光伏建筑一体化发电系统中逆变器控制器的设计

　　3.1 逆变控制器的功能

　　对于 BIPV  系统，因需要向交流负载或市政电网供电，必须配备相应的逆变控制器，其主要有逆变、控制、保护功能，具体作用是将直流电变换为交流电，同时对所转换交流电的频率、电压、相位、有功与无功、同步、包括电压波动和偕波在内的电能品质等进行控制。而并网光伏系统的输入电压是每块组件输出电压(一般为  17V 或 35V 左右)的整数倍，其额定功 率应稍大于太阳电池方阵的输出功率，整个系统还必 须配备必要的检测、并网、报警、自动控制、测量及  显示等一系列功能，特别是必须具备防止“孤岛效 应”的功能，以确保光伏系统和电网的安全。

　　3.2 逆变控制器的设计要求

　　BIPV 的光伏发电系统将与市政电网并网运行， 对逆变控制器提出了较高的技术要求：

　　1)要求逆变控制器输出波形失真度不超过 5% 的三相正弦波电流。光伏系统馈入公用电网的电力，必须满足电网规定的指标，如逆变控制器的输出电  流不能含有直流分量，高次谐波必须尽量减少，不 能对电网造成谐波污染等。

　　2)要求逆变控制器在负载和日照变化幅度较大

　　的情况下均能高效运行。光伏系统的能量来自太阳能，而日照强度随气候而变化，所以工作时输入的 直流电压变化较大，这就要求逆变控制器能在不同  的日照条件下均能高效运行。

　　3)要求逆变控制器能使光伏方阵工作在最大功 率点。太阳能电池的输出功率与日照、温度、负载

　　虑当市政电网因故障而跳脱时，就出现一个 BIPV 发电

　　系统与用户的负载形成市政电网无法掌控的自控孤岛

　　(如图 4 所示)，如果孤岛运行发生，太阳能光伏发电系统就必须同电网断开，否则既会给维护检测人员 带来危害，又会影响恢复供电后的供电质量。而如果  控制系统能不断地检测电压波形和相位等变化要素或 者经常输入周期性地频率，就能检测这些脉冲。

　　的变化有关，即其输出特性具有非线性关系。而且在稳态运行时，电压波动范围应有限定，其偏差不

　　阳光辐射 Ppv+jQpv

　　△P+j△Q

　　变压器 开关K

　　超过额定值的±3%，负载调整率应≤±6%;在负载

　　突变或有其他干扰因素影响的动态变化情况下，其输出电压偏差不超过额定值的±8%或±10%。这就要

　　光伏方阵

　　逆变器

　　P负载+jQ负载

　　负载

　　R L C

　　市政电网

　　求逆变控制器具有最大功率跟踪功能，即不论日照、温度、电压等如何变化，都能通过逆变器的自动调 节实现方阵的最佳运行。

　　4)要求逆变控制器具有体积小、可靠性高、噪 声低等特点。对于户用的光伏系统，其逆变控制器  通常安装在室内或挂在墙上，因此对其体积、重量均有限制。另外，对整机的可靠性也提出较高的要 求。由于太阳能电池的寿命均在 20 年以上，所以与  其配套设备的寿命也必须相当长。

　　5)在有些场合，要求在市电断电状况下，在有 日照时逆变控制器能够单独供电。又由于逆变控制  器由光伏发电系统供电，不消耗公网电力。在低日照强度下，逆变控制器应能保持稳定运行。现代的 光伏发电系统在 50W/m2 的日照强度下，即可以实  现向公共电网供电;而且即使逆变控制器在额定功 率 10%的输入情况下，也能保证 90%的转换效率。

　　6)光伏建筑一体化逆变控制器还必须具有一系 列防雷击、过电流、过热、短路、反接、直流电压  异常、电网电压异常等检测、保护及报警功能。特别是电网突然发生故障时，逆变控制器必须将 BIPV 光伏发电系统能够自动从主网解列或在极短时间内  断开(丧失主电网电压、短路在 0.1s、反向/逆向电流保护在 0.5s、绝缘破坏或者孤岛效应 2s)，以保 障电网和太阳能发电系统的安全运行。

　　3.3 孤岛效应的危害

　　由于光伏建筑一体化发电系统是直接将太阳能逆变后馈送给电网或用户，所以需要各种完善的保护措 施。对于通常系统工作时可能出现的方阵或功率器件  过流、过压、欠压、过热等故障状态，可以通过逆变 控制器里的硬件电路检测，配合软件加以判断、识别并进行处理。但光伏建筑一体化发电系统，还需要考

   　光伏建筑一体化发电系统必须万无一失地防止孤岛效应的发生，因此，其逆变控制器必须具有反孤 岛效应的功能。国际能源委员会专门制定了标准  IEEEStd.2000-929 和 UL1741 特别强调了逆变控制器 的反孤岛效应功能，同时给出了逆变控制器在市政电  网断电后检测孤岛现象标准，并限定了逆变控制器在市政电网断开时间(见表 4)，这些对于我们设计和 选择逆变控制器时又多了些技术要求。

　　表 4

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