電力電子知識入門4

電力電子知識入門42023/12/27電力電子知識入門4目錄風力發(fā)電光伏發(fā)電電力儲能2電力電子知識入門4目前風電發(fā)展呈現(xiàn)特點風力發(fā)電電氣控制組成風電變流器（雙饋、直驅(qū)）國外風電變流器產(chǎn)品介紹風電變流器發(fā)展展望一風力發(fā)電3電力電子知識入門4一風力發(fā)電4電力電子知識入門4目前風電發(fā)展呈現(xiàn)特點：因風能轉(zhuǎn)換效率高，在大型風電機組上更顯經(jīng)濟性等，水平軸風電機組成了世界風電發(fā)展的主流機型，并占到95%以上的市場份額；而具有載荷控制平穩(wěn)、安全和高效等優(yōu)點的變槳距功率調(diào)節(jié)方式，近年也得到廣泛采用。我國2008年安裝的兆瓦級風電機組，都是變槳距機組。風電機組的單機容量持續(xù)增大，世界上主流機型已經(jīng)從2000年的500～1000千瓦增加到2008年的2～3兆瓦。海上風電場的開發(fā)進一步加快了大容量風機的發(fā)展，目前，已有企業(yè)開始設(shè)計和制造8～10兆瓦風電機組。直驅(qū)式、全功率變流技術(shù)得到迅速發(fā)展。據(jù)祁和生介紹，無齒輪箱的直驅(qū)方式能有效地減少由于齒輪箱問題而造成的機組故障，可有效提高系統(tǒng)的運行可靠性和壽命，減少維護成本，因而得到了市場的青睞。大型風電機組關(guān)鍵部件的性能日益提高。國外己研發(fā)出3000V~12000V的風力發(fā)電專用高壓發(fā)電機，使發(fā)電機的效率進一步提高；高壓三電平變流器的應(yīng)用大大減少了功率器件的損耗，使逆變效率達到98%以上；某些公司還對槳葉及變槳距系統(tǒng)進行了優(yōu)化。風電場建設(shè)和運營的技術(shù)水平日益提高。“隨著投資者對風電場建設(shè)前期的評估和建成后運行質(zhì)量的要求越來越高，國外已開發(fā)出了許多先進測試設(shè)備和評估軟件?！逼詈蜕榻B說，在風電場選址方面開發(fā)了商業(yè)化的應(yīng)用軟件；在風電機組布局及電力輸配電系統(tǒng)的設(shè)計上也開發(fā)出了成熟軟件；國外還對風電機組和風電場的短期及長期發(fā)電量預(yù)測做了很多研究，精確度可達90%以上。一風力發(fā)電5電力電子知識入門4風力發(fā)電電氣控制系統(tǒng)一風力發(fā)電6電力電子知識入門4整機分類從整機結(jié)構(gòu)上分類，風電整機可以分成異步失速，雙饋變速恒頻，永磁直驅(qū)三種。由于電網(wǎng)對無功補償和低電壓穿越能力的要求，已經(jīng)安裝的異步失速風機風場，需要進行相應(yīng)的改造以滿足并網(wǎng)的要求。雙饋變速恒頻和永磁直驅(qū)風機由于安裝了變流器，具有較好的對功率因素和無功的調(diào)節(jié)能力，逐步成為主要的發(fā)展方向。目前主流在產(chǎn)的1.5MW和2MW風機均采用這兩種技術(shù)路線。風力發(fā)電電氣控制系統(tǒng)一風力發(fā)電7電力電子知識入門4典型的雙饋機型結(jié)構(gòu)典型的直驅(qū)風機結(jié)構(gòu)無齒輪箱直驅(qū)式風機：風機葉輪直接驅(qū)動多級同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子發(fā)電，免去齒輪箱這一傳統(tǒng)部件，發(fā)電機采用高磁能積的永磁材料作為磁極，省去了勵磁繞組產(chǎn)生的損耗。雙饋風力發(fā)電機：是通過葉輪將風能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C風輪轉(zhuǎn)動慣量，通過主軸傳動鏈，經(jīng)過齒輪箱增速到異步發(fā)電機的轉(zhuǎn)速后，通過勵磁變流器勵磁而將發(fā)電機的定子電能并入電網(wǎng)。風力發(fā)電電氣控制系統(tǒng)一風力發(fā)電8電力電子知識入門4風電變流器一風力發(fā)電風電變流器與傳動鏈的電氣連接示意圖9電力電子知識入門4雙饋異步發(fā)電機是當今最有發(fā)展前途的一種發(fā)電機，其結(jié)構(gòu)是由一臺帶集電環(huán)的繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機和變頻器組成，變頻器有交－交變頻器、交－直－交變頻器及正弦波脈寬調(diào)制雙向變頻器三種，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。雙饋異步發(fā)電機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雙饋電機及變流器風電變流器一風力發(fā)電10電力電子知識入門411電力電子知識入門4雙饋異步發(fā)電機工作原理：異步發(fā)電機中定、轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場始終是相對靜止的，當發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化而頻率不變時，發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和定、轉(zhuǎn)子電流的頻率關(guān)系可表示為：

式中

f1——定子電流的頻率（Hz），f1=pn1/60，n1為同步轉(zhuǎn)速；p——發(fā)電機的極對數(shù)；n——轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（r/min）；f2——轉(zhuǎn)子電流的頻率（Hz），因f2=sf1，故f2又稱為轉(zhuǎn)差頻率。一風力發(fā)電12電力電子知識入門4根據(jù)雙饋異步發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化，雙饋異步發(fā)電機可以有三種運行狀態(tài)：1）亞同步運行狀態(tài)。此時n<n1，轉(zhuǎn)差率s>0，頻率為f2的轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同方向，功率流向如圖所示。定子向電網(wǎng)饋送電力的同時，需要向轉(zhuǎn)子饋入部分電力。一風力發(fā)電13電力電子知識入門42）超同步運行狀態(tài)。此時n>n1，轉(zhuǎn)差率s<0，轉(zhuǎn)子中的電流相序發(fā)生了改變，頻率為f2的轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速反方向，功率流向如圖所示。3）同步運行狀態(tài)。此時n=n1，f2=0，轉(zhuǎn)子中的電流為直流。

定子向電網(wǎng)饋送電力外，轉(zhuǎn)子也向電網(wǎng)饋送一部分電力。一風力發(fā)電14電力電子知識入門4當來流風速降低時，風力機轉(zhuǎn)速降低，雙饋風力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n也降低，轉(zhuǎn)子繞組電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n2將低于雙饋風力發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速n1，定子繞組感應(yīng)電動勢的頻率f低于額定頻率f1（50Hz），此時轉(zhuǎn)速測量裝置立即將轉(zhuǎn)速降低這一信息反饋到變流器，使轉(zhuǎn)子電流的頻率增高，則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速又回升到同步轉(zhuǎn)速n1，于是定子繞組感應(yīng)電動勢的頻率又恢復(fù)到額定頻率f1。同理，當來流風速增大時，系統(tǒng)也會自動調(diào)整轉(zhuǎn)子電流的頻率，從而實現(xiàn)定子電流頻率的恒定不變?？傊旊p饋風力發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高于或低于同步轉(zhuǎn)速時，應(yīng)控制變頻器能量流入或流出電網(wǎng)；二者相同時，變頻器提供直流勵磁。這樣就控制了定子向電網(wǎng)供應(yīng)電能頻率的穩(wěn)定。雙饋風機控制控制過程：一風力發(fā)電15電力電子知識入門4雙饋機組特點：雙饋機組采用了多級齒輪箱驅(qū)動異步發(fā)電機，它的電機轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩小，重量輕，體積小，但齒輪箱的運行維護成本高且存在機械損耗。雙饋型采用雙饋發(fā)電機，在轉(zhuǎn)子繞組上串入可以四象限運行的變頻器，控制定子繞組和電網(wǎng)之間的功率流動。這種結(jié)構(gòu)對變頻器的功率要求只有系統(tǒng)總功率的1/3~1/4。雙饋型變流器對電網(wǎng)電壓和頻率的波動比較敏感。在出現(xiàn)電網(wǎng)電壓跌落的情況下，如果網(wǎng)側(cè)電壓下降40％，將會造成電機側(cè)的電流上升4倍，考慮這種情況則變流器需要選用容量更大的IGBT，或者采用“crowbar”。另一方面電機側(cè)的電流突增會對傳動系統(tǒng)中的齒輪箱和發(fā)電機產(chǎn)生沖擊，這些因素在雙饋型變流裝置的設(shè)計時都要予以充分的考慮。一風力發(fā)電16電力電子知識入門4

直驅(qū)電機及變流器發(fā)電機軸直接連接到葉輪軸上，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速隨風速而改變，其交流電的頻率也隨之變化，經(jīng)過置于地面的大功率電力電子變換器，將頻率不定的交流電整流成直流電，再逆變成與電網(wǎng)同頻率的交流電輸出。變流器可以根據(jù)要求進行有功功率、無功功率及頻率輸出的任意調(diào)節(jié)，具有較強的低電壓穿越能力。當發(fā)電機采用低速多極同步發(fā)電機時,可以不使用齒輪箱,即“直接驅(qū)動”風力機系統(tǒng)，將電機定子繞組輸出直接連接到全功率的變流器上，由變流器將電機輸出變化的電壓/電流轉(zhuǎn)換為和接入電網(wǎng)相匹配的電壓和頻率。風電變流器一風力發(fā)電17電力電子知識入門418電力電子知識入門41、由于電機在不同轉(zhuǎn)速下輸出電壓不同，因此逆變器輸入側(cè)的直流電壓一直在變化。當風速較低時，PWM逆變器輸入電壓很低，為了并網(wǎng)，必須提高逆變器的調(diào)制深度。這會導(dǎo)致逆變器運行效率低，開關(guān)利用率低，峰值電流高，傳導(dǎo)損耗大。2、由于不控整流橋的非線性特性，整流橋輸入側(cè)電流特性畸變很嚴重，諧波含量比較大，會使發(fā)電機功率因數(shù)降低，發(fā)電機轉(zhuǎn)矩發(fā)生振蕩。由于不控整流橋的非線性特性，整流橋輸入側(cè)電流特性畸變很嚴重，諧波含量比較大，會使發(fā)電機功率因數(shù)降低，發(fā)電機轉(zhuǎn)矩發(fā)生振蕩?？稍谡髦蟛捎枚嗉塀oost電路交錯并聯(lián)的方式以增加功率傳送能力并降低開關(guān)頻率。主要缺點是，前端的PWM整流器的會大大提高系統(tǒng)的成本。一風力發(fā)電直驅(qū)型變流器拓撲19電力電子知識入門4直驅(qū)方案的優(yōu)點：采用永磁同步發(fā)電機可以做到風力機與發(fā)電機的直接耦合，省去齒輪箱，即為直接驅(qū)動式結(jié)構(gòu)，這樣可大大減小系統(tǒng)運行噪聲，提高可靠性。直驅(qū)型機組雖然采用了全功率變頻裝置導(dǎo)致成本上升，但是全功率變頻裝置所具有的技術(shù)優(yōu)勢卻是非常明顯的，它省去了故障率高、維護量大的滑環(huán)裝置，使整機的可靠性進一步提高。特別是當電網(wǎng)出現(xiàn)電壓跌落的情況時，由于全功率變流器的輸出電流可以由直流電壓做閉環(huán)控制，基本上能夠很容易地控制輸出電流的波動，這對電網(wǎng)的安全運行和保障機組設(shè)備本身的安全是非常重要的。一風力發(fā)電20電力電子知識入門4雙饋異步式風力發(fā)電機和永磁直驅(qū)式同步風力發(fā)電機比較一風力發(fā)電21電力電子知識入門4可以安裝在塔基處或者發(fā)電機艙內(nèi)一風力發(fā)電ABB公司ACS800-67（用于異步滑環(huán)發(fā)電機）國外風電變流器產(chǎn)品介紹22電力電子知識入門4變流器模塊一風力發(fā)電ABB公司ACS800-67（用于異步滑環(huán)發(fā)電機）國外風電變流器產(chǎn)品介紹23電力電子知識入門4ACS800-67雙饋電機變流器原理圖一風力發(fā)電國外風電變流器產(chǎn)品介紹24電力電子知識入門4電路板之間的接線圖一風力發(fā)電國外風電變流器產(chǎn)品介紹25電力電子知識入門4網(wǎng)側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器網(wǎng)側(cè)變流器是一個基于IGBT模塊的變流器(ISU)，它帶有AC或DC熔斷器及可選設(shè)備。它帶有一個裝有IGBT供電控制程序的RDCU-02控制單元。網(wǎng)側(cè)變流器由轉(zhuǎn)子側(cè)變流器控制單元通過光纖進行控制。網(wǎng)側(cè)變流器將輸入的三相交流電整流為傳動單元中間直流電路所需要的直流電。中間直流電流向轉(zhuǎn)子側(cè)變流器供電。網(wǎng)側(cè)濾波器用來抑制交流電壓和電流諧波。缺省情況下，網(wǎng)側(cè)變流器將直流環(huán)節(jié)的電壓控制在輸入線電壓的峰值。也可以通過一個參數(shù)將直流電壓給定值設(shè)得更高。IGBT半導(dǎo)體模塊的控制基于電機傳動控制領(lǐng)域常用的直接轉(zhuǎn)矩控制方法(DTC)。每個變流器模塊都裝有一個轉(zhuǎn)速可控的內(nèi)部風扇。該風扇的轉(zhuǎn)速可以根據(jù)IGBT模塊的溫度進行調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器包含一個或兩個基于IGBT的逆變器模塊(INU)。該變流器裝有繞線電機控制應(yīng)用程序，該程序還通過光纖對網(wǎng)側(cè)變流器模塊進行控制。LCL濾波器模塊用來減少傳動單元向電網(wǎng)產(chǎn)生的干擾。Du/dt濾波器用于抑制轉(zhuǎn)子絕緣上出現(xiàn)的電壓尖峰和快速瞬變電壓。Crowbar用來在電網(wǎng)出現(xiàn)異常情況時防止出現(xiàn)過電壓，例如在電網(wǎng)失壓或電網(wǎng)短路時。一風力發(fā)電ACS800-67雙饋變流器特點國外風電變流器產(chǎn)品介紹26電力電子知識入門4冷啟動在傳動單元通電之前，必須保證傳動單元柜體內(nèi)的溫度和濕度在允許的范圍之內(nèi)。傳動單元柜體內(nèi)有一個加熱邏輯電路，它控制著柜體內(nèi)部的加熱系統(tǒng)，該電路保證了只有在工作條件滿足要求時才能啟動傳動單元。只有在網(wǎng)側(cè)變流器接觸器斷開并且傳動單元從電網(wǎng)斷開時才能進行加熱。當傳動單元接入電網(wǎng)時，變流器的正常損耗可以保證傳動的溫度滿足運行要求。加熱邏輯原理圖一風力發(fā)電國外風電變流器產(chǎn)品介紹27電力電子知識入門4Converteam雙饋變流器ProWind(風冷)風冷2MW內(nèi)置LVRT硬件機側(cè)參數(shù)額定電壓690V額定容量950KVA額定電流760A一風力發(fā)電國外風電變流器產(chǎn)品介紹28電力電子知識入門4Converteam雙饋變流器ProWind(水冷)2.5MW一風力發(fā)電國外風電變流器產(chǎn)品介紹29電力電子知識入門4ProWind雙饋變流系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)Converteam一風力發(fā)電國外風電變流器產(chǎn)品介紹30電力電子知識入門4ConverteamLVRT方案一風力發(fā)電國外風電變流器產(chǎn)品介紹31電力電子知識入門4一風力發(fā)電風電變流器發(fā)展展望高功率密度、通用模塊化設(shè)計風力發(fā)電機組容量的增長要求變流器的功率密度不斷得到提高，同時未來的海上風場環(huán)境也要求系統(tǒng)有很高的可靠性和方便的維護性。因此需要采用功率等級更高的半導(dǎo)體器件和模塊化的設(shè)計方式。目前風電變流器應(yīng)用最廣泛的開關(guān)器件為IGBT，而隨著變流器容量的增加，功率等級更高的IGCT將逐步得到推廣應(yīng)用。IGCT器件采用平板結(jié)構(gòu)，損耗可以通過上下兩個散熱面向外傳導(dǎo)，這就為充分發(fā)揮器件的功率處理能力、減小設(shè)備體積創(chuàng)造了有利條件。ABBPCS6000(5MW)全功率變流器中采用積木式模塊，該模塊集成了8個IGCT單元、吸收電路及水冷回路，取出任何一個IGCT單元都不需要拆卸母排和水管，并且智能保護系統(tǒng)能夠在沒有保險管的前提下保證IGCT損壞不會導(dǎo)致其余部件的損毀，其可靠性和可維護性達到了相當高的水平。三電平IGCT集成單元32電力電子知識入門4電壓電流等級不斷提高，拓撲結(jié)構(gòu)更加靈活多樣海上風力發(fā)電將風機從陸地移向海面成為一種新的趨勢。隨著風電機組單機容量的不斷增大，風電變流器的電壓與電流等級也在不斷提高，多電平變流器拓撲得到了廣泛關(guān)注。變流器采用多電平方式后，可以在常規(guī)功率器件耐壓基礎(chǔ)上，實現(xiàn)高電壓等級，獲得更多級的輸出電壓，且波形更接近正弦，諧波含量少，電壓變化率小。目前，世界范圍內(nèi)從事大功率風力發(fā)電用變流器和高壓變頻器研制的一些公司，均采用多電平的產(chǎn)品方案:ABB用于風力發(fā)電的變流器PCS6000采用四象限二極管鉗位三電平結(jié)構(gòu)，器件采用IGCT；Siemens也有相似的應(yīng)用，功率器件采用高壓IGBT；法國ALSTOM公司采用飛跨電容型四電平拓撲，功率器件采用IGBT，另外還基于IGCT開發(fā)出了飛跨電容型五電平變頻器。一風力發(fā)電ABB四象限二極管鉗位三電平電路拓撲33電力電子知識入門4一風力發(fā)電低壓穿越問題研究逐步深入風力發(fā)電裝機容量越大，其低電壓穿越能力對電網(wǎng)的影響越大，而變流器是實現(xiàn)這一功能的主要承擔者。因此，使風電機組能夠滿足和火力發(fā)電類似的傳軸可靠性標準是變流器設(shè)計的一個重要目標。通過提高發(fā)電機組和變流器控制設(shè)計，低電壓穿越技術(shù)能使風電機組在出現(xiàn)嚴重電網(wǎng)擾動時可以不間斷運行并快速向電網(wǎng)提供無功，減少電壓崩潰的危險。從國外直驅(qū)風電產(chǎn)品及其應(yīng)用看，為適應(yīng)新的電網(wǎng)規(guī)則對低電壓穿越和無功支持的要求，都已將這些功能集成到其產(chǎn)品中，可見低電壓穿越與無功支持已成為大型風電機組必須具備的重要功能之一。目前國內(nèi)相關(guān)研究還存在兩個急需解決的前提條件，一是相關(guān)的正式標準需要盡快推廣實施，二是需要根據(jù)標準建立相應(yīng)的試驗平臺。國外一些變流器廠商都相繼建立了專門的低電壓穿越測試設(shè)備和實驗室，如ABB針對最新出臺的IEC61400-21標準建立電網(wǎng)故障模擬裝置。此外，在無功支持實現(xiàn)的研究中，如何協(xié)調(diào)多臺風力發(fā)電機的無功功率控制，獲得更好的風電場電壓控制效果，也引起了相關(guān)研究人員的關(guān)注:變流器無功調(diào)節(jié)通常以風電場接入點電壓水平為控制目標，通過接入變流系統(tǒng)，單臺風力發(fā)電機組可以通過變流器的快速電壓控制，實現(xiàn)調(diào)節(jié)自身輸出無功功率的功能;但多臺發(fā)電機組均自行調(diào)節(jié)輸出無功功率，反而可能加劇風場公共接入點電壓的波動，與穩(wěn)定風場公共接入點電壓的初衷背道而馳。34電力電子知識入門4電磁兼容問題隨著直驅(qū)風電機組的大型、超大型化，以及風力發(fā)電所占電網(wǎng)發(fā)電份額的逐年擴大，作為主要電網(wǎng)接入設(shè)備，變流器系統(tǒng)的電磁兼容性能無疑成為影響風電機組甚至風場發(fā)電性能的重要因素。目前，在電磁兼容性和電磁干擾治理方面，關(guān)于小容量變流裝置的研究成果已有較多文獻發(fā)表，且多數(shù)研究關(guān)注于低頻段的諧波分析和電磁干擾抑制，而對高頻段的輻射干擾方面研究較少。由于大容量變流器在功率信號等級、結(jié)構(gòu)尺寸和電路拓撲上的差異，以往的電磁干擾抑制技術(shù)很難直接應(yīng)用，必須研究適合于高強度電場、磁場工作場合的干擾抑制技術(shù)。另外，從風電機組系統(tǒng)的電磁兼容角度，也需要開展高頻輻射干擾的研究工作，確保系統(tǒng)工作在一個良好的電磁環(huán)境中。一風力發(fā)電35電力電子知識入門4太陽能光伏發(fā)電原理光伏逆變器的應(yīng)用類型光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要技術(shù)要點光伏逆變器的基本要求和發(fā)展趨勢光伏逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)光伏逆變器設(shè)計要求及相關(guān)技術(shù)光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)（MPPT、過/欠電壓、防孤島、系統(tǒng)諧波抑制、PLL）重點光伏逆變器廠商及其產(chǎn)品介紹二光伏發(fā)電36電力電子知識入門4二光伏發(fā)電37電力電子知識入門4太陽能電池板工作原理：基本材料為Si及其化合物；基本結(jié)構(gòu)為PN結(jié)；光照在PN結(jié)上，導(dǎo)致電子和空穴移動，接通PN端，即形成電子從N區(qū)流向P區(qū)的電流；單一Cell只能產(chǎn)生約0.5V的電壓降，通常的太陽能組件是由許多Cell串并聯(lián)組成，用特用化學(xué)材料封裝，并加以鋁框后制成。二光伏發(fā)電太陽能光伏發(fā)電原理38電力電子知識入門4太陽能電池組件輸出特性二光伏發(fā)電太陽能光伏發(fā)電原理39電力電子知識入門440●光伏獨立供電系統(tǒng)－PV組件－蓄電池－充放電控制器●光伏并網(wǎng)系統(tǒng)－PV組件－并網(wǎng)逆變器－雙向計量裝置－公用電網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)二光伏發(fā)電太陽能光伏發(fā)電原理40電力電子知識入門441逆變器是光伏電站系統(tǒng)的核心技術(shù)，要求無故障工作時間長達10年，并網(wǎng)、防孤島、諧波抑制等多項關(guān)鍵技術(shù)難度大，也是中國急待突破的瓶頸技術(shù)難點41二光伏發(fā)電太陽能光伏發(fā)電原理41電力電子知識入門4戶用單相并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)，功率等級以2-8kW為主；單相或3相中功率并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)，功率等級大多為10-300kW，多應(yīng)用于建筑一體化項目；大功率并網(wǎng)逆變電站用逆變器，主要用于大規(guī)模光伏電站建設(shè)總功率逾MW級，甚至數(shù)百MW，一般由100kW-500kW以上的并網(wǎng)逆變控制系統(tǒng)組成。

42光伏逆變器的應(yīng)用類型二光伏發(fā)電42電力電子知識入門4光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要技術(shù)要點43二光伏發(fā)電43電力電子知識入門4是實現(xiàn)將太陽能轉(zhuǎn)變成符合電網(wǎng)接入要求的關(guān)鍵設(shè)備；具有最大功率點跟蹤；孤島保護等功能；轉(zhuǎn)化效率>95%和諧波指標要求高<3%；可控性、可靠性等都有極高的要求。*44光伏逆變器的基本要求和發(fā)展趨勢二光伏發(fā)電44電力電子知識入門4二光伏發(fā)電光伏逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)45電力電子知識入門4*不同形式的優(yōu)缺點二光伏發(fā)電46電力電子知識入門4成本性能性能成本TradeAreaImpossibleCostLine在普通電氣設(shè)備的選型中，成本是決定性指標,但是并網(wǎng)逆變器的關(guān)鍵指標是性能和發(fā)電量二光伏發(fā)電性能與成本的協(xié)調(diào)47電力電子知識入門4二光伏發(fā)電新型光伏并網(wǎng)逆變器的結(jié)構(gòu)框圖48電力電子知識入門4光伏系統(tǒng)對逆變器的要求：高效，高可靠性，長壽命，低價格；除此之外，選擇具體架構(gòu)時還要考慮漏電流，絕緣以及體積和總量等因素。二光伏發(fā)電光伏逆變器設(shè)計要求及相關(guān)技術(shù)49電力電子知識入門4效率目前市場上銷售的光伏逆變器最高效率98％，歐洲效率達97.5%實驗室（ISE）最高效率約為98.5％典型效率：Transformer：91～93％Notransformer：94～96％壽命太陽能電池板壽命約為20年，而逆變器壽命大約為5年左右ISE（FraunhoferInstitueforsolarEnergysystems）98.5％usingSiCtransistor，Singlephase,5kWgridtiedInverter；HERIC技術(shù)歐洲效率定義：效率與壽命二光伏發(fā)電50電力電子知識入門4ZSource電壓型逆變器（包括多電平和級聯(lián)等架構(gòu)）優(yōu)點：控制簡單=〉PWM控制缺點：硬開關(guān)=〉開關(guān)損耗大，EMC嚴重電流型逆變器優(yōu)點：控制簡單（PWM）+開關(guān)器件電壓應(yīng)力低缺點：硬開關(guān)=〉開關(guān)損耗大，EMC嚴重Z-Souce優(yōu)點：可實現(xiàn)Buck、Boost功能+PWM控制缺點：硬開關(guān)+大電容并網(wǎng)逆變器架構(gòu)二光伏發(fā)電51電力電子知識入門4逆變器軟開關(guān)技術(shù)優(yōu)點：減少開關(guān)損耗+EMC輕缺點：控制復(fù)雜+輔助電路+犧牲輕載效率二光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器架構(gòu)52電力電子知識入門4帶隔離變壓器？無隔離變壓器型逆變器占據(jù)70％市場份額。但美國市場依然是帶變壓器的逆變器為主。UL1741以及NEC2008標準只是對600VDC以下系統(tǒng)沒有接地要求，但以三相系統(tǒng)為主的600VDC以上系統(tǒng)，依然有接地要求；無隔離變壓器逆變器，需要RCMU（ResidulaCurrentMonitorUnit）隔離變壓器缺點：效率低，體積和重量二光伏發(fā)電設(shè)計要求及相關(guān)技術(shù)53電力電子知識入門4當負載RL從0變化到無窮大時，即可得到如圖所示太陽能電池輸出特性曲線。調(diào)節(jié)負載電阻RL到某一值Rm時，在曲線上得到一點M，其對應(yīng)的工作電壓和工作電流之積最大，即Pm=Im*Vm，將此M點定義為最大功率輸出點（MPP）。光伏電池的伏安特性光伏電池的輸出特性圖二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——MPPT54電力電子知識入門4MPPT本質(zhì)上是一個尋優(yōu)過程。通過測量電壓、電流和功率，比較它們之間的變化關(guān)系，決定當前工作點與峰值點的位置關(guān)系，然后控制電流（或電壓）向當前工作點與峰值功率點移動，最后控制電流（或電壓）在峰值功率點附近一定范圍內(nèi)來回擺動。圖4-22不同光照強度下的光伏電池最大功率點

MPPT工作原理：二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——MPPT55電力電子知識入門41.定電壓跟蹤法2.擾動觀察法3.功率回授法4.增量電導(dǎo)法5.模糊邏輯控制6.滯環(huán)比較法7.神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制法8.最優(yōu)梯度法常用最大功率點跟蹤算法：

在光伏系統(tǒng)中，通常要求光伏電池的輸出功率保持在最大，也就是讓光伏電池工作在最大功率點，從而提高光伏電池的轉(zhuǎn)換效率。MPPT就是一個不斷測量和不斷調(diào)整以達到最優(yōu)的過程，它不需要知道光伏陣列精確的數(shù)學(xué)模型，而是在運行過程中不斷改變可控參數(shù)的整定值，使得當前工作點逐漸向峰值功率點靠近，使光伏系統(tǒng)運作在峰值功率點附近。二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——MPPT56電力電子知識入門4多DC/DC模塊的MPPT跟蹤，減少光伏板的串并聯(lián)數(shù)量，提高組件利用率系統(tǒng)級監(jiān)控，調(diào)節(jié)各個逆變器的工作點，防止工作點的偏離導(dǎo)致多余的停機二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——MPPT逆變器的發(fā)電量最大是決定性因素57電力電子知識入門4LocalMPP不同逆變器發(fā)電量比較全局MPPT/分布式MPPT二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——MPPT58電力電子知識入門4系統(tǒng)協(xié)調(diào)，通過監(jiān)控主機設(shè)定最優(yōu)工作點二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——過/欠電壓問題59電力電子知識入門460光伏發(fā)電帶來的新安全隱患二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——防孤島問題60電力電子知識入門4孤島現(xiàn)象定義所謂孤島現(xiàn)象，是指當電網(wǎng)因當電網(wǎng)因故障、事故、自然因素或停電維修等原因而跳脫中斷供電時，光伏并網(wǎng)逆變器未能即時檢測出停電狀態(tài)而將自身切離市電網(wǎng)絡(luò)，仍繼續(xù)向電網(wǎng)輸送一定比例的電能，由太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和周圍的負載形成的一個電力公司無法掌握的自給供電孤島孤島現(xiàn)象危害孤島上的電壓和頻率漂移可能會損壞用電設(shè)備；會威脅輸電線路維修人員的人身安全；單相并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)繼續(xù)對某一相線路供電，會造成三相負載的欠相供電；電網(wǎng)恢復(fù)供電時，孤島電壓的頻率、幅值和相位都可能與電網(wǎng)電壓不同步，這樣就可能損壞并網(wǎng)逆變器。常用反孤島算法被動方式（Passivemethods）：欠壓/過壓；欠頻/過頻；電壓相位跳變偵測；電壓諧波偵測主動方式（Activemethods）：輸出功率偏移，主動頻率漂移；滑膜頻率漂移，電壓或頻率正反饋，利用外部設(shè)備或諧波注入進行阻抗檢測。二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——防孤島問題61電力電子知識入門4孤島導(dǎo)致的安全問題靈敏度與覆蓋率的折中二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——孤島檢測技術(shù)62電力電子知識入門4實用的孤島檢測技術(shù)被動檢測技術(shù)存在盲區(qū)，當本地負載與逆變器功率較為匹配時，被動檢測一般是檢測不出來的；實際中應(yīng)用的Anti-islanding技術(shù)一般是被動檢測和主動檢測相結(jié)合的方式。二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——孤島檢測技術(shù)63電力電子知識入門4頻率和電壓正反饋法正反饋的概念就是在孤島發(fā)生后加強電壓和頻率的變化，在標準RLC負載條件下，其有功和無功與電壓和頻率關(guān)系為下面兩式，據(jù)此可建立正反饋。在DQ坐標系中，假定有功分量被定在d軸上，而無功分量被定在q軸上。改變?nèi)我粋€分量（即有功或無功）除了會改變該對應(yīng)軸上分量的數(shù)值外，還會改變合成空間矢量與d軸（或q軸）的夾角，因而會改變頻率（因頻率是相角的積分）。若逆變器工作在功率因數(shù)為1時，那么改變d軸分量將不會對頻率產(chǎn)生任何影響。二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——孤島檢測技術(shù)64電力電子知識入門4二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——系統(tǒng)的諧波抑制問題65電力電子知識入門4光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中同步的意義：滿足相關(guān)標準中對功率因數(shù)的要求；滿足相關(guān)標準中對諧波的要求；減少電網(wǎng)暫態(tài)現(xiàn)象對PVInverter的影響；兩種基本的同步方法過零點偵測在單相系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用；鎖相環(huán)（PLL）普遍應(yīng)用于三相系統(tǒng)；可以推廣到單相系統(tǒng)中；PLL優(yōu)點無需引入延遲同時可以得到電網(wǎng)電壓頻率以及有效值（RMS）信息；二光伏發(fā)電光伏逆變器關(guān)鍵技術(shù)——PLL66電力電子知識入門4二光伏發(fā)電重點光伏逆變器廠商及其產(chǎn)品——SMASMA艾思瑪技術(shù)股份公司，成立于1981年，總部位于德國的Niestetal（屬于卡塞爾市）。是光伏逆變器的全球市場領(lǐng)導(dǎo)者，在光伏系統(tǒng)技術(shù)、風能和互補供電系統(tǒng)方面有著28年的豐富經(jīng)驗，是全世界光伏領(lǐng)域最早涉獵者之一。其光伏逆變器的市場份額占有率達到50%以上。SMA公司于2003年在北京設(shè)立了代表機構(gòu)，開始了中國市場的開拓。隨著2005年《中華人民共和國可再生能源法》的正式頒布，SMA光伏技術(shù)在中國市場的應(yīng)用越來越廣泛。其中典型項目如亞洲最大的深圳國際園林博覽園1MWp光伏并網(wǎng)系統(tǒng)、與華能公司合作的南澳風場100kWp風光互補發(fā)電系統(tǒng)、在新疆、青海、云南、甘肅建設(shè)獨立村落供電系統(tǒng)的德援KFW項目、與無錫尚德合作的云南電網(wǎng)200kWp光伏并網(wǎng)系統(tǒng)等項目。SMA于2007年初，投資成立了艾思瑪（北京）商貿(mào)有限公司。67電力電子知識入門4SMA公司的主要核心技術(shù)為光伏逆變器產(chǎn)品的研發(fā)，其產(chǎn)品型號多達幾十種，包括光伏電站的監(jiān)控系統(tǒng)和配套軟件，SMA公司在光伏逆變器的豐富經(jīng)驗基礎(chǔ)上還致力于小型風電變流器的研制工作。無變壓器型并網(wǎng)逆變器變壓器型并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)備用發(fā)電系統(tǒng)集中型并網(wǎng)逆變器離網(wǎng)供電系統(tǒng)通訊與監(jiān)測系統(tǒng)風能技術(shù)二光伏發(fā)電重點光伏逆變器廠商及其產(chǎn)品——SMA68電力電子知識入門4SMA無變壓器型并網(wǎng)逆變器——SB系列二光伏發(fā)電SB系列是SMA無變壓器系列的第一款產(chǎn)品，運行穩(wěn)定可靠，效率高。產(chǎn)品型號主要有SB2100TL、SB3300TLHC、SB4000TL、SB5000TL、SB4200TLHC、SB5000TLHC。

SB2100TL、SB3300TLHCSB4000TL、SB5000TLSB4200TLHC、SB5000TLHCSunnyBoy多組串型逆變器可以同時與2組光伏組件連接運行，它與傳統(tǒng)的組串技術(shù)不同的是，多組串逆變器可以連接不同朝向的光伏組件，也可以彌補不同連接串中由于不同光電組件數(shù)量、不同電池板型號、陰影或部分陰影帶來的影響。因為每串都具有獨立的最大功率跟蹤器，最后通過一個共同的逆變器轉(zhuǎn)換兩個直流單元輸入。69電力電子知識入門4

SMA無變壓器型并網(wǎng)逆變器SunnyTower

二光伏發(fā)電SunnyTower是采用小型逆變器組建成大功率的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，組合后功率可達到50kW，且經(jīng)濟效益與小型逆變器一樣可觀，SunnyTower的轉(zhuǎn)換效率可達到98%。系統(tǒng)框圖

技術(shù)參數(shù)外形圖70電力電子知識入門4SMA無變壓器型并網(wǎng)逆變器SMC系列

二光伏發(fā)電SunnyMiniCentral系列開創(chuàng)了逆變器技術(shù)的新標準，逆變器的轉(zhuǎn)換效率首次達到98%，功率從6kW到11kW分為六款產(chǎn)品。技術(shù)上采用了H5技術(shù)以及直流電子開關(guān)ESS，采用MPPT優(yōu)化跟蹤技術(shù)OptiTrac，具有功率平衡功能，能夠在不同相上控制并平衡并網(wǎng)輸出功率。71電力電子知識入門4SMA變壓器型并網(wǎng)逆變器二光伏發(fā)電

SB700：具有三種不同的電壓輸入范圍。SB1100LV：是為21-60V的低直流輸入電壓設(shè)計的逆變器SB1100、SB1700系列逆變器

SB2500、SB3000：是目前SunnyBoy系列逆變器中銷量最多的。SB3300、SB3800：是SMA公司的一款測試產(chǎn)品。SMC5000A、SMC6000A：最小的集中型逆變器。SMC7000HV變壓器型并網(wǎng)逆變器在無變壓器型并網(wǎng)逆變器的基礎(chǔ)上，增加了輸出側(cè)的隔離變壓器，實現(xiàn)電氣隔離。其產(chǎn)品型號比無變壓器型逆變器要豐富的多，是SMA公司最早推出的系列逆變器產(chǎn)品。主要分為SB系列和SMC系列。72電力電子知識入門4SMA變壓器型并網(wǎng)逆變器二光伏發(fā)電以SMC7000HV為例，介紹變壓器型逆變器的技術(shù)特點，SMC7000HV型逆變器具有寬的電壓輸入范圍，上限達到800V，適合于系統(tǒng)電壓高的組件配合使用，系統(tǒng)框圖和技術(shù)參數(shù)如下圖所示，系統(tǒng)框圖中可見其輸出側(cè)設(shè)置了隔離變壓器。73電力電子知識入門4SMA集中型并網(wǎng)逆變器二光伏發(fā)電隨著市場對光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的需求不斷增長，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的容量也越來越大。SMA公司的集中型并網(wǎng)逆變器的功率單臺從100kW到1250kW，整個集中型逆變器采用機柜安裝，具有組串監(jiān)測、聯(lián)組運行等功能，內(nèi)置數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)進行系統(tǒng)監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，并可以通過網(wǎng)絡(luò)進行遠程登陸，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。SMA集中型逆變器的產(chǎn)品型號比較多，總體上分為SC型、SCLV型、SCHE型、SCMV型和保護監(jiān)控器件。集中并網(wǎng)逆變器SC系列

SC系列產(chǎn)品型號主要有SC100(戶內(nèi)/戶外)、SC150、SC200、SC250、SC350。采用緊湊型機柜設(shè)計，直流側(cè)裝有斷路器，具有直流側(cè)和交流側(cè)過壓保護功能，通過遠程接入實現(xiàn)遠距離數(shù)據(jù)通訊，可以通過郵件或短信發(fā)送故障和狀態(tài)信息。74電力電子知識入門4SMA集中并網(wǎng)逆變器SC系列

二光伏發(fā)電75電力電子知識入門4SMA集中并網(wǎng)逆變器SCLV系列

二光伏發(fā)電SCLV系列的集中并網(wǎng)逆變器是應(yīng)用于300-600DC低電壓輸入范圍，用于與低系統(tǒng)電壓的組件連接，產(chǎn)品型號主要有：SC100LV、SC125LV，08年推出了SC400LV型。76電力電子知識入門4SMA集中并網(wǎng)逆變器SCHE系列

二光伏發(fā)電SCHE系列并網(wǎng)逆變器取消了低壓變壓器，可以配置中壓升壓變壓器，與中壓電網(wǎng)連接。主要產(chǎn)品型號有：SC200HE、SC250HE、SC350HE、SC500HE，08年推出了SC630HE。77電力電子知識入門4SMA集中并網(wǎng)逆變器SCMV系列

二光伏發(fā)電SCMV型系列并網(wǎng)逆變器為大容量電站級集中并網(wǎng)逆變器，內(nèi)置中壓變壓器，提供交鑰匙解決方案，采用混凝土戶外箱房結(jié)構(gòu)，內(nèi)部取消低壓變壓器，可提高發(fā)電效率1.5-2.0%，直流輸入電壓可擴展至1000V，每個MV電站都由兩臺SCHE型設(shè)備組成，與一個共同的中壓變壓器相連接。電站內(nèi)置數(shù)據(jù)采集器，能對整個光伏電站的運行進行監(jiān)控，并對逆變器數(shù)據(jù)進行分析。具有遠程登陸功能。產(chǎn)品的具體型號有：SC400MV、SC500MV、SC700MV、SC1000MV，08年推出了SC1250MV，是目前SMA公司單臺逆變器的最大容量。

78電力電子知識入門4二光伏發(fā)電SMA主要核心技術(shù)

直流電子開關(guān)ESS電氣設(shè)備的運行過程中，必須有能與電源斷開的開關(guān)。逆變器同樣如此。逆變器是一端連接交流電網(wǎng)，一端連接直流電源的裝置。為了避免出現(xiàn)電弧情況下可能有的危險，在斷開設(shè)備時必須遵守一定的順序：即先將逆變器從交流電網(wǎng)斷開，然后將逆變器與光伏組件斷開。雖然大家都了解這種斷開程序，但偶爾還會有不正確的操作發(fā)生。因此，在光伏組件和逆變器之間需要有額外的斷開設(shè)備，即直流斷路器。這在德國已經(jīng)成為光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝標準，并在DINVDE0100-712標準中有所規(guī)定。如果使用外部斷路器，會增加投資和安裝成本；如果在逆變器內(nèi)部安裝負載繼電器，需要不間斷的進行功率控制，電量損耗很大，由此會降低整個發(fā)電系統(tǒng)的效率。針對以上問題，SMA公司發(fā)出一款容易操作，能夠進行可靠的自動斷電且對光伏系統(tǒng)的效率不會產(chǎn)生影響的直流斷路設(shè)備ESS。ESS采用一個手動操作裝置，能夠遮蓋光伏組件正負極的所有連接，因此對運行負載的安全形成更大的保護。如果要斷開逆變器與光伏組件的連接，必須首先將ESS得持柄全部斷開拉出來。與此同時，因為持柄的移除，內(nèi)部安裝的跳線會中斷電流，從而激活電子開關(guān)，安全保護元件免受電弧的影響。負載運行時，電子開關(guān)也會發(fā)生作用，即使出現(xiàn)故障，或者與光伏電站系統(tǒng)斷開時使用了錯誤的操作流程，也能夠?qū)收显O(shè)備提供最大的保護。只有在這時，才能操作直流連接插頭，才能安全斷開所有設(shè)備。ESS的運行不會對電量造成任何損失，同時成本很低。79電力電子知識入門4H5技術(shù)光伏電站系統(tǒng)運行的一個重要因素是最低的能源損耗同時獲得最高的轉(zhuǎn)換效率。目前逆變器的能量損耗一般約為將從光伏組件輸出的直流電轉(zhuǎn)換成的交流電總量的4-8%。這與逆變器的轉(zhuǎn)換效率通常為92-96%相符，提升整個轉(zhuǎn)換值是一項高難度的技術(shù)挑戰(zhàn)，僅僅優(yōu)化設(shè)備性能是無法實現(xiàn)這一點的。H橋承擔了逆變器的基本功能。一臺逆變器通常有四個電氣開關(guān)，用以調(diào)節(jié)輸入和輸出之間的電流。起初，在逆變器的輸入端，光伏組件產(chǎn)生的直流電都暫時儲存在電容器中。這樣電流就可以不受電氣開關(guān)的影響，一直以峰值運行。由于電氣開關(guān)長期打開或關(guān)閉，電容器不斷地放電，甚至可以說直流電達到了“抽空”狀態(tài)。所以逆變器就只能在并網(wǎng)和非并網(wǎng)兩種狀態(tài)下變換。在逆變器的輸出端口有電感器，將脈沖式直流電轉(zhuǎn)化成正弦波式交流電，就可以持續(xù)不斷地向地方電網(wǎng)進行并網(wǎng)供電。H5技術(shù)的出現(xiàn)打破了這種模式。因為即使H橋不運行的時候，仍然有電流存在，但卻是向相反的方向流動：從逆變器輸出端流向電容器，為了防止并網(wǎng)時的電流波動，減少電流轉(zhuǎn)換過程中的電量損耗，SMA公司開發(fā)了H5技術(shù)：電氣開關(guān)采用一種全新的脈沖率，在原來的四個電氣開關(guān)的基礎(chǔ)上加入了第五個開關(guān)，能夠在電流自由流動時防止電流向電容器的流回。這樣也大大減少了原先電流波動造成的電量損耗。H5技術(shù)將轉(zhuǎn)換過程的效率損耗降低了一半，達到2%，逆變器的轉(zhuǎn)換效率可以超過98%。二光伏發(fā)電SMA主要核心技術(shù)

80電力電子知識入門4二光伏發(fā)電SMA主要核心技術(shù)

SunnyTeamSunnyTeam是SMA研發(fā)的不同于主從結(jié)構(gòu)的一種電站并接方案，并已獲得專利。對使用多臺逆變器的系統(tǒng)，在提高發(fā)電量的同時，也增強了發(fā)電的可靠性。SunnyTeam的優(yōu)勢在于：只有處于激活狀態(tài)的逆變器承擔逆變工作，而其他逆變器可以停止運行。這大大提高了在日照較弱的低功率輸入狀態(tài)下的系統(tǒng)效率。如果其中一臺逆變器出現(xiàn)故障，其他逆變器仍然正常工作。下圖為SunnyTeam模式與普通模式下的系統(tǒng)效率對比圖和SunnyTeam的系統(tǒng)框圖。

SunnyTeam模式與普通模式下的系統(tǒng)效率對比圖SunnyTeam的系統(tǒng)框圖81電力電子知識入門482DELTA公司SolarInverterSI1900機械工業(yè)出版社第4章太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù)二光伏發(fā)電其它光伏廠商及產(chǎn)品簡單列舉82電力電子知識入門483SolarInverterSI3300機械工業(yè)出版社第4章太陽能、光伏發(fā)電與控制技術(shù)二光伏發(fā)電83電力電子知識入門484CentralInverterCI100機械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電84電力電子知識入門485XANTREX公司GTSeriesGridTieSolarInverter機械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電85電力電子知識入門486GTSeriesGridTieSolarInverter參數(shù)機械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電86電力電子知識入門487GT30EInverter機械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電87電力電子知識入門488BPSOLAR公司GCINVERTER機械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電88電力電子知識入門489機械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電89電力電子知識入門490sunways公司SunwaysNT6000,NT5000,NT4000andNT2600SolarInverters機械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電90電力電子知識入門491機械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電91電力電子知識入門492FroniusIG15/20/30Fronius公司機械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電92電力電子知識入門493FroniusIG40/60HV機械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電93電力電子知識入門494FroniusIGCentralInverters機械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電94電力電子知識入門495FroniusIGPlus35機械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電95電力電子知識入門496機械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電96電力電子知識入門497TheMSSeriesPureSineWaveInverter/Charger機械工業(yè)出版社二光伏發(fā)電97電力電子知識入門498機械工業(yè)出版社三電力儲能電力系統(tǒng)對儲能的需求大容量儲能方式電池儲能技術(shù)的特點及現(xiàn)狀國內(nèi)外鐵鋰電池儲能電站應(yīng)用現(xiàn)狀電池儲能系統(tǒng)組成電池充放電特性儲能變流器（PCS）國內(nèi)外儲能變流器產(chǎn)品98電力電子知識入門4三電力儲能1)負荷調(diào)平(或削峰)–近年來空調(diào)負荷增加很快，往往達一些大城市（如北京、上海）負荷的30%~40%，而且對氣溫變化非常敏感（冬季和夏季均有需求）–負荷峰谷差越來越大–電力系統(tǒng)運行人員難以調(diào)度，通常他們利用水力發(fā)電、集中式抽水蓄能或安裝更多的調(diào)峰機組（如快速啟動的燃氣輪機）來與此適應(yīng)–也可增加常規(guī)煤電的調(diào)峰能力（如華北電網(wǎng)系統(tǒng)），但煤電低出力時熱效率低下，不停的調(diào)峰會導(dǎo)致增加故障、廠用電率增加、發(fā)電煤耗上升、檢修期縮短、成本增加等問題電力系統(tǒng)對儲能的需求99電力電子知識入門4–電力短缺有時往往只發(fā)生在夏季的白天，峰荷有時還可能是很尖和短暫的，如采用電能儲存技術(shù)，則新的發(fā)電廠、輸電線和相應(yīng)的設(shè)備建設(shè)就可能推遲–在日本，有些電力公司，如東京電力公司TEPCO,用鈉硫電池[NASbattery—(Natrium拉丁文)SodiumSulfurBattery]作為電力系統(tǒng)的儲能手段，安裝在變電站側(cè)或負荷側(cè)。至2008年，安裝總量已達215個系統(tǒng)（302MW),其中約2/3用于負荷（工廠和大樓）調(diào)平，僅2009年一年新裝90MW，因此，至2009年底的總安裝容量達392MW。目前的年生產(chǎn)能力已達到150MW，預(yù)計2010年可安裝150MW。三電力儲能電力系統(tǒng)對儲能的需求100電力電子知識入門4三電力儲能電力系統(tǒng)對儲能的需求101電力電子知識入門42)提高電能質(zhì)量–越來越多的電子型負荷，它們對電壓很敏感的，特別是對電壓暫降（驟降）【voltagedip(sag)】或?qū)╇姸虝r的中斷–如果采用一些儲能設(shè)備(如蓄電池、飛輪等），并與無功補償設(shè)備相結(jié)合，供電質(zhì)量就可得到改善。三電力儲能電力系統(tǒng)對儲能的需求102電力電子知識入門43)輔助可再生能源發(fā)電以獲得穩(wěn)定的電力輸出–越來越多的可再生能源，如風電、太陽能光伏發(fā)電接入電力系統(tǒng)–通常電力系統(tǒng)的運行人員調(diào)節(jié)發(fā)電機的輸出功率以適應(yīng)負荷的變化，但如果發(fā)電側(cè)本身是間歇式的、不可調(diào)的，那么運行人員該怎么辦呢？---儲能是最好的辦法–在中國，風電往往通過110kV以上等級的高壓輸電線將大容量的風電（10MWto100MW)接入電力系統(tǒng)，此時往往需要大容量的儲能手段–當一個電力系統(tǒng)中的風電比例較小時，通常利用其他常規(guī)的發(fā)電技術(shù)（如煤電）與風電變化的輸出相配合。常規(guī)的發(fā)電技術(shù)（如煤電）的熱備用和冷備用也應(yīng)有所增加，但當風電比例較大時，僅用常規(guī)手段難以滿足調(diào)節(jié)需求。三電力儲能電力系統(tǒng)對儲能的需求103電力電子知識入門4?在德國應(yīng)用風力發(fā)電預(yù)測技術(shù)來協(xié)助運行人員的調(diào)度（目前中國也已部分實現(xiàn)），但預(yù)測的誤差總歸會有，預(yù)測的精度與時間有關(guān)，通常預(yù)報時間越短越精確。在風電變化大的情況下，即使預(yù)測很精確，歸根結(jié)底還是需要具備一定的調(diào)節(jié)和儲能手段三電力儲能電力系統(tǒng)對儲能的需求104電力電子知識入門4?預(yù)測的風電往往被處理成負的負荷，電力系統(tǒng)的運行人員就根據(jù)新的負荷曲線來進行調(diào)度，風力發(fā)電的信用度（credit）較低，只有20%~30%，或低于10%,由此常規(guī)發(fā)電的裝機容量幾乎與以往相同，只是節(jié)省了一些礦物燃料。?如果應(yīng)用儲能技術(shù)，則風力發(fā)電的信用度就會大大增加。三電力儲能電力系統(tǒng)對儲能的需求105電力電子知識入門44)改善電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，增加可靠性，作為供電事故備用(蓄電池、飛輪、超導(dǎo)儲能SMES、超級電容器等聯(lián)合應(yīng)用)分布式電能DistributedEnergy(DE)=分布式發(fā)電DistributedGeneration(DG)+儲能EnergyStorage(ES)。在分布式電能系統(tǒng)中，如果微網(wǎng)與相連之配電網(wǎng)解列而成孤立網(wǎng)的運行方式，則微網(wǎng)中儲能是必須的。三電力儲能電力系統(tǒng)對儲能的需求106電力電子知識入門4電能存儲方式主要可分為：電化學(xué)儲能、物理儲能和電磁儲能電化學(xué)儲能主要有鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰離子電池等儲能形式；物理儲能方式主要有抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能；電磁儲能方式包括超導(dǎo)儲能、超級電容儲能和高能密度電容儲能。儲能技術(shù)分類：儲能系統(tǒng)裝置技術(shù)和儲能系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)。三電力儲能大容量儲能方式107電力電子知識入門4目前，抽水蓄能電站、壓縮空氣儲能、鉛酸電池和低速飛輪技術(shù)較為成熟，已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，其余各種原理和方式的儲能裝置還都處在研究或示范階段。三電力儲能大容量儲能方式108電力電子知識入門4三電力儲能電池儲能技術(shù)的特點及現(xiàn)狀109電力電子知識入門4三電力儲能國內(nèi)外鐵鋰電池儲能電站應(yīng)用現(xiàn)狀110電力電子知識入門4三電力儲能電池儲能系統(tǒng)組成111電力電子知識入門4三電力儲能電池儲能系統(tǒng)組成——電池成組112電力電子知識入門4三電力儲能電池儲能系統(tǒng)組成——BMS113電力電子知識入門4儲能變流器（PCS）作為電網(wǎng)與儲能裝置之間的接口，是儲能系統(tǒng)的重要組成部分。它能夠應(yīng)用于儲能系統(tǒng)并網(wǎng)、儲能系統(tǒng)孤島運行并在兩者之間進行狀態(tài)切換。技術(shù)要求：不同模式充電功能不同模式放電功能孤島檢測功能低電壓穿越功能有功和無功的控制功能并網(wǎng)和離網(wǎng)的模式切換功能保護功能人機界面和通訊功能三電力儲能電池儲能系統(tǒng)組成——PCS114電力電子知識入門4DC/DC直直變流器的拓撲結(jié)構(gòu)圖不同類型電源接入功能直流微網(wǎng)電網(wǎng)支撐功能對分布式能源接入電網(wǎng)隔離保護功能人機接口和遠程通訊操作功能技術(shù)要求：多種充電功能不同模式放電功能電壓變換功能保護功能三電力儲能電池儲能系統(tǒng)組成——PCS115電力電子知識入門4三電力儲能電池儲能系統(tǒng)組成——監(jiān)控116電力電子知識入門4充電過程中電氣特性：整個過程中電壓變化不大開始階段為恒流充電充電電流變小，電壓保持不變電池容量逐漸上升蓄電池充電特性三電力儲能電池充放電特性117電力電子知識入門4蓄電池充電三階段三電力儲能電池充放電特性118電力電子知識入門4放電過程中電氣特性：在放電過程中電壓變化不大，可視為電壓源放電電流由外部電路控制電