艾欣，韓曉男，孫英云

（華北電力大學(xué)新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102206）

摘要：介紹了光伏發(fā)電的優(yōu)勢(shì)及發(fā)展方向，著重闡述了國(guó)內(nèi)外光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景。鑒于光伏發(fā)電出力的隨機(jī)性和不連續(xù)性，最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)（MPPT）一直都是研究重點(diǎn)，隨著光伏技術(shù)的發(fā)展，MPPT也為了滿足新的要求而不斷發(fā)展，一些改進(jìn)方法應(yīng)運(yùn)而生，以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性并適應(yīng)各種運(yùn)行條件。光伏電站并入電網(wǎng)運(yùn)行會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成多方面影響，例如孤島效應(yīng)、諧波污染、無(wú)功補(bǔ)償、電壓閃變等問(wèn)題，隨著光伏電站容量的增大，上述問(wèn)題更是迫切需要解決，本文總結(jié)了一些目前用于解決這些問(wèn)題的方法。逆變器是光伏發(fā)電并網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，在這方面本文敘述了并網(wǎng)逆變器的功能，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的發(fā)展、有待解決的問(wèn)題以及大型光伏電站并網(wǎng)逆變器的發(fā)展趨勢(shì)。

0引言

世界范圍內(nèi)三大化石能源的儲(chǔ)量正在日趨枯竭，能源危機(jī)已經(jīng)成為人類面臨的最大挑戰(zhàn)。因此，為了保證人類生態(tài)環(huán)境，同時(shí)又減少大氣污染，維持能源的長(zhǎng)期穩(wěn)定供應(yīng)，各國(guó)都在大力發(fā)展可再生能源，與水電、風(fēng)電、核電等相比，太陽(yáng)能發(fā)電擁有無(wú)噪音、無(wú)污染、制約少、故障率低、維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。另外，豐富的太陽(yáng)輻射能，是取之不盡用之不竭的廉價(jià)能源。太陽(yáng)能每秒鐘到達(dá)地球的能量高達(dá)80萬(wàn)kW，如果把地球表面的0．1％的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，且轉(zhuǎn)化率為5％，那么每年發(fā)電量可達(dá)5．6×1012kWh，相當(dāng)于目前全球能耗的40倍。

經(jīng)過(guò)多年的研究，光伏發(fā)電已經(jīng)成為較為成熟的一項(xiàng)新能源技術(shù)，其中光伏電站的大型化和并網(wǎng)化已經(jīng)成為今后的發(fā)展方向及研究重點(diǎn)。并網(wǎng)光伏系統(tǒng)指的是光伏發(fā)電系統(tǒng)與常規(guī)電網(wǎng)相聯(lián)，一起承擔(dān)供電的任務(wù)。隨著光伏技術(shù)的不斷發(fā)展，光伏電能已經(jīng)漸漸由補(bǔ)充能源向替代能源過(guò)渡。

1光伏發(fā)電國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與前景

1．1國(guó)內(nèi)

自1985年起，我國(guó)就進(jìn)行光伏器件的研究，并且在20世紀(jì)70年代的時(shí)候制造出空間光伏電源，到了80年代，我國(guó)還漸漸引進(jìn)了美國(guó)單硅太陽(yáng)能電池以及非晶體硅太陽(yáng)能電池。經(jīng)過(guò)多年的努力，光伏在我國(guó)已經(jīng)迎來(lái)了快速發(fā)展的階段，在發(fā)展政策方面，金太陽(yáng)工程的實(shí)施使得光伏產(chǎn)業(yè)得到了極大的支持。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至到1997年，我國(guó)安裝各類光伏系統(tǒng)的總量（其中包括進(jìn)口系統(tǒng)）已達(dá)到11MW，并且還先后建立了20kW以上光伏電站7座，其中1998年在西藏安多縣海拔4500m處，我國(guó)建成的100kW光伏電站，還成為世界上最高的光伏電站。2010年1月16日，采用陽(yáng)光電源大型并網(wǎng)逆變器的3個(gè)大型光伏電站并網(wǎng)發(fā)電儀式在寧夏吳忠市太陽(yáng)山集中舉行，這是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)光伏電站最大規(guī)模的一次性并網(wǎng)，這次成功并網(wǎng)為我國(guó)荒漠光伏電站的推廣應(yīng)用起到了良好的示范和借鑒作用，在中國(guó)新能源行業(yè)和低碳經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域具有重要意義。另外值得一提的是，在2010年的上海世博會(huì)上，由合肥陽(yáng)光電源有限公司承建的世博會(huì)主體工程———主題館、中國(guó)館的大型光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電取得成功，為舉世矚目的上海世博會(huì)提供了清潔綠色的電力。

在我國(guó)，76％的國(guó)土光照充沛，全年輻射總量為917～2333kWh／m2，理論總儲(chǔ)量為147×108GWh/a，光能資源分布較為均勻，資源優(yōu)勢(shì)得天獨(dú)厚，所以光伏發(fā)電應(yīng)用前景十分廣闊。我國(guó)能源供應(yīng)中占主導(dǎo)地位的煤，其消耗量相當(dāng)之大，同時(shí)也帶來(lái)了眾多嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題，從環(huán)境和能源雙重考慮，我國(guó)政府已經(jīng)著手計(jì)劃并采取有效的措施以發(fā)展可再生能源技術(shù)。根據(jù)2007年我國(guó)制定的《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》可知，到2020年太陽(yáng)能發(fā)電總?cè)萘繉⑦_(dá)180萬(wàn)kW，并且按照有關(guān)專家的預(yù)測(cè)，這一數(shù)字有望達(dá)到1000萬(wàn)kW。

從市場(chǎng)方面考慮，我國(guó)仍有許多地區(qū)處于缺電甚至無(wú)電的狀態(tài)，人民急需生活用電，再加上我國(guó)的經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，為光伏市場(chǎng)提供了更好的發(fā)展空間，可以預(yù)測(cè)并網(wǎng)型光伏電站很快就會(huì)進(jìn)入市場(chǎng)，一定會(huì)為提升人民生活質(zhì)量做出巨大的貢獻(xiàn)。

1．2國(guó)外

在全球，光伏產(chǎn)業(yè)一直處于發(fā)展迅速的狀態(tài)，1996年到2006年這10年里，太陽(yáng)電池及組件生產(chǎn)的年平均增長(zhǎng)率高達(dá)33％，早已經(jīng)成為現(xiàn)如今發(fā)展最迅速的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。2004年世界光伏電池及組件產(chǎn)量已達(dá)到1200MW，這其中日本生產(chǎn)量為610MW，超過(guò)50．8％；歐洲320MW，占據(jù)26．7％；美國(guó)135MW，占據(jù)11．25％；其他國(guó)家總產(chǎn)量為135MW，占據(jù)11．25％。隨著技術(shù)的發(fā)展，并網(wǎng)發(fā)電在光伏市場(chǎng)中的份額逐漸開(kāi)始增加并慢慢占據(jù)主導(dǎo)地位，并網(wǎng)光伏系統(tǒng)在太陽(yáng)能發(fā)電中的比例不斷變大，光伏發(fā)電已經(jīng)開(kāi)始逐漸從偏遠(yuǎn)地區(qū)的特殊用電向城市的生活用電過(guò)渡。21世紀(jì)以來(lái)，全球太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電年度并網(wǎng)容量增長(zhǎng)44．1倍，從2000年的187MW遞增至2008年得12．95GW，年增長(zhǎng)率達(dá)60．99％，同比2007年增長(zhǎng)了72．67％。全球太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電并網(wǎng)累計(jì)總量增長(zhǎng)10．5倍，從2000年的1．435GW增長(zhǎng)至2008年的16．4GW，年增長(zhǎng)率35．6％，同比2007年增長(zhǎng)60．78％，據(jù)統(tǒng)計(jì)，到了2010年，全球累計(jì)并網(wǎng)接近30GW。在歐洲，2010年左右，歐盟安裝的太陽(yáng)能光伏容量已經(jīng)達(dá)到3GW，預(yù)計(jì)到2020年，太陽(yáng)電池組件的年產(chǎn)量將達(dá)到54GW。

在世界各國(guó)中，日本由于資源緊缺，很早便重視發(fā)展光伏發(fā)電，并且從1999年起太陽(yáng)電池組件的生產(chǎn)就超過(guò)了美國(guó)而居世界第一位，在其提出的面向2030光伏路線圖的概述中還明確指出，到2030年，全國(guó)累計(jì)安裝太陽(yáng)電池組件容量要達(dá)到1000GW。

在美國(guó)，1999年前，其太陽(yáng)能光伏研究與發(fā)展一直處于世界第一，但隨后因?yàn)榉N種原因，漸漸落后于日本及歐洲。2004年9月，美國(guó)提出了我們太陽(yáng)電力的未來(lái)：2030及更久遠(yuǎn)的美國(guó)光伏工業(yè)線路圖，明確要恢復(fù)美國(guó)在光伏領(lǐng)域上領(lǐng)先地位的目標(biāo)，政府增加科研投入，于是在那之后，美國(guó)安裝太陽(yáng)電池組件的增長(zhǎng)率每年大概都在30％以上，同時(shí)美國(guó)預(yù)計(jì)，到2020年時(shí)累計(jì)安裝太陽(yáng)能電池組件容量將達(dá)到36GW，平均每年安裝7．2GW，到2030年累計(jì)安裝太陽(yáng)電池組件容量將達(dá)到200GW，太陽(yáng)能發(fā)電總量將高達(dá)3699億kWh。

全世界光伏技術(shù)的飛速發(fā)展，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①累計(jì)安裝太陽(yáng)電池組件容量增加；②太陽(yáng)電池組件的價(jià)錢不斷降低；③太陽(yáng)電池組件的壽命不斷增長(zhǎng)；④硅材料的消耗降低；⑤屋頂并網(wǎng)光伏系統(tǒng)增多；⑥發(fā)電成本降低，電價(jià)降低；⑦大型光伏電站越來(lái)越多。

2光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

光伏發(fā)電最大的特點(diǎn)就是其輸出的隨機(jī)性、不連續(xù)性和不確定性，而且光伏輸出還與其影響因子呈現(xiàn)非線性的關(guān)系。太陽(yáng)輻照度和周圍的環(huán)境溫度都是人們所無(wú)法控制的，而這兩點(diǎn)卻恰恰是影響光伏發(fā)電輸出的關(guān)鍵，隨著輻照度和溫度的改變，光伏陣列的輸出端電壓隨之改變，從而光伏陣列的輸出功率也將改變。所以，光伏發(fā)電的最大功率點(diǎn)跟蹤（Maximum Power Point Tracking MPPT）成為了研究重點(diǎn)，MPPT的目的是使光伏陣列在輻照度和溫度改變時(shí)仍能獲得最大功率輸出，并且還要求MPPT具有快速性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

MPPT算法可以分為自尋優(yōu)法和非自尋優(yōu)法兩大類，自尋優(yōu)法包括爬山法、擾動(dòng)觀測(cè)法、電導(dǎo)增量法、恒定電壓法、短路電流法、寄生電容法等；而非自尋優(yōu)法主要是曲線擬合法。相比之下，自尋優(yōu)法應(yīng)用更為廣泛，每種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。以下是幾種常見(jiàn)MPPT的工作原理。

2．1恒定電壓法

相對(duì)于溫度變化對(duì)光伏陣列輸出功率引起變化，輻照度的變化對(duì)光伏陣列輸出功率的影響更加明顯，而經(jīng)過(guò)研究得出結(jié)論，不同輻照度下最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸出電壓變化量不是很大（如圖1所示）。因此可以粗略認(rèn)為最大輸出功率對(duì)應(yīng)某個(gè)恒定的電壓，就是說(shuō)可以把MPPT控制簡(jiǎn)化當(dāng)作穩(wěn)壓控制。此方法的優(yōu)點(diǎn)是控制起來(lái)簡(jiǎn)單，比較容易實(shí)現(xiàn)，但是由于其忽略了溫度對(duì)光伏出力的影響，所以精度并不是很高。

2．2擾動(dòng)觀測(cè)法

在光伏陣列正常運(yùn)行時(shí)，通過(guò)不斷加以微小的電壓波動(dòng)來(lái)擾動(dòng)光伏陣列的輸出電壓，在端電壓變化的同時(shí)檢測(cè)輸出功率變化的方向，就能確定尋優(yōu)方向，從而決定下一步電壓參考值的大小（如圖2所示）。此方法較恒定電壓法精度更高，而且被測(cè)參數(shù)少，易于實(shí)現(xiàn)。但是此方法不適合環(huán)境快速變化的時(shí)候使用，而且由于不斷的人為加入的擾動(dòng)，光伏輸出功率不能穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)上，而是在其附近震蕩。

2．3導(dǎo)納增量法

由光伏陣列的P-V特性曲線可知，存在唯一的最大功率點(diǎn)，并且在最大功率點(diǎn)處，功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)為零。因此，有

因此，當(dāng)輸出電導(dǎo)的變化量等于輸出電導(dǎo)的負(fù)值時(shí)，光伏陣列工作點(diǎn)即為最大功率點(diǎn)，這就是所謂的導(dǎo)納增量法。此方法有極高的準(zhǔn)確性，而且當(dāng)環(huán)境快速變化時(shí)仍能具有很好的跟蹤性。但是相比之下導(dǎo)納增量法實(shí)現(xiàn)起來(lái)也較為復(fù)雜，對(duì)微處理器的要求也是比較高的。

2．4小結(jié)

早期的光伏系統(tǒng)大多采用恒定電壓控制法，因?yàn)樵摲椒ê?jiǎn)單易行，且基本能跟蹤最大功率點(diǎn)，但隨著電力電子及控制技術(shù)的發(fā)展，恒壓法的簡(jiǎn)單性與其造成的能量損失相比已經(jīng)變得很不合理。因此新的控制方法應(yīng)運(yùn)而生，例如文獻(xiàn)[10]經(jīng)仿真對(duì)比后得出結(jié)論，大容量并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的MPPT通常會(huì)選擇擾動(dòng)觀測(cè)法。而文獻(xiàn)[13]中采用了具有優(yōu)良跟蹤性能的導(dǎo)納增量法來(lái)實(shí)現(xiàn)單級(jí)光伏并網(wǎng)的MPPT。

隨著在這方面的研究不斷加深，一些基于上述自尋優(yōu)算法的改進(jìn)算法也隨之產(chǎn)生，例如文獻(xiàn)[14]中提出了一種基于電導(dǎo)增量法的改進(jìn)算法，從而能改善最大功率點(diǎn)附近的振蕩現(xiàn)象，提高光伏電池的發(fā)電效率。文獻(xiàn)[15]又提出了一種基于擾動(dòng)觀測(cè)法的改進(jìn)算法，可以區(qū)分是由擾動(dòng)自身引起的輸出功率變化還是由于輻照度變化引起的輸出功率變化，改進(jìn)后的算法在輻照度突然變化的情況下仍可以進(jìn)行準(zhǔn)確的追蹤。

3光伏并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響及解決方案

在眾多需要研究的問(wèn)題中，大規(guī)模光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)將對(duì)電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生的影響是迫切需要回答的問(wèn)題。

3．1孤島效應(yīng)

當(dāng)系統(tǒng)供電因事故、故障或者停電維修而停止時(shí)，各用戶端的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)有可能與周圍的負(fù)荷構(gòu)成一個(gè)電力公司沒(méi)辦法掌握的自供給供電孤島，這給檢測(cè)人員帶來(lái)危險(xiǎn)，即所謂的孤島效應(yīng)[16]。孤島效應(yīng)會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)造成許多危害，文獻(xiàn)[17]詳細(xì)闡述了在孤島運(yùn)行中并網(wǎng)光伏逆變器的運(yùn)行狀態(tài)。為了防止孤島危害的出現(xiàn)，防孤島保護(hù)必不可少，主動(dòng)式和被動(dòng)式保護(hù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此光伏系統(tǒng)里應(yīng)設(shè)置至少各一種防孤島效應(yīng)保護(hù)，當(dāng)電網(wǎng)失壓時(shí)，要求防孤島效應(yīng)保護(hù)應(yīng)在2s內(nèi)動(dòng)作，斷開(kāi)與電網(wǎng)的連接。

3．2諧波污染

在光伏并網(wǎng)過(guò)程中運(yùn)用了大量的電力電子設(shè)備，特別是DC/AC逆變器，會(huì)產(chǎn)生大量諧波，并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，向公共并網(wǎng)點(diǎn)注入的諧波電流應(yīng)滿足GB/T14549－1993的規(guī)定，來(lái)自文獻(xiàn)[18]的表1詳細(xì)闡述了各次諧波的電流畸變限值。文獻(xiàn)[19]和[20]都提出采用一種基于p-q運(yùn)算方式的諧波電流實(shí)時(shí)檢測(cè)，從而獲得補(bǔ)償諧波電流的參考值，并利用基于電流無(wú)差拍控制的PWM方法進(jìn)行諧波電流補(bǔ)償。文獻(xiàn)[21]也提出了一種用于兩級(jí)光伏系統(tǒng)中的四橋逆變器，利用PWM控制及由電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)組成的雙環(huán)控制系統(tǒng)來(lái)完成諧波電流的檢測(cè)與補(bǔ)償。

3．3無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題

光伏并網(wǎng)逆變器存在一定的無(wú)功消耗，所以應(yīng)配備一定的無(wú)功補(bǔ)償裝置以具備無(wú)功調(diào)節(jié)能力，來(lái)保證電站功率因數(shù)和高壓側(cè)母線電壓保持在合理的范圍內(nèi)。特別是對(duì)于功率因數(shù)比較高（不小于0．98）的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，更需要進(jìn)行有效的無(wú)功補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)功的分層分區(qū)以及就地平衡，以減少光伏發(fā)電接入時(shí)對(duì)電壓的影響，另外還可以降低線損，保證逆變器的正常運(yùn)行，例如，光伏發(fā)電系統(tǒng)以10kV電壓等級(jí)接入系統(tǒng)，則10kV側(cè)的功率因數(shù)在0．85～0．98范圍內(nèi)，通常應(yīng)按裝機(jī)容量的60％配置無(wú)功補(bǔ)償裝置。為了檢測(cè)無(wú)功電流并進(jìn)行補(bǔ)償，文獻(xiàn)[19]和[23]闡述了一種基于瞬時(shí)無(wú)功功率理論的無(wú)功電流檢測(cè)方法，并可以和諧波電流的檢測(cè)相結(jié)合，將兩者的檢測(cè)值相加后作為補(bǔ)償電流參考值，同時(shí)完成對(duì)無(wú)功補(bǔ)償和諧波抑制兩項(xiàng)功能。

3．4電壓閃變

電壓閃變是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，輻照度恒定時(shí)比變化時(shí)對(duì)電網(wǎng)電壓閃變的影響較??；輻照度越大，光伏陣列輸出功率越大，對(duì)電網(wǎng)電壓閃變的影響越大；輻照度變化程度越大，輸出功率的波動(dòng)越大，從而對(duì)電網(wǎng)電壓閃變的影響越大。

4并網(wǎng)逆變器

在光伏發(fā)電并網(wǎng)中，并網(wǎng)逆變器的設(shè)計(jì)是核心內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)。研究逆變器的結(jié)構(gòu)以及控制方法，是為了提高系統(tǒng)的發(fā)電效率，同時(shí)降低發(fā)電成本。光伏并網(wǎng)逆變器與其他的逆變器有很多不同的地方，它的作用不僅是將光伏電池陣列輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，還應(yīng)該可以對(duì)頻率、電壓、電流、有功及無(wú)功、電能質(zhì)量（電壓波動(dòng)、高次諧波）等進(jìn)行控制。

4．1光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)逆變器的要求

①可自動(dòng)開(kāi)關(guān)。根據(jù)從一天的光伏輻照度，盡量發(fā)揮光伏電池方陣輸出功率的潛力，并期在此范圍內(nèi)可以自動(dòng)開(kāi)啟和停止。

②能實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）的控制。當(dāng)光伏陣列的表面溫度以及光伏輻照度發(fā)生任意的改變時(shí)，陣列仍可以在控制下保持在最大功率輸出的工作狀態(tài)下，從而提高太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率。

③滿足電網(wǎng)電能質(zhì)量的要求。為了避免光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)公共電網(wǎng)的污染，逆變器應(yīng)輸出失真度小的正弦波，影響波形失真度的重要因素之一是逆變器的開(kāi)關(guān)頻率，可以采用高速DSP等新型處理器來(lái)提高開(kāi)關(guān)頻率。另外，根據(jù)系統(tǒng)容量大小要適當(dāng)選擇功率元件，小容量低壓系統(tǒng)適合采用功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET），高壓大容量系統(tǒng)適合采用絕緣柵雙極晶體管（IGBT），而特大容量系統(tǒng)更適合采用可關(guān)斷晶閘管（GTO）。

④要具備防止孤島運(yùn)行的功能。根據(jù)IEEE2000－929和UL1741標(biāo)準(zhǔn)，光伏并網(wǎng)逆變器需要具備防孤島運(yùn)行的功能，其關(guān)鍵在于對(duì)電網(wǎng)斷電情況的快速檢測(cè)，特別是當(dāng)負(fù)荷電力與逆變器輸出電力接近或相同，難以察覺(jué)停電事故時(shí)，更應(yīng)該做出準(zhǔn)確檢測(cè)，以免造成工作人員的生命安全問(wèn)題。

⑤技術(shù)方面的要求。在技術(shù)上要求逆變器具有更大的單體容量、更高的電壓等級(jí)，利用有功與無(wú)功實(shí)現(xiàn)解耦控制，具有更強(qiáng)的抗干擾能力，具備符合智能電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)源互動(dòng)技術(shù)。

4．2逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的發(fā)展

早期出現(xiàn)的光伏并網(wǎng)逆變器都是單級(jí)拓?fù)錂C(jī)構(gòu)，如圖3（ａ）、（ｂ）所示，隨后光伏逆變器由單級(jí)向多級(jí)發(fā)展。根據(jù)逆變器回路不同，圖3中的逆變器拓?fù)淇梢愿鶕?jù)有無(wú)變壓器分為無(wú)變壓器結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)頻率變壓器絕緣結(jié)構(gòu)以及高頻變壓器絕緣結(jié)構(gòu)。

電網(wǎng)頻率變壓器絕緣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用脈寬調(diào)制（PWM）控制使得逆變器產(chǎn)生與電網(wǎng)頻率相同的交流，并采用變壓器進(jìn)行絕緣和升壓。此結(jié)構(gòu)具有良好的抗雷擊以及消除尖波的性能，但是由于采用了電網(wǎng)頻率變壓器，因此整個(gè)系統(tǒng)比較沉重。而對(duì)于高頻變壓器絕緣結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是體積相對(duì)來(lái)說(shuō)較小、質(zhì)量輕，但是回路較為復(fù)雜。無(wú)變壓器光伏系統(tǒng)，雖然體積小、質(zhì)量輕、成本也較低、可靠性比較高，但與電網(wǎng)之間沒(méi)有絕緣。另外，后兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)均具有檢測(cè)直流電流輸出的能力。無(wú)變壓器方式的逆變器經(jīng)過(guò)近年來(lái)的改進(jìn)發(fā)展，因其效率高等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。例如文獻(xiàn)[26]中就提出了一種改進(jìn)的無(wú)變壓器逆變器，可以承受同全橋逆變器一樣的低輸入電壓，并保證不產(chǎn)生共模泄露電流，再加上應(yīng)用ＳPWM技術(shù)，使得效率提高，輸出電流的諧波含量也大大減少了。

隨著并網(wǎng)逆變器由單級(jí)向多級(jí)發(fā)展，電能轉(zhuǎn)換級(jí)數(shù)也隨之增加，但是單級(jí)結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、損耗少、易控制等優(yōu)點(diǎn)，因此為了結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，逆變器發(fā)展出集中型、串級(jí)型、模塊集成型等結(jié)構(gòu)。但這種結(jié)合就需要一種多臺(tái)逆變器的統(tǒng)一控制，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。特別地，針對(duì)大容量光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，怎樣更好抑制低功率時(shí)的電流諧波？怎樣解決多臺(tái)逆變器同時(shí)并網(wǎng)時(shí)電流諧波的疊加問(wèn)題？如何在電網(wǎng)電壓諧波大時(shí)，仍舊保證較的低電流諧波？這些都是迫切需要解決的技術(shù)性問(wèn)題。另外，隨著光伏電站容量的增加，大型光伏電站并網(wǎng)時(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制策略也變得更加復(fù)雜，有些之前可以忽略的地方變成了必須要解決的問(wèn)題，所以對(duì)并網(wǎng)逆變器的要求也隨之增加，設(shè)計(jì)多模式逆變器控制變得十分有必要。

5結(jié)論

本文研究大型光伏發(fā)電及其并網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)狀，結(jié)論如下：

①最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)方面：由于光伏發(fā)電最主要的出力特性為隨機(jī)性，并且受環(huán)境條件影響很大，所以最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)成為研究重點(diǎn)，一些基于傳統(tǒng)方法上的改進(jìn)方法不斷研究成功，大大改善了精確度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性，以后還會(huì)有更多的先進(jìn)方法產(chǎn)生，以提高光伏發(fā)電的效率。

②光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)方面：光伏并網(wǎng)發(fā)電受技術(shù)、投資等限制起步較晚，但光伏發(fā)電的并網(wǎng)化和大型化無(wú)疑是將來(lái)的主要發(fā)展趨勢(shì)。大規(guī)模光伏電站發(fā)電作為一種先進(jìn)的新能源發(fā)電方式，當(dāng)其接入電網(wǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧波、電壓波動(dòng)等多方面的負(fù)面影響，隨著光伏發(fā)電容量的不斷增大，許多之前可以忽略的問(wèn)題變成必須要考慮的因素。目前已經(jīng)有多種解決這些問(wèn)題的控制手段和保護(hù)措施，甚至在逆變器的設(shè)計(jì)方面也已經(jīng)加入了相應(yīng)的控制器。

③并網(wǎng)逆變器及其控制方面：逆變器是光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中的核心和關(guān)鍵，合理地設(shè)計(jì)并改進(jìn)逆變器的結(jié)構(gòu)和控制方法可以有效地提升系統(tǒng)效率。

隨著技術(shù)的發(fā)展，逆變器由單級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)展為多級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，目前還出現(xiàn)了許多結(jié)合單級(jí)和多級(jí)的優(yōu)點(diǎn)而產(chǎn)生的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。雖然上述改進(jìn)可以提高光伏系統(tǒng)的效率，但由此也帶來(lái)一些關(guān)于多個(gè)逆變器統(tǒng)一控制的問(wèn)題，還有如何處理多個(gè)逆變器產(chǎn)生的諧波的疊加問(wèn)題等，這些都有待在今后的研究中解決。