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1、20:34:39,光伏逆变器,一、光伏逆变器的结构及分类,20:34:39,逆变 逆变直流电变成交流电。逆变器由半导体器件组成的电力变换装置，将直流电能转换成交流电能，是整流变换的逆过程。光伏逆变器把光伏电池产生的直流电能转换成交流电能的电力转换装置。,20:34:39,2.1 逆变器的基本结构1 逆变器的基本结构 由输入电路、输出电路、主逆变电路、控制电路、辅助电路和保护电路等构成。逆变器基本电路构成示意图,20:34:39,2.2 逆变器的分类,1 根据功率大小小型逆变器(1kW)中型逆变器(1-10kW)大型逆变器(10-100kW)超大型逆变器(100kW以上)2 根据输出交流电的频率
2、工频逆变器：频率为50-60Hz中频逆变器：频率为400Hz-1kHz高频逆变器:10几KHz到MHz,20:34:39,3.按是否与电网交互,(1)并网逆变器直接联网:不使用储能元件，一侧连PV，一侧连接电网。带蓄电池(2)独立运行逆变器（用于带蓄电池的独立运行PV系统),20:34:39,独立光伏系统逆变器,20:34:39,并网光伏系统逆变器,电网类型：低压网：电压等级在1kV以下；常见的是户用和小区的380VAC三相电。中压网：110kV；常见的小区，工业厂区配电为10kV。高压网：高压10kV，低于330kV；一般为省内的干线。超高压网：低于1000kV；一般为全国的干线。特高压网：
3、1000kV及以上。,光伏电站接入电网的类型：接入低压电网：(1)接入电网：直接接入本地配电网，分为单相和三相接入；(2)功率要求：原则上要求光伏发电功率不超过配电变压器容量的25%30%。常见的配电变压器容量为1.62MW左右，如果光伏电站能量不超过400kW，一般接入电压电网；(3)电网保护要求：与本地配电网共用继电保护装置，光伏接入可能对继电保护有一定影响；(4)系统接地保护：配网中电网低压侧必带N线，且N线在配电变压器侧与PE相连。相应的，光伏逆变器也必须带N线。,光伏电站接入电网的类型：,接入中压电网：(1)接入电网：必须通过升压变压器后接入10kV或35kV中压电网；(2)功率要求
4、：一般电站功率都大于10MW以上，功率太小不划算；(3)电网保护要求：接入点必须自带继电保护装置；(4)系统接地保护：箱变低压N线一般不引出，也不需要接PE。,20:34:39,微型逆变器：只接到一个或几个PV组件。通常单机功率在1KW以下，单MPPT，应用中多为0.25-1KW一路MPPT。其优点是可以对每块或几块电池板进行独立的MPPT控制，但该类逆变器每瓦成本很高。组串逆变器：单机功率在数kW数十kW之间,单个或多个MPPT。该类逆变器每瓦成本较高，主要应用于中小型电站。适用于中小型屋顶光伏发电系统，小型地面电站。系统包含元件：组件，直流电缆，逆变器，交流配电，电网。,4.按输出功率等级
5、,集中型逆变器：主要特点是单机功率大、最大功率跟踪(MPPT)数量少、每瓦成本低。功率等级为500KW兆瓦级以上。一般适用于日照均匀的大型厂房，荒漠电站，地面电站等大型发电系统中。系统包含元件：光伏组件，直流电缆，汇流箱，直流电缆，直流汇流配电，直流电缆，逆变器，隔离变压器，交流配电，电网。,20:34:39,5 按输出的交流电压波形,方波逆变器,阶梯波逆变器,正弦波逆变器,按拓扑结构,根据逆变器拓扑中能量转换环节的数目，逆变器可分为单级结构、两级结构和多级结构逆变器。,20:34:39,单级结构逆变器,两级或多级结构逆变器,7.按是否带隔离分为非隔离型、工频隔离型、高频隔离型。,单级式结构，
6、非隔离型。,多路组光伏组件串并联达到足够的电压，直接一级逆变得到交流输出到电网。特点：组件与电网直接没有隔离。集中式逆变器多采用，多用于大型光伏电站。,单级非隔离型光伏并网逆变器的特点：1.光伏阵列通过逆变器直接耦合并网，组件与电网之间无隔离。体积小、重量轻、效率高、成本低。2.为了使直流侧电压达到能够直接并网逆变的电压，一般要求光伏阵列通过串并联达到较高的输出电压。3.由于光伏阵列的输出电压较高，要求光伏阵列乃至整个系统必须具有较高的绝缘等级，防止漏电。4.大面积的光伏组件与地之间存在较大的分布电容，易产生光伏电池对地的共模漏电流。漏电流解决措施：采用双极性SPWM调制；加直流旁路环节、交流
7、旁路环节。5.无隔离变压器，逆变器容易向电网注入直流分量。直流分量产生原因：检测元件的零点漂移；A/D转换器的零点漂移；驱动电路不一致；开关管特性不一致；SPWM产生电路或软件引起的直流分量。,单级式结构，工频隔离型,逆变得到的交流输出经工频变压器接到电网。特点：工频变压器一般体积庞大。,工频隔离型光伏并网逆变器的特点：1.结构简单、可靠性高、抗冲击性能好、安全性能良好、无直流分量注入电网问题。2.工频变压器体积大、重量重、噪声高、效率低。,两级式结构。多数DC/DC升压会采用带高频隔离的电路结构，做成高频隔离型。高频隔离型特点：体积小、直流轻、带电气隔离。,二、光伏并网逆变器的主要电气参数指
8、标要求,三、光伏并网逆变器的主要电气参数指标要求（参照光伏发电并网逆变器技术规范NBT_32004-2013）,3.1 输入要求输入参数一般包括输入电压范围、最大输入电流、最大输入功率。逆变器最大输入电流或功率要求不超过额定输入的110%。3.2 输出要求输出参数一般包括额定输出电压、输出电流、输出功率。逆变器输出电流或输出功率的偏差应在标称的额定输出的+10以内。3.3 光伏逆变器的效率对于光伏逆变器，决定其能量转换的效率包括动态最大功率点跟踪效率和转换效率。,最高效率：指逆变器在全电压、全负载范围内测试到的效率最高的点。NBT_32004-2013规范中要求不带隔离变压器型逆变器的转换效率
9、最大值应不低于96，带隔离变压器型逆变器的转换效率最大值应不低于94%。欧洲效率（EU效率）：欧洲制定的效率加权计算方法。额定功率的5%、10%、20%、30%、50%、100%的加权平均。,加州效率（CEC效率）：美国加州地区制定的效率加权计算方法。额定功率的10%、20%、30%、50%、75%、100%的加权平均。,以上这些都是逆变器本身的转换效率，称为静态效率。,逆变器效率曲线,20:34:39,3.3光伏逆变器的效率,MPPT效率：衡量光伏并网逆变器控制着光伏电池是否运行在最大功率点，这个将直接影响光伏发电系统能量的转换效率。,3.3光伏逆变器的效率,综合效率综合效率=静态效率MPP
10、T效率很多权威的实验室采用基于光伏阵列模拟器的MPPT测试，实际上测试的是包括了静态效率和MPPT效率在内的综合效率。例如德国PHOTON实验室的PHOTON效率。,3.3光伏逆变器的效率,PHOTON效率输入电压：在整个MPPT范围内平均选20个点。输出电压：接电网，线电压400V/50Hz输出功率：5%120%功率范围内选取24个点,20:34:39,3.4 功率因数 Pout输出有功功率Qout输出无功功率根据标准，并网逆变器半载以上时功率因数不能小于0.98（超前或滞后），20%50%负载以上时功率因数不能小于0.95.标准中并且要求并网逆变器有一定的无功功率调节能力。光伏发电站安装的
11、并网逆变器应满足额定有功出力下功率因数在超前0.95一滞后0.95的范围内动态可调，,3.5.谐波和波形失真,谐波系数HF（Harmonic Factor）谐波系数HF定义为谐波分量有效值同基波分量有致值之比，即 式中n=1、2、3，表示谐波次数，n=1时为基波。,总谐波系数THD（Total Harmonic Distrotion）,总谐波系数表征了一个实际波形同其基波的接近程度。THD定义为,逆变器在运行时不应造成电网电压波形过度畸变和注入电网过度的谐波电流，以确保对连接到电网的其他设备不造成不利影响。根据NB/T 32004-2013 标准：规定额定输出时总谐波系数THD不应超过5。另外
12、对各次谐波含量的允许值也有规定：,各次谐波含量的允许值,3.6 直流分量逆变器额定功率并网运行时，向电网馈送的直流电流分量应不超过其输出电流额定值的0.5或5mA，取二者中较大值。,三、逆变器的主要保护功能要求,三、逆变器的主要保护功能要求,1.直流输入侧过电压保护2.交流输出侧过电压欠电压保护3.交流输出过频欠频保护4.直流极性误接保护5.交流缺相保护,6.直流输入过载保护7.输出端短路保护8.反放电保护当逆变器直流侧电压低于允许工作范围或逆变器处于关机状态时，逆变器直流侧应无反向电流流过。,20:34:39,9.防孤岛效应保护当电网供电因故障事故或停电维修时，用户端的光伏并网发电系统未能及
13、时检测出停电状态，形成由光伏发电系统和周围的负载组成的自给供电孤岛。这种现象称为孤岛效应。孤岛效应的危害：对于在这些线路上的电网工作人员可能造成安全问题，而且有可能给配电系统及一些负载设备造成损害。逆变器具有检测突然与电网失去连接的能力，并以自动关断逆变器作为响应，即防孤岛效应。,20:34:39,NBT_32004-2013规定：逆变器并入10kV及以下电压等级配电网时，应具有防孤岛效应保护功能。若逆变器并入的电网供电中断，逆变器应在2s内停止向电网供电，同时发出警示信号。对于并入35kV及以上电压等级输电网的逆变器，可由继电保护装置完成保护。,10.低电压穿越(Low Voltage Ri
14、de Through,LVRT）是指当电力系统事故或扰动引起光伏电站并网点的电压跌落时，在一定电压跌落范围和时间间隔内，光伏电站能够保证不脱网连续运行，避免电网故障的扩大化，同时光伏并网逆变器需要能够发出一定的有功和无功功率，以支撑电网恢复。零电压穿越(ZVRT)比低电压穿越（LVRT）要求更高，测试更加严格。,20:34:39,光伏发电并网逆变器技术规范国家标准NBT_32004-2013规定：下图为光伏发电站应满足的低电压穿越要求：a)逆变器交流侧电压跌至0时，逆变器能够保证不间断并网运行0.15s后恢复至标称电压的20%;整个跌落时间持续0.625s后逆变器交流侧电压开始恢复，并且电压在
15、发生跌落后2s内能够恢复到标称电压的90时，逆变器能够保证不间断并网运行;b)光伏发电站并网点电压跌至曲线1以下时，光伏发电站可以从电网切出。,六 知名逆变器厂家,国内逆变器厂家2015中国光伏电站逆变器企业20强出货量(2014年),20:34:40,(2)国际逆变器,20:34:40,认证,小功率机型的认证繁多，不同国家或地区都有各自的认证要求。国内要求必须过“金太阳”认证；国外的认证如德国TV、VDE-AR-N 4105、CE，意大利Enel-GUIDA，西班牙ROYAL DECREE 1663/2000，英国G83、G59，澳洲AS4777，美洲UL-1741等。大功率机型的主要认证
16、国内必过的认证有“金太阳”认证和低电压穿越试验通过报告；有的厂家为了出口或用户的需要，也做德国TUV 认证或BDEW(德国中压电网指令要求),四、逆变器的控制,光伏逆变器跟踪最大功率点的过程，就是不断调整逆变器有功输出，使光伏电池实际工作点能跟踪其最大功率点。,四 光伏逆变器的控制,4.1常用的MPPT方法,a）太阳能电池I-V特性（标幺值）b）太阳能电池P-V特性（标幺值）太阳能电池在相同温度和不同光照度下I-V和P-V变化曲线,常用的MPPT方法,(1)恒定电压法（CVT）恒定电压法是根据光伏电池的经验数据，例如有的光伏电池工作在最大功率点时，输出电压约为开路电压的0.78倍时。所以控制输
17、出电压稳定在这个理论点Vp。采用CVT 控制的优点是控制简单且易实现；系统工作电压具有良好的稳定性。由于 光伏阵列的最大功率点电压与开路电压的比值并不总等于同一常数。因此,可以说该算法追踪的稳态误差较大,能量转换效率低。,常用的MPPT方法,(2)导纳增量法（INC）通过光伏阵列P-V曲线可知最大值P处的斜率为零，得到 上式为达到最大功率点的条件，即输出电导的变化量等于输出电导的负值时，光伏阵列工作在最大功率点。所以通过判断dI/dV与-I/V的关系可判断当前状态是否达到最大功率点，判断如下当dI/dV=-I/V时，在最大功率点处，参考电压保持不变；当dI/dV-I/V时，在最大功率点的左边，
18、需要增大参考电压；当dI/dV-I/V时，在最大功率点的右边，需减小参考电压。导纳增量法控制效果好、稳定度高、精度高。,常用的MPPT方法,(3)扰动观测法（P&O）扰动观测法又可称为爬山法。算法原理是在光伏阵列正常工作时,以微小的电压波动不断扰动阵列的输出电压,在电压变化的同时,检测功率变化的方向,从而确定寻优方向,决定下一步电压参考值的大小。具体做法是先让光伏电池按照某一电压值输出，测得它的输出功率，然后再在这个电压的基础上给一个电压扰动，扰动可正可负，再测量输出功率，比较测得的两个功率值，如果功率值增加了，则继续给相同方向的扰动，如果功率值减少了，则施加反方向的扰动。,扰动观测法具有控制思路简单、实现较为方便的优点。但该方法由于不断干扰光伏阵列工作电压,故理论上虽然在某日照强度和环境温度下光伏阵列存在唯一的最大功率点,却无法最终稳定运行在该最优点。因此,可以说扰动法的本质缺点即为阵列输出功率会在最大功率点附近的小范围内反复振荡,而振荡的幅值则由算法的步长决定。存在着因功率跟踪过程中非单调性造成的误差；而在日照强度等环境条件剧烈变化时可能导致跟踪失败。,
