光伏并网逆变器工作原理

太阳能电池阵列通过正弦波脉宽调制逆变器向电网输送电能，逆变器馈送给电网的电能由太阳能电池阵列功率和当时当地的日照条件决定。逆变器除了具有直流-交流转换功能外，还必须具有太阳能电池阵列的最大功率跟踪功能和各种保护功能。目前，电压源型逆变器技术已日趋成熟，电压型逆变器主电路如图1所示。

  光伏发电并网系统运行时的电路原理如图2所示，V_p为逆变器输出电压，V_u为电网电压，R为线路电阻，L为串联电抗器，I_z则为回馈电网的电流。为保证回馈功率因数为1，回馈电流的相位必须与电网电压的相位一致。以电网电压V_u为参考，则I_z与V_u同相位。内阻R两端的电压V_R与电网电压相位一致，而电抗器两端电压V_L的相位则落后于电压V_R90o，由此可以求得V_P的相位和幅值：

 式中：ω为公用电网角频率。

  在实际电路中，V_u的相位、周期和幅值由电压传感器检测得到，由于在实际系统中R是很难得到的，因此回馈电流I_z的相位必须采用电流负反馈来实现，回馈电流I_z的相位角的参考相位即为公用电网相位。用电流互感器随时检测I_z，确保I_z与电网电压相位一致，以实现功率因数为1的回馈发电。

实用的光伏发电并网系统运行专用逆变器主电路功率管采用IGBT，容量为50A、600V，型号为2MBI50N-060。隔离驱动电路采用东芝公司生产的TLP250。逆变器的控制部分由微处理器完成。主控芯片采用INTEL公司最新推出的逆变或电机驱动专用16位微处理器87C196MC，该芯片除了具有16位运算指令外，还具有专用的脉宽调制(PWM)输出口，包括一个10位A/D转换器、一个事件处理阵列、两个16位定时器和一个三相波形发生器。三相波形发生器的每相均能输出两路死区时间可以设定的PWM信号。

  微处理器主要完成电压相位实时检测、电流相位反馈控制、太阳能电池阵列最大功率跟踪以及实时正弦波脉宽调制信号发生，其工作过程如下：公用电网的电压和相位经过霍尔电压传感器送给微处理器的A/D转换器，微处理器将回馈电流的相位与公用电网的电压相位作比较，其误差信号通过PID调节后送给PWM脉宽调制器，这就完成了功率因数为1的电能回馈过程。微处理器完成的另一项主要工作是实现太阳能电池阵列的最大功率输出。太阳能电池阵列的输出电压和电流分别由电压、电流传感器检测并相乘，得到太阳能电池阵列输出功率，然后调节PWM输出占空比。这个占空比的调节实质上就是调节回馈电压大小，从而实现最大功率寻优。

从图2可以得知，当Vp的幅值变化时，回馈电流与电网电压之间的相位角φ也将有一定的变化。由于电流相位已实现了反馈控制，因此自然实现了相位与幅值的解耦控制，使微处理器的处理过程更简便。另外，光伏发电并网运行还必须考虑公用电网停电时的工作状况。常规的光伏发电并网系统，在公用电网停电时则停止逆变器工作。

  其工作原理如下：当公用电网断电时，电网侧相当于短路状态，此时并网运行的逆变器将由于过载而自动保护。当微处理器检测到过载时，除封锁SPWM信号外，还将断开与电网连接的断路器，此时若太阳能电池阵列有能量输出，逆变器将在单独运行状态下运行。单独运行时控制相对简单，即为交流电压的负反馈状态，微处理器通过检测逆变器输出电压并与参考电压（通常为220V）比较，然后控制PWM输出占空比，实现逆变和稳压运行。当然，单独运行的前提是太阳能电池阵列在当时能够提供足够的功率。若负载太大或日照条件较差，则逆变器无法输出足够的功率，太阳能电池阵列的端电压即会下降，从而使输出交流电压降低而进入低压保护状态。当电网恢复供电时，将自动切换至回馈状态。