光伏发电系统低压侧并网技术及方案 曹仁贤

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¾ 隔离变压器 ¾ EMI滤波器 ¾ 控制算法 ¾ 拓扑结构 ¾ 正确良好接地
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主动抑制技术
电能质量 • 电流谐波≤3% • 轻载功率因数问题 • 三相不平衡电流 • 三相四线制、三相五线制 • 电网电压适应范围
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孤岛效应保护技术
孤岛效应的定义：
*产品的交货周期及产能
三、低压侧并网接入技术
• 光伏组件串并联问题 • 绝缘、隔离问题 • 接入点选择原则 • 多机并联后的孤岛保护技术 • 电磁兼容及电能质量 • 配电侧网压稳定技术 • 全效率多目标优化技术
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• 停电与应急 • 逆流的处理 • 接地、防雷问题 • 电站管控与计量
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配电侧网压稳定技术 • 保守设计，光伏容量选取在总配电变压器容量的20%—30% • 采用有载调压变压器可以1比1配置光伏电站
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无载调压
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有载调压
网压升高时的调度策略
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弱网时ZN 或ZL 导致UL
策略： 当发现电网电压是由于日照增强而升高时，应进入逆变器限
4.高频不隔离（Boost 升压）系统
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高频不隔离系统的优缺点
优点：
•和第一种拓朴结构类似，由于省去了笨重的工频变压器，有以下
优点：高效率、重量轻。同时加入了BOOST电路用于DC/DC直流输入 电压的提升，太阳电池阵列的直流输入电压范围可以很宽。
缺点：
(1)同样，太阳电池板与电网没有电气隔离，太阳电池板两极有电 网电压。
0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
销售额/万元
• 一流的研发中心 • 每年10%的研发投入 • 合工大“产、学、研”合作 • 安徽省产学研联合培养研究生
基地
• 安徽省可再生能源电源工程技
术研究中心的支撑
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先进的生产检测设备
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（一）不可逆流系统 1、不可逆流系统中的逆流断电技术
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2、不可逆流时的限负荷运行
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3、不可逆流时的增负荷运行
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4、不可逆流时的贮能运行模式
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（二）可逆流系统
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工作模式： • 逆功率之前将蓄电池充足 • 功率不足时将蓄电池放空，等待下次逆流时充电 • 负荷周期、规律调查，采用重复控制技术
功率运行，确保电网电压升高在允许值范围。
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电磁兼容技术
. 电磁干扰
¾ 电网对逆变器产生的干扰：电压闪变，电气噪声， 浪涌、高频分量等。要求逆变器不能损坏。
¾
逆变器对于电网产生的干扰： 电流谐波，电压波
动、电压闪变、无功功率、电网阻抗、干扰叠加等，必须
达标。
¾ 逆变器对于其他用电设备的干扰： 传导干扰，空间 辐射干扰等。特别是低压并网系统容易对其它电器设备产 生干扰。必须符合相关标准。
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n[%] 100
99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89
0
1 MWp 设备效率数据
逆变器, Pn=1'020kW MW 变压器, 1MVA 逆变器+MV 变压器
20
40
60
80 PN [%] 100
PDC % 2 5 10 15 25 50 70 100 ηPCU % 85 92 96 96.5 97,0 97,3 97.4 97.5
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高频隔离系统的优缺点
优点：
•同时具有电气隔离和重量轻的优点，系统效率在93％左右。
缺点： (1)由于隔离DC/AC/DC的功率等级一般较小，所以这种拓朴结构 集中在2KW以下； (2)高频DC/AC/DC的工作频率较高，一般为几十KHz,或更高，系 统的EMC比较难设计； (3)系统的抗冲击性能差。
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三台逆变器一天中的运行状况图
14.新拓扑方式
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15.多电平直接逆变技术
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16.共用变压器低压侧逆变并网技术
•优化直流母线电压、升压变压器配置和变比，避免重复升压，提高
系统效率
•优先考虑当地用电负荷，避免过多电能的远距离传送
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如何选择并网逆变器？
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优点：注入电网的直流分量较小、电路简单 缺点：功率器件利用率低
7、升降压DC/DC+工频逆变
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8、三个单相逆变器组成的三相系统
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9、单相三线逆变技术
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9.三电平、半桥逆变技术
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10.谐振型拓扑结构
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11. DC/DC+三电平逆变技术
现有员工：300人 注册资本：3000万元 总 资 产： 2亿元 08年销售额：1.15亿元
现有技术人员：
高级职称
20人 博士 10人
中级职称
30人 硕士 34人
初级职称
40人 本科 66人
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预计2009年的销售目标：2.5亿元
12000 10000
8000 6000 4000 2000
10、国家科技支撑计划——世博会4.5MW光伏电站用500KW逆变器
品牌、知识产权 • 目前已申报专利25项，取得专利证书16项。 • 其中发明专利4项 • SUNGROW完成了国际商标注册 • 完成2项国家标准的负责起草
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光伏发电系统低压侧并网技术及方案
合肥阳光电源有限公司 曹仁贤 研究员
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作者简介：
曹仁贤，电源变换、可再
生能源发电技术专家, 研 究员、博士生导师
● 中国可再生能源学会理事 ● 中国电源学会理事 ● 中国青年科技工作者协会理事 ● 中国农机协会风能设备分会副理事长 ● 安徽省自动化学会副理事长 ● 安徽省政协委员 ● 享受国务院特殊津贴 ● 五四青年奖章获得者 ● 省科技进步一等奖、二等奖获得者 ● 省优秀民营企业家 ● 安徽省纳税先进个人
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2.单相工频隔离系统
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工频隔离系统的优缺点 优点：
• 使用工频变压器进行电压变换和电气隔离，具有以下优点：结
构简单、可靠性高、抗冲击性能好、安全性能良好、直流侧MPPT电 压等级一般在220V-600V。 缺点：(1)系统效率相对较低。
(2)笨重。
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3.高频隔离系统
阳光承担的科研项目
1、“十五”国家科技攻关计划“并网光伏发电用系列逆变器的产业化” 2、国家发改委新能源高技术产业化项目“光伏发电逆变及控制装置的产业化” 3、科技部科技型中小企业技术创新基金“基于双向逆变技术的小型并网光伏 逆变器” 4、“十五”安徽省科技攻关计划“风力发电用交直交并网变流器” 5、“十一五”国家科技支撑计划项目“大功率风电机组”课题“双馈式风电机组 大功率双向变流器及控制技术开发”和“大功率直驱式风电机组控制系统及变 流器的研制与产业化” 6、国家科技成果推广计划“光伏/风能发电控制逆变系统” 7、安徽省2006年科技攻关计划“大型并网光伏发电系统及关键技术” 8、世界银行/全球环境基金/中国可再生能源发展项目“小功率风光互补供电 系统的优化”、“光伏/市电提水用逆变器” 9、“十一五”国家863计划项目“MW级并网光伏电站系统” 课题“兆瓦级BIPV并 网系统关键技术及工程化应用研究”和“甘肃武威荒漠治理区MW级和高压电网 并网集中光伏示范电站及关键设备研制开发”
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12.多重叠加技术
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13.组件并联、逆变器逐个并联方式
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工作方式： 1. 早晨弱光时由几台逆变器中随机一台开始工作。 2. 当第一台满功率时接入第二台逆变器，依次投入。 3. 傍晚弱光时逐台退出。 优点： 1.低空载损耗，充分利用了太阳能。
2. 逆变器轮流工作，延长寿命。 缺点： 光伏阵列全部并联，并联损耗较大，且只能用一种型号。
(2)使用了高频DC/DC，EMC设计难度加大。
(3)可靠性较低。
5.多DC-DC （MPPT）、单逆变系 统
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优点：
•同高频不隔离系统 •由于具有多个DC-DC电路，适合多个不同倾斜面阵列接入，即阵列
1～n可以具有不同的MPPT电压，十分适合应用于光伏建筑。
缺点：
•高频不隔离系统
6.半桥逆变技术
交流线路 升压变压器
100% 100%× 95%=95.00% 95%× 97%=92.15% 92.15%× 98%=90.31% 90.31%× 95%=85.79% 85.79%× 99%=84.93% 84.93%× 97%=82.38%
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木桶效应损耗 MPPT损耗 直流线损 逆变器损耗 交流线损
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接入点选择原则 • 因地制宜，就近并网 • 务必考虑接入点容量是否足够 • 接入点附近负载大小 • 多个接入点时安全问题（孤岛保护复杂性）
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绝缘、隔离技术 • 尽量选择配有输出隔离变压器的逆变设备 • 注意非晶、薄膜组件的耐压（一般为600V） • 直流、交流侧隔离开关
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一、光伏发电低压侧并网概念 二、低压侧并网逆变器 三、低压侧并网接入技术 四、阳光电源并网逆变器介绍 五、结论
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一、光伏发电低压侧并网概念 • 直接接入低压配电网400V • 自发自用 • 分为可逆流/不可逆流系统 • 节省部分配电成本、全部变压器成本 • 充分利用了原变压器容量，分摊了变压器损耗 • 可实现快速的设计、施工、调试、并网
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二、低压侧并网逆变器 • 单相逆变器 • 单相逆变器组合的三相逆变器 • 三相逆变器 • 不隔离逆变器
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1.单相直接逆变系统
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直接逆变系统的优缺点 优点：
•省去了笨重的工频变压器：特高的效率（98%左右）、重量轻、结
构简单。 缺点： (1)太阳电池板与电网没有电气隔离，太阳电池板两极有电网电压， 对人身安全不利。 (2) 直流侧MPPT电压需要大于350V。对于太阳电池组件乃至整个 系统的绝缘有较高要求，容易出现漏电现象。
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具有应急发电\调峰功能的混合供电系统
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反孤岛技术：应急供电
“木桶效应”损失
光伏组件
光伏阵列
MPPT损失
直流线缆
逆变损耗
变压器损耗
电网
直流线损
交流线损
逆变器
升压变压器
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全效率图示
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光伏组件+光伏组件+…… 光伏阵列 MPPT效率 直流线路 逆变器
升压变压器损耗
三大损耗：
• 木桶效应损耗 • 升压变压器损耗 • 逆变器损耗
最小值 2% 1% 2%
最大值 12% 10%
8%
目前全效率最差70%，最好90%
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四、阳光电源公司及产品介绍
合肥阳光电源有限公司成立于1997年，是专业从事太阳能/风 力发电电源、回馈式节能负载、电力系统电源、绿色节能电源研 究、开发、生产、销售和服务的高新技术企业。
• 所谓孤岛效应是指当电网的
部分线路因故障或维修而停 电时，停电线路由所连的并 网发电装置继续供电，并连 同周围负载构成一个自给供 电的孤岛的现象。
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孤岛效应发生的机理
光伏并网发电系统的功率流图
孤岛效应检测技术
解决方案
• 被动检测： 电网电压的幅值、频率和相
位。当电网失电时，会在电网电压的幅值、 频率和相位参数上，产生跳变信号，通过检 测跳变信号来判断电网是否失电。
是否满足标准、安全、电网及认证要求
强制性条件 绩效性条件 风险性条件
*电力标准《光伏电站接入电网技术规定》 *国家标准《并网光伏发电专用逆变器》 *中国认证如金太阳认证 *逆变效率指标:最大效率、欧洲效率、CEC效率、 MPPT效率 *可靠性指标 MTBF MTBR *维护成本、响应速度及服务能力 *首次购买价格及供货范围 *所在公司的规模、品牌、业绩 *所在公司的专业化水准及长期生存能力
•主 动 式 检 测 ： 指 对 电 网 参 数 产 生 小 干 扰 信
号，通过检测反馈信号来判断电网是否失 电，其中一种方法就是通过在并网电流中注 入很小的失真电流。通过测量逆变器输出的 电流的相位和频率，采用正反馈的方案，加 大注入量。从而在电网失电时，能够很快地 检测出异常值。
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应急供电能力 • 孤岛与反孤岛技术 • 应急供电时的微网稳定性 • 考虑到安全问题，应急供电应采用手动模式 • 蓄电池组的适配技术（功率、供电时间） • 蓄电池充电模式问题（平常是浮充？浮空？）