用于离网型光伏发电中带储能的新颖多电平逆变器

接，一个PWM逆变器需要约 12KVA的变压器。12kVA变压器的效率，在额定条件下输出纯正弦电流时为98%。在额定工况的涡流损耗假定为总损耗的15%，而在1KHz开关频率下涡流损耗系数为2.53.基于PWM级联变压器型逆变器工作在1KHz开关频率下，当输出10kW功率时，其总的变压器损耗约为275W 。

三、模拟试验与结果

1.系统描述

本研究利用了基于图1所示新研制逆变器的10KW、230V离网光伏系统。该系统的参数列于表5(某些参数的标注见图1)。为观察新逆变器的参数及其控制，利用了PACAD/EMTDC软件对此系统进行模拟。

2.稳态运行下逆变器的输出电压

当系统运行于功率因数为1和0.95(离网装置中期望的典型滞后功率因数)时，通过模拟试验获得了输出电压波形及其频谱。在两种情况下输出负载均为10KW。如图6所示两种情况下逆变器的输出电压很接近正弦波形，当运行在1和0.95的功率因数时，逆变器输出电压的总谐波失真(THD)分别为4.9%和5.6%。

图6：稳态逆变器的输出电压和频谱 (a)功率因数为1时的输出电压;(b)功率因数为0.95(滞后)时输出电压;(c)功率因数为1的频谱(THD=4.9);(d)功率因数为0.95的频谱(THD=5.6)。

3.恒定辐照度下充电状态(SOC)的平衡

为了研究SOC平衡技术的性能，在对所有光伏模块给出恒定辐照度(600W/㎡)、历时800s的情况下，对本系统进行了模拟试验。假定在电池温度25℃时功率输出为10KW。图7为所有蓄电池的SOC。从图上可以清楚见到，所有蓄电池在任何给定时间的SOC均相同。因而证明所提出SOC平衡控制的有效性。

4.在不同辐照度下的SOC平衡

为了观察在不同辐照度条件下的SOC平衡技术性能，在光伏模块1-6不同的辐照模式下，对PV系统进行了模拟。表6列出了每一光伏模块上的辐照度。而图8表示模拟的结果。即使每一蓄电池的SOC稍有偏差，它们也几乎是相同的。

5.在小负荷下的系统性能

最后，了解一下小负荷下的系统性能。在t=100s，光伏系统的输出功率从10KW降到2KW，观察所有各个蓄电池的SOC。如图9所示，从0到100s光伏模块和蓄电池都供电，但当输出负载小时，PV模块充电蓄电池以提高SOC。

四、结论

本文介绍了采用13电平级联逆变器而无变压器的离网型光伏系统。并将各种多电平功率逆变器与新研制带蓄电池储能的光伏系统逆变器进行了比较对照。新研制级联逆变器具有低的功率损耗，简单的开关技术，可实现模块化及简易的充电平衡方法。

根据提出的这一开关技术，能平衡所有蓄电池的SOC，其有效性已通过模拟得到证实。模拟实验说明，新研制的控制器不仅平衡每一蓄电池的SOC，而且降低了输出的THD，在无任何谐波滤波情况下，THD<6%。

原文出处：(斯里兰卡)kapila Bandara，(英国)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.