光伏发电逆变技术的发展趋势及解决方案

逆变器对于孤岛效应的控制，孤岛效应的检测 一般分成被动式与主动式。常常采用主动检测法如 脉冲电流注入法 、输出功率变化检测法、主动频率 偏移法和滑模频率偏移法等。随着光伏并网发电系 统进一步的广泛应用，当多个逆变器同时并网时， 不同逆变器输出的变化非常大。将来多逆变器的并 网通信、协同控制已成为其孤岛效应检测与控制发 展趋势。2 高压、大容量逆变器的关键技术

目前，我国小型、低压用户直接并网的光伏逆 变器有了较成熟的产品，对于高压大功率并网逆变 器的研究正处于研制阶段。本文介绍了一种采用高 电压、MW 级大容量并网的方式，并达到了高压并 网要求的技术。

该逆变器采用九电平变基准叠加 PWM 与矢量 控制相结合的控制方法来控制 IGBT 开关，通过三 相 IGBT 功率模块及优化的网络拓扑结构将直流逆 变成完美无谐波的正弦电压、电流波形，并采用数 学模糊集合基础上的频率偏移主动式反孤岛控制，与电网智能化软连接并网运行。

2.1 技术原理

2.2 九电平 IGBT 开关拓扑电路 逆变器采用的拓扑电路是变基准叠加技术的九 电平完美无谐波开关网络拓扑电路，如图2 所示。

(1)结构及原理描述

如图 2 所示，变基准叠加技术的九电平完美无 谐波开关网络拓扑电路，由三个单相的开关网络拓 扑电路组成， U 相开关网络拓扑电路由 6 个二极管 D1-D6、D 10 个绝缘栅双极三极管 IGBT1-IGBT10、电 阻 R1、 R2 和电容 C1、 C2 构成。同理，开关网络拓扑电路的 V 相和 W 相的所有元器件与 U 相的开关 网络拓扑电路完全相同。

电路中 IGBT1、 IGBT5、 IGBT4、 IGBT8 用作 PWM 控制， IGBT2 、 IGBT3 、 IGBT6 、 IGBT7 用作电平叠 加， 与其相对应的 D3、D4、D5、D6 均为箝位二极管。

IGBT 开关工作原理是：如图 2 所示，当 U 相 的开关 IGBT3、 IGBT4 和 IGBT5、 IGBT6 以及 V 相 的 IGBT2、IGBT7、IGBT8 导通时，在 V 相的 IGBT1 上施加 PWM 信号时，就会产生如图 3 所示的九电 平信号。如图 2 所示，当 U 相的 IGBT3、IGBT4 和 IGBT5、 IGBT6 以及 V 相的 IGBT2、 IGBT7 导通时， 在 V 相的 IGBT1 上施加脉冲宽度调制 PWM) ( 信号 时，就会产生如图 4 所示的四电平信号。 根据上述原理，配合不同的开关状态，可以产生出 -4E~4E 九个电平信号。在每一个电平台阶上， 可根据不同脉宽的 PWM 信号，模拟出本段的波形， 从而能够形成比较完美的正弦波。

(2)与传统技术进行比较的优势

本逆变器采用了上述结构与传统技术相比，具 有以下几点优势：

1)利用低电压、小功率的 IGBT 开关的组合实 现了大功率高电压逆变器的开关网络拓扑电路。

2)逆变器输出电压波形为九电平完美无谐波， 其 THD 各项指标均满足 IEEE 要求。

3)电路易于控制，用 PWM 控制去完成系统的 无功功率分布，进而达到使系统功率因数趋于 1。

4)与传统的多重化结构比较：若输出九电平波 形，多重化电路需要 16 个 IGBT 开关。本逆变器拓 扑电路采用叠加技术，每相只需 10 个 IGBT 开关。2.3 九电平开关操作及并网运行主控制器原理

图 5 为九电平开关操作及并网运行主控制器原 理框图，其特点为：通过检测开关状态提高 IGBT 开关的可靠性和易操作性，并实时检测比较九电平 IGBT 开关输出端与电网端的电流、电压、频率、波 形等相关信息，完成智能化软启动并网运行及反孤岛运行的功能。