光伏發電逆變技術的發展趨勢及解決方案

逆變器對于孤島效應的控制，孤島效應的檢測 一般分成被動式與主動式。常常采用主動檢測法如 脈沖電流注入法 、輸出功率變化檢測法、主動頻率 偏移法和滑模頻率偏移法等。隨著光伏并網發電系 統進一步的廣泛應用，當多個逆變器同時并網時， 不同逆變器輸出的變化非常大。將來多逆變器的并 網通信、協同控制已成為其孤島效應檢測與控制發 展趨勢。2 高壓、大容量逆變器的關鍵技術

目前，我國小型、低壓用戶直接并網的光伏逆 變器有了較成熟的產品，對于高壓大功率并網逆變 器的研究正處于研制階段。本文介紹了一種采用高 電壓、MW 級大容量并網的方式，并達到了高壓并 網要求的技術。

該逆變器采用九電平變基準疊加 PWM 與矢量 控制相結合的控制方法來控制 IGBT 開關，通過三 相 IGBT 功率模塊及優化的網絡拓撲結構將直流逆 變成完美無諧波的正弦電壓、電流波形，并采用數 學模糊集合基礎上的頻率偏移主動式反孤島控制，與電網智能化軟連接并網運行。

2.1 技術原理

2.2 九電平 IGBT 開關拓撲電路 逆變器采用的拓撲電路是變基準疊加技術的九 電平完美無諧波開關網絡拓撲電路，如圖2 所示。

(1)結構及原理描述

如圖 2 所示，變基準疊加技術的九電平完美無 諧波開關網絡拓撲電路，由三個單相的開關網絡拓 撲電路組成， U 相開關網絡拓撲電路由 6 個二極管 D1-D6、D 10 個絕緣柵雙極三極管 IGBT1-IGBT10、電 阻 R1、 R2 和電容 C1、 C2 構成。同理，開關網絡拓撲電路的 V 相和 W 相的所有元器件與 U 相的開關 網絡拓撲電路完全相同。

電路中 IGBT1、 IGBT5、 IGBT4、 IGBT8 用作 PWM 控制， IGBT2 、 IGBT3 、 IGBT6 、 IGBT7 用作電平疊 加， 與其相對應的 D3、D4、D5、D6 均為箝位二極管。

IGBT 開關工作原理是：如圖 2 所示，當 U 相 的開關 IGBT3、 IGBT4 和 IGBT5、 IGBT6 以及 V 相 的 IGBT2、IGBT7、IGBT8 導通時，在 V 相的 IGBT1 上施加 PWM 信號時，就會產生如圖 3 所示的九電 平信號。如圖 2 所示，當 U 相的 IGBT3、IGBT4 和 IGBT5、 IGBT6 以及 V 相的 IGBT2、 IGBT7 導通時， 在 V 相的 IGBT1 上施加脈沖寬度調制 PWM) ( 信號 時，就會產生如圖 4 所示的四電平信號。 根據上述原理，配合不同的開關狀態，可以產生出 -4E~4E 九個電平信號。在每一個電平臺階上， 可根據不同脈寬的 PWM 信號，模擬出本段的波形， 從而能夠形成比較完美的正弦波。

(2)與傳統技術進行比較的優勢

本逆變器采用了上述結構與傳統技術相比，具 有以下幾點優勢：

1)利用低電壓、小功率的 IGBT 開關的組合實 現了大功率高電壓逆變器的開關網絡拓撲電路。

2)逆變器輸出電壓波形為九電平完美無諧波， 其 THD 各項指標均滿足 IEEE 要求。

3)電路易于控制，用 PWM 控制去完成系統的 無功功率分布，進而達到使系統功率因數趨于 1。

4)與傳統的多重化結構比較：若輸出九電平波 形，多重化電路需要 16 個 IGBT 開關。本逆變器拓 撲電路采用疊加技術，每相只需 10 個 IGBT 開關。2.3 九電平開關操作及并網運行主控制器原理

圖 5 為九電平開關操作及并網運行主控制器原 理框圖，其特點為：通過檢測開關狀態提高 IGBT 開關的可靠性和易操作性，并實時檢測比較九電平 IGBT 開關輸出端與電網端的電流、電壓、頻率、波 形等相關信息，完成智能化軟啟動并網運行及反孤島運行的功能。