太陽能光伏并網逆變器的原理[稻谷書屋]

1、太陽能光伏并網逆變器的原理 06月9日 逆變器 一：逆變器的概述： 通常，把將交流電能變換成直流電能的過程稱為整流，把完成整流 功能的電路稱為整流電路，把實現(xiàn)整流過程的裝置稱為整流設備或 整流器。與之相對應，把將直流電能變換成交流電能的過程稱為逆 變，把完成逆變功能的電路稱為逆變電路，把實現(xiàn)逆變過程的裝置 稱為逆變設備或逆變器。 在光伏并網系統(tǒng)中，并網逆變器是核心部分。目前并網型系統(tǒng)的研 究主要集中于DC-DC和DC-AC兩級能量變換的結構。DC-DC變換環(huán) 節(jié)調整光伏陣列的工作點使其跟蹤最大功率 點;DC-AC逆變環(huán)節(jié)主 要使輸出電流與電網電壓同相位，同時獲得單位功率因數(shù)。其中DC- AC是

2、系統(tǒng)的關鍵設計。 太陽能光伏并網系統(tǒng)結構圖如圖1所示。本系統(tǒng)采用兩級式設計， 前級為升壓斬波器，后級為全橋式逆變器。前級用于最大功率追蹤， 后級實現(xiàn)對并網電流的控制?？刂贫际怯蒁SP芯片TMS320F2812協(xié) 調完成。 圖1 光伏并網系統(tǒng)結構圖 3 逆變器的設計 太陽能并網逆變器是并網發(fā)電系統(tǒng)的核心部 分，其主要功能是將太陽能電池板太陽能電池板發(fā)出的直流 電逆變成單相交流電，并送入電網。同時實現(xiàn)對 中間電壓的穩(wěn)定，便于前級升壓斬波器對最大功 率點的跟蹤。并且具有完善的并網保護功能，保 證系統(tǒng)能夠安全可靠地運行。圖2是并網逆變器 的原理圖。 4 圖2 逆變器原理框圖 5 1.按逆變器輸出交流電

3、能的頻率分： （1）工頻逆變器：工頻逆變器的頻率為 的逆變器 （2）中頻逆器：中頻逆變器的頻率一般為 到十幾 （3）高頻逆變器：高頻逆變器的頻率一般為十幾K 到。 2.按逆變器輸出的相數(shù)分可分為： （1）單相逆變器 （2）三相逆變器 （3）多相逆變器 6 按照逆變器輸出電能的去向分可分為： （1）有源逆變器 （2）無源逆變器 按逆變器主電路的形式分可分為： （1）單端式逆變器 （2）推挽式逆變器 （3）半橋式逆變器 （4）全橋式逆變器 7 按逆變器主開關器件的類型分可分為： （1）晶閘管逆變器 （2）晶體管逆變器 （3）場效應逆變器 （4）絕緣柵雙極晶體管（IGBT）逆變器 按直流電源分可分為

4、: （1）電壓源型逆變器（VSI） （2）電流源型逆變器（CSI） 按逆變器控制方式分可分為： （1）調頻式（PFM）逆變器 （2）調脈寬式（PWM）逆變器 8 按逆變器控制方式分可分為： （1）調頻式（PFM）逆變器 （2）調脈寬式（PWM）逆變器 按逆變器開關電路工作方式分可分為： （1）諧振式逆變器 （2）定頻硬開關式逆變器 （3）定頻軟開關式逆變器 （2）并網光伏系統(tǒng)逆變器 9 并網發(fā)電系統(tǒng)是與電網相連并向電網輸送 電力的光伏發(fā)電系統(tǒng)。通過光伏組件將接收來的 太陽輻射能量經過高頻直流轉換后變成高壓直流 電，經過逆變器逆變后轉換后向電網輸出與電網 電壓同頻、同相的正弦交流電流。 10 光

5、伏逆變器的工作原理： 逆變裝置的核心，是逆變開關電路，簡稱為逆變 電路。該電路通過電力電子開關的導通與關斷， 來完成逆變的功能。 11 二.幾種逆變技術分析 1.低頻環(huán)節(jié)逆變技術 此技術可以分為：方波逆變、階梯合成逆變、 脈寬調制逆變三種，但這三種逆變器的共同點都是用 來實現(xiàn)電器隔離和調整變壓比的變壓器工作頻率等于 輸出電壓頻率，所以稱為低頻環(huán)節(jié)逆變器，該電路結 構由工頻或高頻逆變器、工頻變壓器以及輸入、輸出 濾波器構成，如圖1 所示，具有電路結構簡潔、單級 功率變換、變換效率高等優(yōu)點，但同時也有變壓器體 積和重量大、音頻噪音大等缺點。 12 13 2.高頻環(huán)節(jié)逆變技術 高頻環(huán)節(jié)逆變電路如圖2

6、 所示，就是利用高頻 變壓器替代低頻變壓器進行能量傳輸、并實現(xiàn)變流裝 置的一、二次側電源之間的電器隔離，從而減小了變 壓器的體積和重量，降低了音頻噪音，此外逆變器還 具有變換效率高、輸出電壓紋波小等優(yōu)點。此類技術 中也有不用變壓器隔離的，在逆變器前面直接用一級 高頻升壓環(huán)節(jié)，這級高頻環(huán)節(jié)可以提高逆變側的直流 電壓，使得逆變器輸出與電網電壓相當，但是這樣方 式沒有實現(xiàn)輸入輸出的隔離，比較危險，相比這兩種 技術來講，高頻環(huán)節(jié)的逆變器比低頻逆變器技術難度 高、造價高、拓撲結構復雜。 14 15 3.單相逆變電路拓撲的介紹： 實現(xiàn)逆變有很多種典型的電路拓撲，主要有推挽 逆變拓撲、半橋逆變拓撲、全橋逆變

7、拓撲三種，下文 將對這三種拓撲進行介紹。 推挽逆變拓撲： 圖3 所示的推挽電路只用兩個開關元器件，比全橋 電路少用了一半的開關器件，可以提高能量利用率， 另外驅動電路具有公共地，驅動簡單，適用原邊電壓 比較低的場合，但由于本身電路的結構特點，推挽電 路拓撲無法輸出正弦電壓波形，只能輸出方波電壓波 形，適用于1KW 以下的方波電壓方案。 16 17 三保護措施。 一款性能優(yōu)良的逆變器，還應具備完備的保護功能或 措施，以應對在實際使用過程中出現(xiàn)的各種異常情況 ，使逆變器本身及系統(tǒng)其他部件免受損傷。 (1)輸入欠壓保戶：當輸入端電壓低于額定電壓的85 時，逆變器應有保護和顯示。 (2)輸入過壓保戶：

8、當輸入端電壓高于額定電壓的130 時，逆變器應有保護和顯示。 (3)過電流保護：逆變器的過電流保護，應能保證在負 載發(fā)生短路或電流超過允許值時及時動作，使其免受 浪涌電流的損傷。當工作電流超過額定的150 時， 逆變器應能自動保護。 18 (4)輸出短路保戶：逆變器短路保護動作時間應 不超過05s。 (5)輸入反接保護：當輸入端正、負極接反時， 逆變器應有防護功能和顯示。 (6)防雷保護：逆變器應有防雷保護。 (7)過溫保護等。另外，對無電壓穩(wěn)定措施的逆 變器 ，逆變器還應有輸出過電壓防護措施，以 使負載免受過電壓的損害。 19 四光伏逆變器的安裝注意事項及維護： 逆變器安裝維修的注意事項：

9、1、在安裝前首先應該檢查逆變器是否在運輸過程中 有無損壞。 2、在選擇安裝場地時，應該保證周圍內沒有任何其 他電力電子設備的干擾。 3、在進行電氣連接之前，務必采用不透光材料將光 伏電池板覆蓋或斷開直流側斷路器。暴露于陽光，光 伏陣列將會產生危險電壓。 4、所有安裝操作必須且僅由專業(yè)技術人員完成。 5、光伏系統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)中所使用線纜必須連接牢固， 良好絕緣以及規(guī)格合適。 20 6、所有的電氣安裝必須滿足當?shù)匾约皣译姎鈽藴?。 7、僅當?shù)玫疆數(shù)仉娏Σ块T許可后并由專業(yè)技術人員 完成所有電氣連接后才可將逆變器并網。 8、在進行任何維修工作前，應首先斷開逆變器與電 網的電氣連接，然后斷開直流側電氣連接

10、。 9、等待至少 5 分鐘直到內部元件放電完畢方可進行 維修工作。 10、任何影響逆變器安全性能的故障必須立即排除方 可再次開啟逆變器。 21 11、避免不必要的電路板接觸。 12、遵守靜電防護規(guī)范，佩戴防靜電手環(huán)。 13、注意并遵守產品上的警告標識。 14、操作前初步目視檢查設備有無損壞或其它 危險狀態(tài)。 15、注意逆變器熱表面。例如功率半導體的散 熱器等，在逆變器斷電后一段時間內，仍保持較 高溫度。 22 五逆變器安裝位置的要求： 1、勿將逆變器安裝在陽光直射處。否則可能會導致 額外的逆變器內部溫度，逆變器為保護內部元件將降 額運行。甚至溫度過高引發(fā)逆變器溫度故障。 2、選擇安裝場地應足夠

11、堅固能長時間支撐逆變器的 重量。 3、所選擇安裝場地環(huán)境溫度為-25C 50C，安 裝環(huán)境清潔。 4、所選擇安裝場地環(huán)境濕度不超過 95%，且無凝露 5、逆變器前方應留有足夠間隙使得易于觀察數(shù)據(jù)以 及維修。 23 6、盡量安裝在遠離居民生活的地方，其運行過 程中會產生一些噪聲。 7、安裝地方確保不會晃動。 24 8.2 監(jiān)控操作 8.2.1 查詢系統(tǒng)運行信息 您可以通過 LCD 液晶屏，查詢 SUN8000 系統(tǒng)運行的 相關信息，包括輸入數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)、機柜數(shù)據(jù)、實時 曲線、ISO 曲線、發(fā)電量、操作日志。 操作步驟 步驟 1 在主界面，點擊“運行”，進入“運行”界面。 25 步驟 2 在“運

12、行”界面，點擊“輸入數(shù)據(jù)”，切換查詢 各個功率柜的輸入電壓、輸入電流及輸入功率。 26 步驟 3 在“運行”界面，點擊“輸出數(shù)據(jù)”，查看輸出 的各路線電壓、各相線電流、有功功率、無功功率、功 率因數(shù)及電網頻率。 27 步驟 4 在“運行”界面，點擊“機柜數(shù)據(jù)”，切換查看 各個功率柜和控制柜的相關數(shù)據(jù) 28 29 步驟 5 在“運行”界面，點擊“實時曲線”，切換查看 各個功率柜和控制柜圖形化統(tǒng)計數(shù)據(jù)。 功率柜實時曲線包括：輸入電壓曲線和輸 出功率曲線。 控制柜實時曲線為：輸出功率曲線。 30 步驟 6 在“運行”界面，點擊“ISO 曲線”，查看運行 狀態(tài)時各功率柜的 ISO（絕緣阻抗）曲線。 3

13、1 步驟 7 在“運行”界面，點擊“發(fā)電量”，查看發(fā)電量 數(shù)據(jù) 32 步驟 8 在“運行”界面，點擊“操作日志”，查看系統(tǒng) 操作日志數(shù)據(jù) 33 8.2.2查詢告警記錄 操作步驟 步驟 1 在主界面，點擊“告警”，進入“告警”界面 步驟 2 在“告警”界面，點擊“當前告警”。 34 35 步驟 3 在“告警”界面，點擊“歷史告警” 36 8.2.3設置系統(tǒng)參數(shù) 操作步驟 步驟 1 在主界面，點擊“設置”，進入用 戶及密碼設置界面。 步驟 2 在“用戶名”下拉框中選擇“高級 用戶”，并在“密碼”區(qū)域框中輸入正確 的密碼， 37 38 步驟 3 點擊 ，然后點擊“系統(tǒng)參數(shù)”，進入“系統(tǒng)參數(shù) ”界面。

14、 步驟 4 在“系統(tǒng)組成方式”下拉框中選擇 一種系統(tǒng)組成方式 39 選擇“全獨立”前需要將兩功率柜之間的并機銅排拆除 40 全并聯(lián)方式指的是，2 個功率柜的 PV 輸入在逆 變器內部短接，系統(tǒng)運行時使用 1路 MPPT 控 制，可實現(xiàn)模塊智能休眠。 適合 2 個功率柜的電池板配置完全一致，周邊 無遮擋的電站。 全獨立方式指的是，2 個功率柜的 PV 輸入在逆 變器內部獨立，此時逆變器具有 2路 MPPT 控 制。在這種方式下，可實現(xiàn) 2 路 PV 的獨立控制 ，請確保此時 2 路 PV沒有在逆變器外部相連。 適合 2 個功率柜的電池板因為外部條件原因導致 電池板朝向、遮擋或者配置有差異的電站。

15、 41 步驟 5 在“功率柜數(shù)量”下拉框中選擇一個數(shù)值 允許選擇的功率柜數(shù)量為“1”“5” 。 SUN8000-500KTL 具有 2 個功率柜，每 個功率柜額定功率為 250kW，因此該參數(shù) 設置為“2” ；如果該參數(shù)設置為“1” ，則只會有一個功率柜在發(fā)電，所以請正 確選擇該參數(shù)。 步驟 6 在“功率柜容量”下拉框中選擇一 個數(shù)值。 允許選擇的功率柜容量為“250kVA”和 “125kVA” 。 42 8.2.4 設置保護參數(shù) 操作步驟 步驟 1 在主界面，點擊“設置”，進入用 戶及密碼設置界面 步驟 2 設置正確的“用戶名”和“密碼 43 步驟 3 點擊“保護參數(shù)”，進入“保護參數(shù)”界面

16、 步驟 4 設置“絕緣阻抗保護點”、“開機軟啟動時間 ”“電網短時中斷判斷時間”及“快速啟動梯度”。 “絕緣阻抗保護點絕緣阻抗保護點”參數(shù)，設置范圍為參數(shù)，設置范圍為“0.033 1M ” ，用于設定絕緣阻抗，用于設定絕緣阻抗ISO 保護值的大小。逆變保護值的大小。逆變 器開機前進行絕緣阻抗檢測，若檢測到低于預設值，逆器開機前進行絕緣阻抗檢測，若檢測到低于預設值，逆 變器不開機，并維持檢測，直到滿足開機要求再開機。變器不開機，并維持檢測，直到滿足開機要求再開機。 “開機軟啟動時間”參數(shù)，設置范圍為“20s 800s” ，用于設定 SUN8000 的開機啟動時間，即改變 逆變器開機功率上升的梯度

17、。 44 步驟 5 分別設置不同保護參數(shù)的“保護點”和“保護時 間”。 允許設置的保護參數(shù)包括：電網過壓一級 保護、電網過壓二級保護、電網欠壓一級 保護、電網欠壓二級保護、電網過頻一級 保護、電網過頻二級保護、電網欠頻一級 保護、電網欠頻二級保護。一般情況下， 電網保護的閾值和時間由具體國家的標準 決定，所以選擇不同的電網標準碼，需要 設置的保護參數(shù)有所不同。 45 46 8.2.5設置特性參數(shù) 操作步驟 步驟 1 在主界面，點擊“設置”，進入用 戶及密碼設置界面。 步驟 2 設置正確的“用戶名”和“密碼” 47 48 步驟 3 點擊“特性參數(shù)”，進入“特性參數(shù)”界面。 步驟 4 設置“低電壓

18、穿越使能設置”、“ 孤島檢測使能設置”及“夜間無功使能設 置” “低電壓穿越使能設置”參數(shù)，用于開啟或禁止低電壓穿越功能。 “孤島檢測使能設置”參數(shù)，用于開啟或禁止孤島檢測功能 49 若“低電壓穿越”和“孤島檢測”同時開啟，僅“低電壓穿越”開啟生效！ 50 孤島檢測：孤島保護是專門針對接入市電 而言。當市電發(fā)生故障，由并網逆變器檢 測并判斷孤島，停止向市電輸送電能。 這樣做的主要目的是： 1 保障市電檢修人員的人身安全 2 避免電網恢復供電時相位不同步 51 步驟 5 設置“電壓不平衡保護點” “電壓不平衡保護點”參數(shù)，用于設置電 網電壓不平衡度的保護閾值，當不平衡度 超過該閾值時 SUN80

19、00 會關機并上報告 警。 系統(tǒng)提供電網電壓 10 分鐘平均值監(jiān)控的 方法，當檢測到的電網電壓平均值超過設 定保護點長達設定的保護時間時， SUN8000 會關機并上報告警。 52 8.2.6LVRT 曲線 LVRT 是光伏并網逆變器的并網要求，即逆變器 在電網電壓短時跌落（一般 3s 以內）時，逆變 器能夠不脫離電網運行，并且提供電網電壓恢復 所需要的無功功率。各個國家逆變器標準對 LVRT 的要求不同，LVRT 曲線上規(guī)定了電壓低 落點對應的穿越時間長短，超過該時間后，逆變 器必須觸發(fā)保護動作。由于不同國家的曲線不相 同，且標準也可能發(fā)生變化。為了支持該特性， SUN8000 提供了設置

20、LVRT 曲線的功能。 53 8.2.7啟動 USB 向導 您可以通過 LCD 液晶屏，啟動 USB 向導 功能，實現(xiàn)通過 U 盤進行配置導入、配置 導出、數(shù)據(jù)導出、固件升級及一鍵式導出 的功能。 54 操作步驟 步驟 1 將 U 盤插入 LCD 屏側面的 USB 口中。 插入 U 盤后，主界面會出現(xiàn) USB 插入標識 55 步驟 2 在主界面，點擊“維護”，進入用戶及密碼設置 界面。 步驟 3 設置正確的“用戶名”和“密碼” 56 步驟 4 點擊“USB 擴展”，進入“USB 擴展”界面 57 步驟 5 點擊“配置導入”，執(zhí)行配置數(shù)據(jù) 導入操作 步驟 6 點擊“配置導出”，執(zhí)行配置數(shù)據(jù) 導出

21、操作。 步驟 7 點擊“數(shù)據(jù)導出”，執(zhí)行活動告警 ，歷史告警，發(fā)電量數(shù)據(jù)，異常接管日志 ，調試日志，操作日志等數(shù)據(jù)的導出操作 。 步驟 8 點擊“固件升級”，執(zhí)行固件升級 操作。 步驟 9 點擊“一鍵式導出”，執(zhí)行所有數(shù) 據(jù)（包括 DSP 日志）一鍵式導出操作。 58 9.技術數(shù)據(jù) 9.1效率 技術指標技術指標SUN8000-500KTL 最大效率98.70% 歐洲效率98.50% 59 輸入 技術指標技術指標SUN8000-500KTL 最大輸入功率（cos=1 時）660kW 最大輸入電壓1000V 額定輸入電流 1000A 最低工作電壓475V 最大輸入路數(shù)8 MPPT 數(shù)量12（可選）

22、 60 輸出 技術指標技術指標 SUN8000-500KTL 額定功率 500kW/500kVA 最大輸出功率600kW/600kVA 額定輸出電壓320V 額定輸出頻率50Hz/60Hz 額定輸出電流900A 最大輸出電流1080A 功率因數(shù)0.8 最大總諧波失真3% 61 在電力領域，各次諧波的方均根值與基波 方均根值的比例稱為該次諧波的諧波含量 。所有諧波的方均根值的方和根與基波方 均根值的比例稱為總諧波失真。通常說的 諧波失真等同于總諧波失真。 如220v則總電壓畸變率 5%以內合格， 10kV 就4%了 62 10.注意事項 10.1系統(tǒng)正常運行時禁止打開逆變器機柜 柜門，否則將會造

23、成逆變器關機。 10.2逆變器正常運行時，嚴禁直接斷開 AC、DC 開關，以免損壞開關甚至逆變器 。 10.3工作溫度-25|+55 10.4逆變站停止運行后，請等待至少 10 分鐘，然后使用萬用表測試輸入、輸出端 電壓，確保電壓均降到安全電壓范圍內， 才可以打開柜門對其進行維護或檢修。 63 10.5發(fā)生故障請第一時間導出日志！ 10.6配置參數(shù)“系統(tǒng)組成方式”是否與逆 變器實際連接一致 10.7逆變器的時間修改在顯示屏上修改無 效，只能通過采集器修改。因為數(shù)據(jù)采集 器要對兩臺逆變器進行數(shù)據(jù)采集，要絕對 保持兩臺逆變器的時間一致。因此，雖然 逆變器本身有修改時間的功能，但修改后 無效。 64

24、 10.8逆變器運行時嚴禁直接斷開DC，AC開 關。 10.9在告警ID中有代碼0,1，2 0代表控制柜， 1代表一號功率柜 2代表二號功率柜 65 11.總結 11.1逆變器并網條件： 交流側有交流電壓 （我廠交流側額定電壓為315V，并且交流 電壓要在保護范圍值內） 直流電壓超過475V （指額定電壓，不是開路電壓） 66 11.2逆變器并網前首先要進行絕緣檢測。 平時并網的時候可能這是一個不起眼的環(huán) 節(jié)，但是這一環(huán)節(jié)至關重要。是對設備和 人身的一個重要保證。平時我們在干電氣 行業(yè)，電氣設備都要定期對設備進行絕緣 檢測試驗，而逆變器每次并網前都要進行 自動絕緣檢測，絕緣合格是并網的必要條

25、件。這是逆變器比較智能的一個體現(xiàn)。 67 11.3自動跟蹤交流側的電壓和頻率 光伏和火電的一個重要區(qū)別就是，火電并 網條件很多，電壓，相位，相序，準同期 并列，調頻，調機組出力等等，而光伏的 這些我們都不要考慮，都在逆變器內部完 成。無需我們考慮。都靠逆變器mppt自動 檢測電網電壓，頻率。然后將直流通過整 流，濾波，得到純凈的交流電。 68 11.4逆變器的全并聯(lián) 本站的華為逆變器單個逆變器額定容量是 500KW。由兩個功率柜組成，每個功率柜容量 為250KW。而每個功率柜又由兩個125KW功率 單元組成。全并聯(lián)是指四個125的功率單元并聯(lián) 。達到逆變器的合理利用。比如早晨的功率比較 低，只有幾十KW，這個時候不會兩臺功率柜同 時工作，而只有一臺工作，并且是一臺功率柜的 一個功率單元工作，其他功率單元都在休眠狀態(tài) 。隨著功率的增加，最后兩臺功率柜都進入運行 狀態(tài)。這種全并聯(lián)實現(xiàn)的功率模塊休眠也體現(xiàn)逆 變器的智能化。 69 11.5告警事例（1） 現(xiàn)象：柜門打開，造成事故報警