光伏并网系统的电路优化设计案例
目录
光伏并网系统的电路优化设计案例 1
1.1光伏并网系统的体系结构 1
1.1.1几种主要的体系结构分析与比较 1
1.1.2基于多支路结构的光伏并网系统 4
1.2光伏并网逆变器的拓扑结构 6
1.3光伏并网逆变器的优化设计 9
1.1.1基于高频隔离型Cuk式结构 9
1.1.2高频隔离型Cuk式电路原理 9
光伏发电系统其主要的缺点是建造成本较高，且光能转换效率较低。所以需要研究造价低、性能高的新型光电性能转换材料和器件的同时，还需进一步降低光伏发电系统的本身损耗，提高系统的效率。光伏并网逆变器效率的高低不仅影响和决定整个光伏发电系统的稳定、安全、可靠，而且还直接影响系统的使用寿命。正因如此，逆变器作为整个光伏发电系统的核心，研究其结构和控制方法极有利于提高系统发电效率以及降低成本。
1.1光伏并网系统的体系结构
根据与电源系统关联的密钥，太阳能系统软件分为离网太阳能系统软件和并网太阳能系统软件。离网太阳能系统软件未连接到电源系统的电网。作为移动开关电源，它主要用于远程郊区电源系统中。光伏并网系统软件连接到电源系统的电网，并且可以显示电源系统的有功和无功电能电磁能。如今，全球太阳能系统软件流行的应用方法是光伏并网发电，即系统软件根据并网逆变器连接到本地电网，以及太阳能发电产生的电磁能。系统软件根据电网进行分配。电力项目等的局部负载或削峰。光伏并网系统软件通常由三部分组成：太阳能阵列，逆变器电源和电网。其中，太阳能阵列由太阳能模块组成，根据应用可以将不同的组件串联和并联连接。由于太阳能发电系统需要大的输出功率输出，因此对系统的输出功率具有直接危害：一方面，不同组件的串联和并联方式将对输出功率造成关键危害；另一方面，不同组件的串联和并联方式将对输出功率造成重大危害。另一方面，根据输出功率水平，逆变器电源的结构也会改变。
1.1.1几种主要的体系结构分析与比较
根据光伏阵列的分布和功率水平的不同，连接到电网的光伏系统的结构可以
分为以下几种类型：
1、集中式结构，由串联和并联连接所有光伏光伏模块组成。形成光伏阵列。然后产生一个光伏阵列。高直流电压通过并网逆变器从DC集中到AC,然后将功率馈入电网。集中式结构最常用于1980年代中期，通常用于功率大于10KW的并网光伏系统。它的主要优点是：系统仅使用连接到电网的逆变器，因此结构简单且逆变器效率更高。然而，随着并网光伏系统的蓬勃发展，集中式结构也突出了以下缺点。旁路二极管和阻塞二极管会增加系统损耗。抗热点和抗阴影能力差，系统功率失配现象严重。PV特性曲线看起来复杂且多峰，并且单个集中式结构很难实现良好的最大功率点跟踪(MPPT)。这种结构需要较高电压的DC总线将并网逆变器连接到PV阵列，这不仅降低了安全性，而且增加了成本。系统扩展性和冗余性很差。尽管存在上述缺点，但集中式结构由于其单位发电成本低且可达到兆瓦级的功率输出而更适合于具有高功率水平的应用，例如光伏电站。因此，该结构仍具有一定的应用价值。
2、交流模块式结构。它最早由Kleinkauf教授于20世纪80年代提出，交流模块式结构是指将并网逆变器与光伏阵列集成为一体，成为一个个单独的光伏发电模块。交流模块具有以下优点：无阻塞和旁路二极管，光伏组件损耗低；无热斑和阴影问题；每个模块独立MPPT设计，最大程度地提高了系统发电效率。
交流光伏模块的功率等级较低，一般在50~400W。在同等功率水平条件下交流模块结构的价格远高于其他结构类型，而且由于采用小容量逆变器设计，因而逆变效率相对较低。另一方面，某些国家要求逆变器必须与电网隔离，这将进一步增加成本。
逆变器
逆变器
PV
PV
PV
电网
PV
PV
PV
交流模块式结构图
3、串型结构。如图所示，串型结构是由光伏组件通过串联构成光伏阵列来实现的并网的体系结构。该结构出现于20世纪90年代中期，集交流模块式和集中式两种结构的优点于一身。串行结构的输出电压在150~450V,甚至更高，功率等级可以高达几个千瓦左右。串型结构的优点如下：串型结构中由于阵列中省去了阻塞二极管，阵列损耗下降；抗热斑和抗阴影能量增加，多串MPPT设计，运行效率高；系统扩展和冗余能力增强。
串型结构存在的不足主要是：系统仍有热斑和阴影问题，另外，逆变器数量增多，扩展成本增加且逆变效率相对有所降低，但逆变效率仍然高于交流模块式结构的逆变效率
在串型结构中，光伏组件串联构成的光伏阵列直接与并网逆变器相连，与集中式结构不同的是它不需要直流母线。不过，串型结构仍然存在问题，