用于離網(wǎng)型光伏發(fā)電中帶儲能的新穎多電平逆變器

接，一個PWM逆變器需要約 12KVA的變壓器。12kVA變壓器的效率，在額定條件下輸出純正弦電流時為98%。在額定工況的渦流損耗假定為總損耗的15%，而在1KHz開關(guān)頻率下渦流損耗系數(shù)為2.53.基于PWM級聯(lián)變壓器型逆變器工作在1KHz開關(guān)頻率下，當(dāng)輸出10kW功率時，其總的變壓器損耗約為275W 。

三、模擬試驗與結(jié)果

1.系統(tǒng)描述

本研究利用了基于圖1所示新研制逆變器的10KW、230V離網(wǎng)光伏系統(tǒng)。該系統(tǒng)的參數(shù)列于表5(某些參數(shù)的標(biāo)注見圖1)。為觀察新逆變器的參數(shù)及其控制，利用了PACAD/EMTDC軟件對此系統(tǒng)進(jìn)行模擬。

2.穩(wěn)態(tài)運行下逆變器的輸出電壓

當(dāng)系統(tǒng)運行于功率因數(shù)為1和0.95(離網(wǎng)裝置中期望的典型滯后功率因數(shù))時，通過模擬試驗獲得了輸出電壓波形及其頻譜。在兩種情況下輸出負(fù)載均為10KW。如圖6所示兩種情況下逆變器的輸出電壓很接近正弦波形，當(dāng)運行在1和0.95的功率因數(shù)時，逆變器輸出電壓的總諧波失真(THD)分別為4.9%和5.6%。

圖6：穩(wěn)態(tài)逆變器的輸出電壓和頻譜 (a)功率因數(shù)為1時的輸出電壓;(b)功率因數(shù)為0.95(滯后)時輸出電壓;(c)功率因數(shù)為1的頻譜(THD=4.9);(d)功率因數(shù)為0.95的頻譜(THD=5.6)。

3.恒定輻照度下充電狀態(tài)(SOC)的平衡

為了研究SOC平衡技術(shù)的性能，在對所有光伏模塊給出恒定輻照度(600W/㎡)、歷時800s的情況下，對本系統(tǒng)進(jìn)行了模擬試驗。假定在電池溫度25℃時功率輸出為10KW。圖7為所有蓄電池的SOC。從圖上可以清楚見到，所有蓄電池在任何給定時間的SOC均相同。因而證明所提出SOC平衡控制的有效性。

4.在不同輻照度下的SOC平衡

為了觀察在不同輻照度條件下的SOC平衡技術(shù)性能，在光伏模塊1-6不同的輻照模式下，對PV系統(tǒng)進(jìn)行了模擬。表6列出了每一光伏模塊上的輻照度。而圖8表示模擬的結(jié)果。即使每一蓄電池的SOC稍有偏差，它們也幾乎是相同的。

5.在小負(fù)荷下的系統(tǒng)性能

最后，了解一下小負(fù)荷下的系統(tǒng)性能。在t=100s，光伏系統(tǒng)的輸出功率從10KW降到2KW，觀察所有各個蓄電池的SOC。如圖9所示，從0到100s光伏模塊和蓄電池都供電，但當(dāng)輸出負(fù)載小時，PV模塊充電蓄電池以提高SOC。

四、結(jié)論

本文介紹了采用13電平級聯(lián)逆變器而無變壓器的離網(wǎng)型光伏系統(tǒng)。并將各種多電平功率逆變器與新研制帶蓄電池儲能的光伏系統(tǒng)逆變器進(jìn)行了比較對照。新研制級聯(lián)逆變器具有低的功率損耗，簡單的開關(guān)技術(shù)，可實現(xiàn)模塊化及簡易的充電平衡方法。

根據(jù)提出的這一開關(guān)技術(shù)，能平衡所有蓄電池的SOC，其有效性已通過模擬得到證實。模擬實驗說明，新研制的控制器不僅平衡每一蓄電池的SOC，而且降低了輸出的THD，在無任何諧波濾波情況下，THD<6%。

原文出處：(斯里蘭卡)kapila Bandara，(英國)Tracy Sweet，Janke Ekanayake,

Photovoltaic applications for off-grid electrification using novel multi-level inverter technology with energy storage,《Renewable Energy》37 (2012).p82-88.