及消纳方案并约定价格调整机制，原则上受端省（自治区、直辖市）电网企业应出具接纳通道输送风电容量和电量的承诺。

四、推行竞争方式配置风电项目。

从本通知印发之日起，尚未印发2018年风电度建设方案的省（自治区、直辖市）新增集中式陆上风电项目和未确定投资主体的海上风电项目应全部通过竞争方式配置和确定上网电价。已印发2018年度风电建设方案的省（自治区、直辖市）和已经确定投资主体的海上风电项目2018年可继续推进原方案。从2019年起，各省（自治区、直辖市）新增核准的集中式陆上风电项目和海上风电项目应全部通过竞争方式配置和确定上网电价。各省（自治区、直辖市）能源主管部门会同有关部门参照随本通知发布的《风电项目竞争配置指导方案（试行）》制定风电项目竞争配置办法，抄送国家能源局并向全社会公布，据此按照《指导意见》确定的分年度新增建设规模组织本地区风电项目竞争配置工作。分散式风电项目可不参与竞争性配置，逐步纳入分布式发电市场化交易范围。

五、优化风电建设投资环境。

各省（自治区、直辖市）能源主管部门要完善风电工程土地利用规划，优先选择未利用土地建设风电工程，场址不得位于生态红线范围和国家规定的其他不允许建设的范围，并应避开征收城镇土地使用税的土地范围，如位于耕地占用税范围，征收面积和征收标准应当按照风电工程用地特点及对土地利用影响程度合理确定。有关地方政府部门在风电项目开发过程中不得以资源出让、企业援建和捐赠等名义变相向企业收费，不得强制要求项目直接出让股份或收益用于应由政府承担的各项事务。各地市（县）级政府相关部门推荐风电项目参加新增建设规模竞争配置时，应对上述建设条件做出有效承诺或说明，省级能源主管部门应对相关市（县）履行承诺的情况进行考核评估，并作为后续安排新增风电建设规模的重要依据。

六、积极推进就近全额消纳风电项目。

支持风能资源丰富地区结合当地大型工业企业和产业园区用电需求建设风电项目，在国家相关政策支持下力争实现不需要补贴发展。鼓励在具备较强电力需求的地级市区域，选择年发电利用小时数可达到3000小时左右的风能资源场址，在省级电网企业确保全额就近消纳的前提下，采取招标方式选择投资开发企业并确定上网电价，特别要鼓励不需要国家补贴的平价上网项目。

中国风力等新能源发电行业的发展前景十分广阔，预计未来很长一段时间都将保持高速发展，，随着国家不断加大对清洁能源的开发支持力度，一批批大型风电项目落户，加速了风电基地建设。

拓展资料

风力发电种类：水平轴风力发电机；垂直轴风力发电机；达里厄式风轮；双馈型发电机；马格努斯效应风轮；径流双轮效应风轮。

尽管风力发电机多种多样，但归纳起来可分为两类：①水平轴风力发电机，风轮的旋转轴与风向平行；②垂直轴风力发电机，风轮的旋转轴垂直于地面或者气流方向。

检测方法

1.风力机运行状态的监控。

2.单个风电机组的信息，风电机组转子，传动链，发电机，变换器，变压器，舱室，偏航系统，塔架，气象站状态监控。

3.风速，风向，叶轮转速，电网频率，三相电压，三相电流，发电机绕组温度，环境温度，机舱温度，出力等监控。

4.保证风电厂数据的实时性和可靠性。实时调整风能的最优性，实现风电绿色能源，满足国家电力系统二次防护要求。

参考资料来源：百度百科：风力发电

关键词：风力发电；系统短路故障；保护措施

当今能源与环境问题日渐突出，风能作为一种清洁环保的可再生能源逐渐受到人们的青睐。随着我国能源供给环境的日益紧张，风力发电已经成为保证能源供应，降低电力资源消耗的重要方式，因此，对风力发电系统实施短路情况的分析，并对故障的特征进行研究，是很多风力发电业务领域高度关注的问题。

一、风力发电系统短路故障特征分析

1.双馈风力系统仿真分析。在应用恒频技术的过程中，必须在变速系统正常运行的情况下进行发电机调速技术的应用，以便发电机可以凭借风力资源的优势更好的应用风能跟踪系统实施故障原因的分析，保证双馈发电机可以更好的按照电力资源生发的体制特点进行技术处置。要对双馈风力发电系统中的各类硬件资源进行有效的整合，并对风力发电机箱和异步机等设置进行交变电流的监测，使短路故障可以更大程度上实现故障因素的排除。

2.直趋风力系统仿真分析。故障特征的分析是保证风力发电机结构特点得到合理控制的关键，因此，要使用同步直趋形式的发电机设备，对当前的仿真软件进行了直趋模式的构建，使得风力系统可以更好的适应风速模型的研究要求，提高风力机模型的设计研究质量，并保证全部的控制系统都可以在模型联络业务的运行过程中得到合理处置，提升全功率控制体系的运行质量，并保证全部的短路问题都能的故障分析的过程中得到合理判断。要按照联络线的应用要求，对发电机实施全功率状态下的发电机配置特点分析，保证短路状态下的故障研究体系可以适应双馈发电机的故障分析要求，以便仿真系统可以在双馈风力发电体系运行的过程中，更好的适应故障因素的配置分析研究，并使各项故障特征的分析研究工作都能的发电机运行模式较为稳定的状态下实现故障的有效处置。保护系统的工作必须完整的适应故障分析体系的运行特点，使故障的分析和处置能够在联络线等硬件设备稳定运行的情况下进行推进，并保证全部具备高电压特点的集电线资源能够在故障处理的过程中对故障特点实施完整的分析，以便集电线可以凭借故障特点的研究要求进行集电线系统的性能分析，提升系统短路状态下的风力发电系统运行质量。

3.风电接入系统时的故障特征分析。要对整流方式的特点进行研究，并按照低电压状态下的短路故障研究技术，对全部的故障分析活动实施研究，切实保证所有的同步电机应用策略可以适应直趋式电动机的电容体系设计研究，保证变频器的发电系统能够适应无功补偿技术的应用要求，增强发电机和相关变频资源的技术应用价值。风电接入系统需要对电压的变化特点进行关注的收集，以便全部的控制活动都能适应直流电路的技术时间要求，保证所有的短路故障都能在控制系统的改进过程中进行高水平的技术处置。无功补偿设备的应用还不许同风力发电系统的运行特性保持一致，以便所有的技术应用模型都可以在仿真平台的影响下进行有效的处置，增强故障分析过程中的动态仿真技术应用水平。故障穿越技术的实施需要加强对电压的关注，避免电压的快速波动对短路故障的研究构成不利影响。

二、保护措施

1.常见故障诊断方法。一是基于解析模型的故障诊断法。在故障诊断刚起步时就开始应用这种故障诊断方法。使用该方法时，必须有准确的数学模型。

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该方法是把实测信息和模型输出信息进行分析对比，计算出实际输出和和理论输出之间的差值，根据对这些差值的分析、运算来进行故障分析诊断。在运算过程中，参数与状态是难点，需要对系统比较了解的前提下计算出系统的精确数学模型。在实际工况下，需要进行建模的生产设备具有不确定性，生产设备的模型会随着时间、温度和人为因素进行变化。二是基于信号处理的故障诊断法。这种方法把研究对象当作需要知道被控对象的输入和相应的输出信号对其进行建模，不需要知道具体的数学解析模型。研究对象的输入信号，输出信号，可以通过传感器测量并记录下来。使用信号特征向量提取方法提取信号的特征值，在建模阶段，可以通过建立特征值和故障之间的关系来建立对象的故障模型，然后把实时信号引入到模型中，通过信号分析来判断故障的种类和具体位置。基于信号处理的故障诊断方法具有比较好的实时性，这种诊断方法有非常快的诊断速度，灵敏度高，而且容易实现。但是缺陷很多，如：虽然诊断速度快，但是诊断精确度较低，极易出现故障的误判和漏判。基于信号处理的故障诊断方法主要分为3种，分别是频谱分析法、信息融合法、小波变化法。三是基于神经网络的故障诊断法。基于神经网络的故障诊断有很多优点：神经网络的知识表达形式统一，经过归一化后，知识库管理容易，通用性强，便于移植扩展。神经网络的知识获取容易实现，可以实现并行联想和自适应推理，而且容错能力强。神经网络能够表示事物之间的复杂关系。神经网络可以避免专家系统遇到的很多问题，比如：组合爆炸、无穷递归等问题。神经网络推理过程简单，可以实现实时在线诊断。神经网络在故障诊断的研究主要分为以下三个方向：（1）在模式识别方向。神经网络可以作为故障分类器进行设备的故障分类。（2）在预测方向。用神经网络可以作为动态模型的设备的故障预测。（3）在知识处理方向。可以把神经网络和专家系统融合，建立混合故障诊断系统。

2.电压的跌落直接导致定子电压出现突变，并引起定子磁链出现衰减情况，进而出现较为严重的震荡电流，这时，为了控制住这种严重的震荡电流，变换器就必须要输出较高的电压，如果变换器难以提供需要的高压，那么在电流的作用下，就会导致变换器出现损坏，为了避免这种情况的发生，在风电机组中大多设置了较大的转子保护电阻，尽管这种保护电阻可以在一定程度上抑制住转子的电流峰值，也可以吸收一部分转子的磁场储能，但是，如果旁路电阻逐渐增大，那么就会导致转子电压出现升高的情况，情况严重时就会导致变换器发生损坏，甚至导致发电机转子被击穿，因此，在保护电阻的设计中还要考虑到其他的问题，首先，保护电阻的设计不宜过小，要保证保护电阻可以限制转子短路电流对变换器和发电机的最大电流；其次，保护电阻的设计也不宜过大，电阻设计过大会导致转子侧出现高电压的情况，在三相短路故障的影响下，就会超过变换器以及发电机可以承受的最大电压，因此，保护电阻的设计一定要在规定的范围内。

对风力发电系统实施短路故障的分析，并制定相关优化策略，能够很大程度上提升风力发电系统的运行质量，并保证系统的各项故障都能在研究的过程中得到优化处理，保证电力资源的长期有效供应。风力发电在目前的电力生产中已经占据了重要的地位，在未来的能源结构中地位的重要性将会进一步显现。为了使得风力发电更好的发展，使得风力发电系统更加的安全，要积极的利用现代化技术做好风力发电机组重要部件诊断，防患于未然，这样风力发电系统的运行效率才会更高。

禾望电气

在新能源电控系统解决方案方面是最具竞争力的本土电气企业之一。公司专注于电能变换领域，帮助客户实现高效、可靠、高品质的发电、用电和电能传输。公司经过多年的研发投入，目前形成了以电力电子技术、电气传动技术、工业通信/互联技术和整机工艺/制造工艺技术为核心的技术平台。

因德威

光伏逆变器是公司的核心产品。公司已研发并网及储能全线二十多个系列光伏逆变器产品，功率覆盖 0.7kW～250kW，充分满足户用、扶贫、工商业及大型电站需求。

阳光电源

公司是全球光伏逆变器出货量最大的公司，产品有户用逆变器、组串逆变器、集中逆变器等全系列产品，涵盖3~6800kW功率范围，全面满足各种类型光伏组件和电网并网要求，整体市占率在逐步提升，公司是最早将物联网技术引入光伏行业的企业之一。

易事物

公司经过三十一年的发展，现已成全球新能源500强和竞争力百强企业，行业首批国家火炬计划重点高新技术企业，国家技术创新示范企业，国家知识产权示范企业。

正泰电器

正泰新能源拥有发、集、逆、变、配、送、控系统产品全产业链，配套丰富的工程总包与电站运维经验，是业内唯一具备系统集成和技术集成优势的全产品提供商，为客户提供一站式服务和完整的质量保证。

特变电工

新能源业务主要包括多晶硅、逆变器的生产,已打造成为集光电EPC项目总承包、设计运行、调试和维护为一体的，世界领先的新能源系统集成商，公司多晶硅总产能达到30000吨/年，生产规模居世界第四位，中国第二位。

盛弘股份

公司成立以来一直专注于电力电子技术，为国家高新技术企业。在电能质量领域，盛弘电气APF、SVG、ASVG等产品，应用全控型技术，将用户系统改善至THDi5%及PF0.99水平。在可再生能源领域，盛弘电气生产光伏逆变器、储能变流器、离网型逆变器、电动汽车充电桩，为用户提供太阳能、电动汽车、储能、并网、离网、微网型逆变器等多种绿色能源产品。

科士达

提供光伏逆变系统一体化解决方案,产品包括集中并网光伏逆变器、分布式光伏逆变器等同时向储能领域拓展新能源光伏+储能的新型业务模式。

汇川技术

在光伏发电领域，公司利用光伏逆变器、储能变流器、多向变换器等产品优势及供应链平台的管理优势，实现订单快速增长。

上能电气

上能电气股份有限公司深耕电力电子电能变换和控制领域，为用户提供光伏并网逆变、储能双向变流、电能质量治理等解决方案和系统集成，打造有效、安全、经济、绿色的电力能源。

太阳能光伏发电是21 世纪最为热门的能源技术领域之一，是解决人类能源危机的重要手段之一，引起人们的广泛关注。本文介绍了太阳能光伏并网 控制逆变器的工作过程，分析了太阳能控制器最大功率跟踪原理，太阳能光伏逆变器的并网原理及主要控制方式。

1 引言：

随着工业文明的不断发展，我们对于能源的需求越来越多。传统的化石能源 已经不可能满足要求，为了避免面对能源枯竭的困境，寻找优质的替代能源成为 人们关注的热点问题。可再生能源如水能、风能、太阳能、潮汐能以及生物质能 等能源形式不断映入人们的眼帘。水利发电作为最早应用的可再生能源发电形式 得到了广泛使用，但也有人就其的环境问题、安全问题提出过质疑，况且目前的 水能开发程度较高，继续开发存在一定的困难。风能的利用近些年来也是热点问 题，但风力发电存在稳定性不高、噪音大等缺点，大规模并网对电网会形成一定 冲击，如何有效控制风能的开发和利用仍是学术界关注的热点。在剩下的可再生 能源形式当中，太阳能发电技术是最有利用价值的能源形式之一。太阳能储量丰富，每秒钟太阳要向地球输送相当于210 亿桶石油的能量，相当于全球一天消耗的能量。我国的太阳能资源也十分丰富，除了贵州高原部分地区外，中国大部分 地域都是太阳能资源丰富地区，目前的太阳能利用率还不到1/1000。因此在我国 大力开发太阳能潜力巨大。

太阳能的利用分为“光热”和“光伏”两种，其中光热式热水器在我国应用广 泛。光伏是将光能转化为电能的发电形式，起源于100 多年前的“光生伏打现象”。 太阳能的利用目前更多的是指光伏发电技术。光伏发电技术根据负载的不同分为离网型和并网型两种，早期的光伏发电技术受制于太阳能电池组件成本因素，主要以小功率离网型为主，满足边远地区无电网居民用电问题。随着光伏组件成本的下降，光伏发电的成本不断下降，预计到2013 年安装成本可降至1.5 美元/Wp，电价成本为6 美分/(kWh)，光伏并网已经成为可能。并网型光伏系统逐步成为主流。

本文主要介绍并网型光伏发电系统的系统组成和主要部件的工作原理。

2 并网型光伏系统结构

图1 所示为并网型光伏系统的结构。并网型光伏系统包括两大主要部分：其一，太阳能电池组件。将太阳传送到地球上的光能转化成直流电能；其二，太阳能控制逆变器及并网成套设备，负责将电池板输出直流电能转为电网可接受的交流能量。根据功率的不同太阳能逆变器的输出形式可为单相或者三相；可带隔离变压器，也可不配隔离变压器。

太阳能控制逆变器及并网成套设备，主要包括控制器、逆变器以及监控保护单元组成。控制器主要实现太阳能电池板的最大功率跟踪，逆变器主要负责将控制器输出的直流电能变换成稳压稳频的交流电能馈送电网，监控保护单元主要负责发电系统安全相关问题如孤岛效应的保护，并及时与上位机通讯传递能量传输信息。

3 太阳能控制器及其原理

3.1 太阳能电池组件模型

图2 所示硅型光伏电池板的理想电路模型。其中，Iph是光生电流，Iph值与光伏电池的面积、入射光的辐射度以及环境温度相关。ID为暗电流。没有太阳光照射的情况下，硅型太阳能电池板的基本外特性类似于普通的二极管。暗电流是指光伏电池在没有光照条件下，在外电压的作用下PN结流过的单向电流。v为开路电压，RS为串联电阻一般小于1 欧姆，RSH为旁路电阻为几十千欧。

光伏电池的理想模型可由下式表示：

其中，v 为电池板热电势。

图3 表述在特定光照条件下电池板的伏安特性。阴影部分是电池板在相应条件下所能够输出的最大功率。太阳能电池板在高输出电压区域，具有低内阻特性，可以视为一系列不同等级的电压源；在低输出电压区域内，该电源有高内阻特性，可以视为不同等级的电流源。电压源与电流源的交汇处便是电池板在相应条件下的最大输出功率。在电池板的温度保持不变的情况下，这个极大功率值会随着光照强度的变化而变化，最大功率跟踪要求能够自动跟踪电池板的工作在输出功率极大的条件。

3.2 太阳能控制器电路拓扑

图4 为太阳能控制器的电路拓扑结构，从原理上说是以及升压斩波器，通过调整开关器件S 的占空比，调节电池板的等效负载阻抗，实现对电池板的最大功率跟踪功能。

3.3 最大功率跟踪方法

最大功率跟踪技术有两种技术路线：其一是CVT 技术，控制电池组件端口电压近似模拟最大功率跟踪，这种方法原理简单但是跟踪精度不够；其二是MTTP 技术，实时检测光伏阵列输出功率，通过调整阻抗的方式满足最大功率跟踪。目前，太阳能逆变器厂家广泛采用的MPPT 技术。目前，常用的MTTP 方法有两种。

（A ）干扰观测法（P&O）：

干扰观测法每隔一定时间增加或减少电压，通过观测功率变化方向，来决定下一步的控制信号。如果输出功率增加，那么继续按照上一步电压变化方向改变电压，如果检测到输出功率减小，则改变电压变化的方向，这样光伏阵列的实际工作点就能逐渐接近当前最大功率点。如果采用DC/DC 变换器实现MPPT 控制，在具体实施时应通过对占空比施加扰动来调节光伏阵列输出电压或电流，从而达到跟踪最大功率点的目的。如果采用较大的步长对占空比进行“干扰”，这种跟踪算法可以获得较快的跟踪速度，但达到稳态后光伏阵列的实际工作点在最大功率点附近振荡幅度比较大，造成一定的功率损失，采用较小的步长则正好相反。

（B）电导增量法（INC）：

光伏电池在最大功率点Pm处dP/dU=0，在Pm两端dP/dU均不为0。

而

则有

要使输出功率最大，必须满足（4 ）式，使阵列的电导变化率等于负的电导值。首先假设光伏阵列工作在一个给定的工作点，然后采样光伏阵列的电压和电流，计算Δv =v (n) - v (n-1)和Δi =i (n) - i (n-1)，其中(n)表示当前采样值，(n-1)为前一次的采样值；如果Δv=0，则利用Δi 的符号判断最大功率点的位置；如果Δv≠0，则依据Δi /Δv +I /V 的符号判断。

这种跟踪法最大的优点是当光伏电池的光照强度发生变化时，输出端电压能以平稳的方式追随其变化，电压波动较扰动观测法小。缺点是其算法较为复杂，对硬件的要求特别是对检测元件的精度要求比较高，因而整个系统的硬件成本会比较高。

4 太阳能逆变器及其工作原理

太阳能逆变器的电路拓扑如图5 所示，5-a)是单相并网逆变器电路拓扑，5-b)是三相并网逆变器电路拓扑。从电路拓扑结构上看属于电压型控制逆变电路。从控制方式上属于电流控制型电路。

4.1 电路的基本工作原理

以图6 的单相光伏逆变电路分析。

按照正弦波和载波比较方式对S -S 进行控制，交流侧AB处产生SPWM波1 4 ，u 中含有基波分量和高次谐波，在L 的滤波作用下高次谐波可以忽略，当

AB AB Su 的频率与电网一致时，i 也是和电网一致的正弦波。在电源电压一定的条件下，

AB s i 的幅值和相位仅有u 的基波的幅值和相位决定，这样电路可以实现整流、逆变

s AB以及无功补偿等作用。图7 所示是电路的运行向量图，其中7-a)是整流运行，7-b)是逆变运行，7-c)是无功补偿运行，7-d)是I 超前φ角运行。单相光伏逆变器工作

s 在7-b)状态。

4.2 电路的基本控制方法

光伏逆变器对于功率因数有较高要求，为了准确实现高功率因数逆变，需要对输出电流进行控制，通常的电流控制方式有两种：其一是间接电流控制，也称为相位幅值控制，按照图7 的向量关系控制输出电流，控制原理简单，但精度较差，一般不采用；其二是直接电流控制，给出电流指令，直接采集输出电流反馈，这种控制方法控制精度高，准确率好，系统鲁棒性好，得到广泛应用。

5 监控保护单元简介

监控保护单元的主要作用有：

保护发电设备的安全以及电网的安全；

型代表，如何准确测定孤岛效应也是监控保护单元的重要作用；

区，智能电量管理和系统状况检测上报也是光伏发电系统需要重点考虑的因素。

5.1 并网保护装置

并网保护装置主要实现以下保护功能：低电压保护、过电压保护、低频率保护、国频率保护、过电流保护以及孤岛保护策略等内容。通常大型光伏电站需要设置冗余保护装置，保证系统故障时及时处理。

5.2 孤岛检测技术

孤岛效应是指并网逆变器在电网断电时，并网装置仍然保持对失压电网中的某一部分线路继续供电的状态。当电网的某一区域处于光伏发电的孤岛状态时电网将不再控制这个电力孤岛的电压和频率。孤岛效应会对光伏发电系统与电网的重连接制造困难，同时可能引起电气元件以及人身安全危害，因此孤岛效应必须避免。目前常用的孤岛效应检测方法主要有两种，分别是被动检测方法和主动式检测方法。

(A)被动式孤岛检测：

孤岛的发生和电网脱离时的负载特性及与电网之间的有功和无功交换有很大的关系。电网脱离后有功的波动会引起光伏系统端口电压的变化，无功的波动会引起光伏系统输出频率的变化。电网脱离后，如果有功或者无功的波动比较明显，通过监测并网系统的端口电压或者输出频率就可以检测到孤岛的发生，这就是被动式孤岛检测方法的原理。然而在电网脱离后，如果有功和无功的波动都很小，此时被动式检测方法就存在检测盲区。

（B ）主动式孤岛检测：

主动式孤岛检测方法中用的比较多的是主动频移法（AFD ），其基本原理是在并网系统输出中加入频率扰动，在并网的情况下，其频率扰动可以被大电网校正回来，然而在孤岛发生时，该频率扰动可以使系统变得不稳定，从而检测到孤岛的发生。这类方法也存在“检测盲区”，在负载品质因数比较高时，若电压幅值或频率变化范围小于某一值，系统无法检测到孤岛状态。另外，频率扰动会引起输出电流波形的畸变，同时分析发现，当需要进行电能质量治理时，频率的扰动会对谐波补偿效果造成较严重的影响。智能电量管理及系统状况监控系统大型光伏电站由于地处偏远地区，常常为无人值守电站。为了准确计量电站的电能输出及系统运行状况需要设立智能电量管理及系统状况监控系统。系统往往基于计算机数据处理平台以及互联网技术将分散的发电系统信息收集到集中控制中心进行数据分析处理工作，这部分的工作原理及系统结构在本文中不在详述。

6 结语

本文主要介绍了光伏并网系统的结构，分析了其主要组成部件的系统框图、功能。给出了最大功率跟踪的基本原理，分析了光伏逆变器的主要电路拓扑结构及控制方式。太阳能光伏发电技术作为有可能彻底改变人们生活的朝阳技术，拥有美好的未来，让我们共同期待光伏技术在明天为人类做出更大的贡献。

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而当今不断增长的能源消耗源于多媒体、通信和 IT 设备。

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