摘 要：隨著現(xiàn)代社會(huì)的高速發(fā)展，可再生能源開(kāi)發(fā)和利用擁有了前所未有的發(fā)展前景，太陽(yáng)能的利用日益成熟，光伏發(fā)電系統(tǒng)已成為可再生綠色能源應(yīng)用的典型。作為光伏發(fā)電系統(tǒng)中的重要設(shè)備，光伏逆變器在生產(chǎn)完成后，需要通過(guò)嚴(yán)格的試驗(yàn)和認(rèn)證，才能應(yīng)用于實(shí)際光伏發(fā)電系統(tǒng)中。本文將通過(guò)電機(jī)理論論證電機(jī)技術(shù)在光伏逆變器試驗(yàn)站中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電系統(tǒng)；光伏逆變器；試驗(yàn)站；電機(jī)技術(shù)

1.光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

光伏發(fā)電系統(tǒng)利用太陽(yáng)的光伏效應(yīng)，把太陽(yáng)光的能量轉(zhuǎn)換成電能。太陽(yáng)能電池組件、蓄電池、充放電控制器和光伏逆變器等連接在一起，組成了一個(gè)典型的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，如圖1所示。

太陽(yáng)能電池組件能夠吸收太陽(yáng)光的輻射，并將其能量轉(zhuǎn)換成直流電。在太陽(yáng)光強(qiáng)烈輻射的白天，太陽(yáng)能電池組件給蓄電池充電，夜晚時(shí)蓄電池對(duì)外放電，為負(fù)載供電。充放電控制器運(yùn)用了微機(jī)控制技術(shù)，調(diào)節(jié)蓄電池的充放電電流和電壓，使其工作狀態(tài)最優(yōu)化。光伏逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，它的作用是將太陽(yáng)能電池組件或蓄電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換為用電負(fù)載所需要的規(guī)定電壓和規(guī)定頻率的交流電。

2.光伏逆變器的作用和組成

電壓和頻率是交流電的兩個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)，我國(guó)日常生活用電采用220V 50Hz單相交流電，工業(yè)生產(chǎn)多采用380V 50Hz或690V 50Hz三相交流電。對(duì)于太陽(yáng)能電池組件或者蓄電池輸出的直流電，這就出現(xiàn)了避無(wú)可避的問(wèn)題，因?yàn)橹绷麟姛o(wú)法直接為絕大多數(shù)的用電負(fù)載供電。光伏逆變器的就是為了解決該問(wèn)題而設(shè)計(jì)的，它需要將直流電轉(zhuǎn)換成為滿足用電負(fù)載需要的，規(guī)定電壓和規(guī)定頻率的交流電，并滿足一定的供電質(zhì)量。

光伏逆變器的主回路由兩部分組成：輸入側(cè)的DC/DC直流升降壓斬波電路和輸出側(cè)的DC/AC逆變電路。當(dāng)太陽(yáng)能電池組件或蓄電池輸出的電壓高于光伏逆變器的DC/AC逆變電路所能承受的最高電壓時(shí)，DC/DC直流升降壓斬波電路的作用是將該電壓作降壓處理，以滿足DC/AC逆變電路對(duì)輸入電壓的要求。反之，當(dāng)太陽(yáng)能電池組件或蓄電池輸出的電壓過(guò)低時(shí)，DC/DC直流升降壓斬波電路的作用是將該電壓升壓至DC/AC逆變電路所能接受的最低電壓以上。

DC/AC逆變電路是光伏逆變器的核心部分，最終實(shí)現(xiàn)將光伏發(fā)電系統(tǒng)的直流電轉(zhuǎn)換成為滿足用電負(fù)載需要的規(guī)定電壓和規(guī)定頻率的交流電，多采用脈寬調(diào)制技術(shù)PWM實(shí)現(xiàn)。采用PWM技術(shù)，控制DC/AC逆變電路中電力電子器件（如IGBT）每個(gè)周期內(nèi)的通斷時(shí)間，改變脈沖輸出寬度以控制輸出電壓，同時(shí)通過(guò)控制通斷周期長(zhǎng)短來(lái)控制輸出頻率。

3.光伏逆變器的試驗(yàn)

光伏逆變器生產(chǎn)完成后，要在制造廠試驗(yàn)站進(jìn)行出廠試驗(yàn)和型式試驗(yàn)等，以確保其功能和性能參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，達(dá)到國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。這就要求進(jìn)行光伏逆變器試驗(yàn)的試驗(yàn)站能夠最大程度地模擬實(shí)際光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。以電機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的光伏逆變器試驗(yàn)站如圖2所示。

實(shí)際應(yīng)用中，光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)隨著太陽(yáng)光輻射的強(qiáng)弱而動(dòng)態(tài)改變。在太陽(yáng)光強(qiáng)烈照射時(shí)，光伏效應(yīng)也較為強(qiáng)烈，產(chǎn)生的直流電量多且電壓較高；早晚或陰天時(shí)，太陽(yáng)光輻射較弱，太陽(yáng)能電池組件產(chǎn)生的直流電量及電壓隨之降低。為了完成對(duì)光伏逆變器的試驗(yàn)，光伏逆變器試驗(yàn)站應(yīng)具備最大程度的模擬光伏發(fā)電系統(tǒng)的功能。

光伏逆變器試驗(yàn)站中，采用一臺(tái)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)一臺(tái)直流發(fā)電機(jī)來(lái)模擬太陽(yáng)能電池組件的發(fā)電狀態(tài)。三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收功率，拖動(dòng)同軸的直流發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)出的直流電相當(dāng)于太陽(yáng)能電池組件產(chǎn)生的直流電。將該直流電輸入光伏逆變器的輸入端，經(jīng)光伏逆變器逆變達(dá)到并網(wǎng)的要求后并入電網(wǎng)，形成閉合回路，電能在試驗(yàn)站系統(tǒng)中循環(huán)利用。直流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓大小與其定子繞組匝數(shù)、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、勵(lì)磁電流合成的磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。直流發(fā)電機(jī)生產(chǎn)完成后，其定子繞組匝數(shù)已經(jīng)確定，而發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速由其拖動(dòng)機(jī)（三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)）決定，因此，試驗(yàn)時(shí)改變直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，即可相應(yīng)改變直流發(fā)電機(jī)發(fā)出的直流電壓大小，以準(zhǔn)確模擬太陽(yáng)能電池組件的發(fā)電狀態(tài)。

可以運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律論證：

（1）在試驗(yàn)站電網(wǎng)電壓和頻率固定的情況下（380V 50Hz或690V 50Hz），三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將固定不變，由三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的直流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為常量，即閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的速度 不變。

（2）直流發(fā)電機(jī)生產(chǎn)完成后，相應(yīng)的電機(jī)參數(shù)已經(jīng)確定，相當(dāng)于閉合電路中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體長(zhǎng)度 為固定值。

（3）調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁裝置可以改變直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，直流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流合成的磁場(chǎng)強(qiáng)度 隨之改變。

綜上所述，光伏逆變器試驗(yàn)站中，直流發(fā)電機(jī)所發(fā)出的直流電壓大小僅與其勵(lì)磁電流有關(guān)，調(diào)節(jié)直流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，即可改變其輸出電壓。通過(guò)該輸出電壓的改變，精確模擬由于太陽(yáng)光輻射強(qiáng)弱造成的太陽(yáng)能電池組件產(chǎn)生的電壓的波動(dòng)。將該波動(dòng)的直流電壓連接至光伏逆變器輸入端，在光伏逆變器輸出端對(duì)其輸出的電壓和頻率進(jìn)行測(cè)量，以驗(yàn)證其是否符合設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)定。這就是以電機(jī)為主要設(shè)備的光伏逆變器試驗(yàn)站的核心功能和最終目的。

4.結(jié)語(yǔ)

電機(jī)技術(shù)的充分發(fā)展，使得電機(jī)的設(shè)計(jì)和制造達(dá)到了足夠高的精確度和穩(wěn)定性，電機(jī)的控制技術(shù)更是日益成熟。建立在電機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上的光伏逆變器試驗(yàn)站具有設(shè)備運(yùn)行安全可靠、控制精度高、控制效果佳、試驗(yàn)站運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)環(huán)保等特點(diǎn)，使光伏逆變器的出廠試驗(yàn)和型式試驗(yàn)等更加科學(xué)可靠。

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作者簡(jiǎn)介：

廖黎曉，女，1989年生，畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)從事電氣設(shè)計(jì)及試驗(yàn)站設(shè)計(jì)工作。