高效光伏發(fā)電功率變換及其系統(tǒng)適應(yīng)性專輯特邀主編評述

張 興，張純江

（合肥工業(yè)大學(xué)，燕山大學(xué)）

高效光伏發(fā)電功率變換及其系統(tǒng)適應(yīng)性專輯特邀主編評述

張 興，張純江

（合肥工業(yè)大學(xué)，燕山大學(xué)）

近年來，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)有了突飛猛進的發(fā)展，尤其是光伏并網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用以及分布式光伏和微電網(wǎng)技術(shù)的興起，光伏發(fā)電中諸多問題形成了研究熱點并受到業(yè)界和學(xué)界的關(guān)注。如對于光伏逆變器的高效化，這幾年從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電路拓撲和控制策略等多方面進行了積極有效的探索研究；并且，隨著SiC、GaN等寬禁帶器件的技術(shù)突破和商業(yè)化，也從高功率密度化和高效化等方面推進了光伏逆變器的技術(shù)革新；而對于大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏逆變器的MPPT算法、孤島檢測技術(shù)、諧振抑制以及電網(wǎng)適應(yīng)性控制等方面也取得了一定的研究進展；另外，隨著微電網(wǎng)和分布式光伏發(fā)電的應(yīng)用與發(fā)展，微電網(wǎng)或弱電網(wǎng)中光伏逆變器的穩(wěn)定和經(jīng)濟運行也有了一定的研究成果。

因此，為了集中展現(xiàn)光伏逆變器在高效化、寬禁帶器件應(yīng)用、復(fù)雜環(huán)境下系統(tǒng)適應(yīng)性控制等方面的最新研究成果和進展，《電源學(xué)報》特別推出“高效光伏發(fā)電功率變換及其系統(tǒng)適應(yīng)性”專輯。

專輯征文得到了各高校和企業(yè)同行的大力支持與積極響應(yīng)，經(jīng)過認真細致的評審，收錄13篇論文。其中，微逆變器控制方面2篇，PV均衡器建模方面1篇，碳化硅器件應(yīng)用方面1篇，光伏發(fā)電最大功率點跟蹤方面2篇，孤島檢測方面2篇，鎖頻環(huán)設(shè)計方面1篇，逆變器并網(wǎng)控制方面3篇，微網(wǎng)控制方面1篇。

組件級功率變換器由于可實現(xiàn)對每個PV模塊的最大功率跟蹤，極大地提高了系統(tǒng)的發(fā)電量，成為近年來研究的熱點課題，微逆變器和PV均衡器是其中兩類重點研究變換器。西華大學(xué)楊波勇等針對傳統(tǒng)的交錯反激型微逆變器存在的原邊電流峰值與變壓器體積、損耗較大的問題，提出了一種基于原邊峰值電流控制且電感電流斷續(xù)模式（DCM）的自適應(yīng)控制策略，該策略可根據(jù)負載大小變化自動調(diào)節(jié)開關(guān)頻率，在減小峰值電流的同時最大程度上減少開關(guān)次數(shù)，減小開關(guān)損耗，從而在減小原邊電流峰值的同時保證系統(tǒng)效率并實現(xiàn)較小的電流諧波畸變率（THD）并網(wǎng)，其研究成果對于提高微逆變器的效率有一定參考價值。北方工業(yè)大學(xué)張衛(wèi)平等針對傳統(tǒng)PV均衡器的數(shù)目隨著PV模塊的數(shù)目增加而增加，導(dǎo)致其系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜和成本增加的問題，提出了一種單輸入-多輸出隔離型DC/DC變換器的拓撲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了每個PV模塊僅需要一個功率開關(guān)，大大降低了成本。

近年來，SiC MOSFET器件因具有更快的開關(guān)速度和更低的開關(guān)損耗等特點而受到關(guān)注。但在高開關(guān)頻率場合，其開關(guān)損耗隨著開關(guān)頻率的增加亦快速增長。為進一步提升碳化硅MOSFET逆變器的功率密度，浙江大學(xué)何寧等提出了一種采用軟開關(guān)技術(shù)的碳化硅MOSFET逆變器，這種逆變器不僅能夠維持較高的轉(zhuǎn)換效率還能取得更高的功率密度，為SiC器件在光伏逆變器中的應(yīng)用提供了一種新思路。

最大功率點跟蹤控制能夠最大限度地獲得光伏組件輸出的直流電能，提高光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率，一直以來都是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重點研究方向之一。湖南第一師范學(xué)院鄭明才和湖南大學(xué)趙小超等提出了一種Boost結(jié)構(gòu)太陽能收集電路的MPPT控制方法，通過實時檢測光伏電池等效狀態(tài)和收集電路等效負載確定Boost電路的最優(yōu)占空比，迫使收集電路實時工作在光伏電池的MPPT工作點附近，達到盡可能提高太陽能電收集效率的目的。湘潭大學(xué)蔡興龍和馬銘磷等針對光伏陣列獲取最大功率點過程動態(tài)響應(yīng)速度和穩(wěn)態(tài)跟蹤精度二者之間不能達到平衡，提出一種基于分數(shù)階極值搜索控制的光伏陣列最大化功率點跟蹤方法，與整數(shù)階極值搜索控制相比，所提方法能夠降低最大功率點附近的振蕩，提高了系統(tǒng)的魯棒性和整體的收斂性，減少功率損失，提高光伏陣列的轉(zhuǎn)化效率。

分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的大規(guī)模并入使得孤島效應(yīng)成為目前一個廣受關(guān)注的課題，研究孤島的檢測方法對于促進新能源電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。合肥工業(yè)大學(xué)劉寧等提出了一種新的基于信號能量譜分析ESA（energy spectrum analysis,）的孤島檢測方法，該方法在分布式發(fā)電單元與本地并聯(lián)諧振負載間存在功率匹配，傳統(tǒng)過/欠電壓、過/欠頻率方法落入盲區(qū)內(nèi)時仍可有效識別孤島，且不易受系統(tǒng)暫態(tài)過程影響。燕山大學(xué)袁精等提出了一種改進型主動式孤島檢測方法，通過建立加入正/負偏移相位后逆變器在孤島運行時公共耦合點電壓的角頻率與負載品質(zhì)因數(shù)、負載諧振角頻率及所加偏移相位之間的函數(shù)關(guān)系，并設(shè)計出消除檢測盲區(qū)的正/負相位偏移參數(shù)，該方法的優(yōu)點是可降低主動式孤島檢測方法對電能質(zhì)量的影響。

隨著光伏發(fā)電的應(yīng)用越來越廣泛，光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的相互影響已不容忽視。遼寧工程技術(shù)大學(xué)周立等針對基于雙二階廣義積分器的鎖頻環(huán)需要進行復(fù)雜的坐標變換才能實現(xiàn)正、負序分離的問題，提出了一種基于一階廣義積分器的鎖頻環(huán)技術(shù)，可實現(xiàn)在電網(wǎng)電壓不平衡、諧波干擾的情況下快速跟蹤電網(wǎng)頻率。

對于大規(guī)模高滲透的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，其諧振等問題給系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行帶來了極大挑戰(zhàn)。合肥工業(yè)大學(xué)李明等分析了在高電網(wǎng)阻抗的弱電網(wǎng)情況下傳統(tǒng)直接電網(wǎng)電壓比例前饋控制導(dǎo)致并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定性下降的原因，通過基于加權(quán)系數(shù)的電網(wǎng)電壓前饋控制策略來提高并網(wǎng)逆變器的相位裕度，并針對出現(xiàn)的基波增益下降問題，通過調(diào)整系統(tǒng)閉環(huán)增益的方式來提高并網(wǎng)逆變器基波跟蹤性能。

另外，隨著微電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，微電網(wǎng)中各分布式發(fā)電單元間功率分配和諧波均流等問題已成為當前研究熱點。燕山大學(xué)張純江等提出了一種電流直接前饋式均流控制策略來解決各分布式發(fā)電系統(tǒng)線路阻抗不平衡時的均流問題，省卻了傳統(tǒng)下垂控制中所需要的功率計算與電壓合成計算，而且可以在確保頻率恒為50 Hz的前提下實現(xiàn)并聯(lián)逆變器間的電流均衡，同時提出無濾波器的諧波均流控制，并將其與加入低通濾波器或者是低通濾波器和帶通濾波器共同作用的諧波均流算法進行了對比分析。

本專輯論文基本反映了目前國內(nèi)關(guān)于高效率光伏逆變器、系統(tǒng)適應(yīng)性控制等方面的研究熱點問題，有較好的參考價值。希望本專輯的出版對于光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展起到一定的推動作用。最后，由衷感謝各位作者對本專輯的貢獻以及各位專家學(xué)者在本次專輯征文、投稿和評審過程中給予的大力支持！

特邀主編介紹：

張興，博士，合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。中國電源學(xué)會常務(wù)理事，中國電源學(xué)會新能源電能變換技術(shù)專委會副主任委員，IEEE高級會員，臺達環(huán)境與教育基金會2010年度“中達學(xué)者”。

長期從事新能源發(fā)電及其電力電子技術(shù)的教學(xué)與科研工作，領(lǐng)導(dǎo)團隊與陽光電源股份有限公司開展了長期而富有成效的產(chǎn)學(xué)研合作，實現(xiàn)了光伏并網(wǎng)逆變器、風(fēng)電變流器等新能源發(fā)電關(guān)鍵電力電子裝備的產(chǎn)業(yè)化，取得了良好的社會經(jīng)濟效益。

張純江，博士，燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。中國電源學(xué)會理事，中國電工學(xué)會電力電子學(xué)會常務(wù)理事，《電源學(xué)報》編委。2011年獲“全國教育系統(tǒng)職業(yè)道德建設(shè)標兵稱號”。

研究方向為：電力電子功率變換及系統(tǒng)、光伏風(fēng)力發(fā)電變流器及控制、微電網(wǎng)逆變器運行控制、儲能系統(tǒng)功率流控制。

主持3項國家自然科學(xué)基金項目，參加2項國家自然科學(xué)基金重點項目。獲省部級科技進步獎2項，發(fā)明專利6項，發(fā)表學(xué)術(shù)論文130多篇。