一种模块化光伏发电并网系统

26 第31卷 第1期 2011年1月5日 中 国 电 机 工 程 学 报

Proceedings of the CSEE Vol.31 No.1 Jan.5, 2011 ©2011 Chin.Soc.for Elec.Eng.

(2011) 01-0026-06 中图分类号：TM 464; TM 71 文献标志码：A 学科分类号：470 40 文章编号：0258-8013

一种模块化光伏发电并网系统

张犁1，孙凯2，冯兰兰1，吴田进1，邢岩1，葛红娟1

(1．南京航空航天大学自动化学院，江苏省 南京市 210016； 2．清华大学电机工程与应用电子技术系，北京市 海淀区 100084)

A Modular Grid-Connected Photovoltaic Generation System

ZHANG Li1, SUN Kai2, FENG Lanlan1, WU Tianjin1, XING Yan1, GE Hongjuan1

(1. College of Automation Engineering, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, Jiangsu Province, China; 2. Department of Electrical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China) ABSTRACT: A modularized grid-connected photovoltaic generation system was proposed, which consists of modular DC/DC converters and modular inverters. The output of DC/DC converter and the input of inverter share the DC bus. The AC current coupling in parallel operation was investigated. A current decoupling control was proposed and implemented by regulating the currents through both the fire-wire and neutral-wire filter inductors respectively. A control for the system efficiency (especially the light load efficiency) optimization for the photovoltaic generation system was proposed by utilizing the tolerance of the control parameters. Only one of the modular inverters is operating with non-full load and the others are operating either with full-load or at stand-by. A prototype system was built with both the steady-state and dynamic experimental results given, to verify the feasibility of the proposed system and the effectiveness of the control strategies.

KEY WORDS: inverter; parallel; decoupling; distributed; grid-connected

摘要：提出一种全模块化光伏发电并网系统结构，由直流模块和交流模块组成，直流模块输出与交流并网模块共享直流母线。研究逆变模块并联运行时模块之间的电流耦合关系，提出对逆变模块输出火线和零线的交流滤波电感电流均进行闭环控制，实现了各逆变模块之间的入网电流解耦。提出一种系统效率(尤其是轻载效率)优化控制方法，利用控制电路参数的分散性，使只有一个模块工作在非满载状态，其余模块处于满载或待机状态。搭建实验验证系统，进行了稳态和动态实验。实验结果证明了所提出系统的可行性和控制策略的有效性。

基金项目：江苏省科技成果转化基金项目(BA2008001)。

Project Supported by a Grant from the Transformation of Scientific and Technological Achievements in Jiangsu Province，China (BA2008001)．

关键词：逆变器；并联；解耦；分布式；并网

0 引言

目前先进的光伏发电并网系统多采用组串式(multi-string)或交流模块式(AC modules)结构[1-4]。相对于传统的集中式结构，组串式系统结构每组光伏阵列均有一个DC/DC变换器对其进行独立的最大功率点跟踪(maximum power point tracking，提高了系统MPPT效率，减小了光伏组MPPT)[5-6]，

件的串并联个数，光伏阵列易于扩容[7]。但DC/DC变换器的输出通常均接入一个集中式逆变器[8]，故不具备模块化和冗余性。文献[9-11]采用的交流模块技术提出将每个光伏组件集成一个逆变器，形成一个独立的交流发电单元，保证每个光伏组件均工作在最大功率点，提高了能量转化效率和抗局部阴影能力，真正做到了即插即用[12]。但是，交流模块式结构需要一级能量变换，电路拓扑较复杂，输入需要很大容量的解耦电容[13-15]，影响系统效率和工作寿命。

文献[16]提出在集中供电等大中型太阳能并网发电系统中，采用多机群控技术控制多台小容量并网逆变器并联运行，在不同日照强度下，由主控系统发出统一指令，启动及关闭合理数量的并网逆变器，避免多个模块轻载运行，提高了规模化光伏并网发电工程的全系统效率。文献[17]研究了功率因数校正系统，也给出了分别采用多模块并联和单模块结构时，系统轻载工作的效率对比，表明采用多模块并联结构、并根据负载情况启动和关闭相应模块，优化了系统轻载效率。可见，自动关闭轻载工作模块以改善光伏系统发电效率值得研究。