并网光伏逆变器 (大功率)

隔离变压器，并网隔离变压器


EMI滤波器，输入输出EMI滤波模块
控制算法，优化控制算法

拓扑结构，改进整机拓扑结构
系统的防雷和接地

交流侧的防雷和普通交流配电防雷要求等同 目前没有颁布明确的光伏电站防雷设计标准

可以参考的标准：

《建筑物防雷设计规范》GB50057-1994(2000) IEC 60364-7-712-2002 IEC 62305 1-5 IEC 61557-4-2007 GB/T 21431-2008 建筑物防雷装置检测技术规范 SJ/T 11127-1997 光伏（PV）发电系统过电压保护－－导则
目
录
1 大型光伏电站的系统构成 2 逆变器常见拓扑结构和发展方向 3 逆变器的转换效率 4 逆变器的保护功能 5 逆变器并网电流谐波
6 电磁兼容技术
7 最大功率点跟踪(MPPT) 8 电网锁相技术
9 孤岛效应检测技术
10 光伏电站的群控、监控及调度技术 11 大规模应用的技术发展方向
逆变器基本保护功能
电磁干扰的要求
电网对逆变器产生的干扰：电压涨跌，频率漂移，不平衡，电 气噪声，浪涌等。要求逆变器不能损坏。
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。必须符合相关标准。 逆变器对于其他电器的干扰： 传导干扰，辐射干扰等。必须 符合相关标准。
电磁干扰对策：
4.在弱网环境下，如何保证电流谐波？
目
录
1 大型光伏电站的系统构成 2 逆变器常见拓扑结构和发展方向 3 逆变器的转换效率 4 逆变器的保护功能 5 逆变器并网电流谐波
6
电磁兼容技术
7 最大功率点跟踪(MPPT) 8 电网锁相技术 9 孤岛效应检测技术 10 光伏电站的群控、监控及调度技术 11 大规模应用的技术发展方向
2 逆变器常见拓扑结构和发展方向
3 逆变器的转换效率 4 逆变器的保护功能 5 逆变器并网电流谐波 6 电磁兼容技术 7 最大功率点跟踪方式 8 电网锁相技术
目
1 大型光伏电站的系统构成
录
2
3 4 5
逆变器常见拓扑结构和发展方向
逆变器的转换效率 逆变器的保护功能 逆变器并网电流谐波
6
7 8
电磁兼容技术
最大功率点跟踪(MPPT) 电网锁相技术
9
10 11
孤岛效应检测技术
光伏电站的群控、监控及调度技术 大规模应用的技术发展方向
常见大功率并网逆变器的拓扑结构
MPPT试验和测试手段技术要求
MPPT优劣的测试标准：EN50530-2008 Overall efficiency of photovoltaic inverters
试验和测试手段：
• 在正常工作条件下测试MPPT算法将十分耗时，同时很难比对。 • 最佳的方法是使用光伏阵列模拟器 • 对于太阳能阵列模拟器要求： 能够方便设定光伏阵列的串并联数 可真实模拟单晶硅，多晶硅和非晶硅的U-I曲线
嵌入式控制板
• CUP（单DSP或双DSP系统），应用中TI的TMS320F2812/28335居多。 • 外围功能电路： 模拟和开关信号处理；逻辑运算；通讯；电源管理等。
控制技术
三相逆变原理（SPWM）
逆变桥部分
• IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor) 绝缘栅双极性晶体管 • 主要品牌： infineon semikron 三菱 富士
光伏电池特性介绍
光伏电池在不同的日照和温度条件下，具有不同的MPP
I ( A)
4 3.5 3 2.5 40
P (W )
60
I sc
电流
Pm
50
Im
2 1.5 1 功率 30
20
Vm
0.5 0 0 5 10 15 20
Voc
10
25
0
U (V )
不同温度下的P-V特性曲线
太阳电池阵列的P-V特性
不同日照量下的I-V和P-V特性曲线
LCL滤波器
部分元件品牌
• • • • • 快速熔断器 接触器 浪涌吸收器 电流传感器 电压传感器 BUSSMANN ABB ABB LEM 南车时代
常见大功率并网逆变器的拓扑结构案例
两台低压输出逆变器接中压变压器整体解决方案案例
常见大功率并网逆变器的拓扑结构
多个功率模块并联
逆变器拓扑发展方向
大功率并网光伏逆变器原理
罗双虎 lushhumail@126.com 2013.6
目
1
录
大型光伏电站的系统构成
2
3 4 5 6 7 8
逆变器常见拓扑结构和发展方向
逆变器的转换效率 逆变器的保护功能 逆变器并网电流谐波 电磁兼容技术 最大功率点跟踪(MPPT) 电网锁相技术
9
10 11
孤岛效应检测技术
MPPT技术要求
大功率逆变器的控制部分—跟踪电池板
• 跟踪电池板（MPPT: 最大功率跟踪） 使逆变器始终工作在太阳能电池板阵列的最大输出功率段， 以充分发挥电池组件光电转换潜力。
MPPT技术实现
常见的mppt跟踪方法有以下几种： 扰动观察法： 扰动光伏电池的输出电压（或电流），然后观测光伏电池的输出 功率的变化，根据功率变化的趋势连续改变扰动电压（或电流）方向， 使光伏电池最终工作在最大功率点。 电导增量法： 通过比较太阳能电池阵列的瞬时电导与电导的变化量,根据比较结果 进行相应的调制来完成最大功率点跟踪的功能。 定电压跟踪法： 将光伏电池输出电压控制在其最大功率点附近的某一定电压处， 光伏电池将获得近似的最大功率输出，这种控制就是定电压跟踪法，其 实际上是一种开环的MPPT算法。
系统的防雷和接地

大型开阔地区光伏电站避雷器安装布置图示例
注： 来源于德国DEHN公司网站资料
系统的防雷和接地

建筑屋顶光伏阵列避雷器安装布置图示例
注： 来源于德国DEHN公司网站资料
系统的防雷和接地
可参考原则：

支架等电位连接 太阳电池边框接地 接地电阻的设计 （直流和交流）<4欧姆 低压电网和高压电网防雷和接地参考成熟设计
转换效率的概念
转换效率是光伏并网逆变器中最重要的技术指标之一： 光伏并网逆变器中常用的效率概念： • 最大效率 ηmax ： 逆变器所能达到的最大效率 • 欧洲效率 ηeuro ： 按照在不同功率点的效率根据加权公式计算 • MPPT效率ηmppt：反应逆变器最大功率点跟踪的精度 • 目前，先进水平： ηmax> 98% ηeuro>97.5% (不含变压器) ηmax> 96.5% ηeuro>96% (含变压器)
多重叠加技术 10MW 系统
目
1 大型光伏电站的系统构成
录
2 逆变器常见拓扑结构和发展方向 3 逆变器的转换效率 4 逆变器的保护功能 5 逆变器并网电流谐波
6 电磁兼容技术
7 最大功率点跟踪(MPPT) 8 电网锁相技术 9 孤岛效应检测技术 10 光伏电站的群控、监控及调度技术 11 大规模应用的技术发展方向
发展方向： 1.使用更精确、更快速的数字锁相电路
2.如何克服在大功率并网时，电网电压采样电路的波动影响
目
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1 大型光伏电站的系统构成 2 逆变器常见拓扑结构和发展方向 3 逆变器的转换效率
4 逆变器的保护功能
5 逆变器并网电流谐波 6 电磁兼容技术 7 最大功率点跟踪方式 8 电网锁相技术 9 孤岛效应检测技术 10 光伏电站的群控、监控及调度技术
逆变装置的核心，是逆变开关电路，简称为逆变电 路。该电路通过电力电子开关的导通与关断，来完 成逆变的功能。
采用工频变压器隔离的大功率三相并网逆变器
常见大功率并网逆变器的拓扑结构
无变压器隔离的大功率三相并网逆变器
采样及电源
• • • • • • 电源系统 （交流电源、直流电源、UPS电源） 模拟量 采集和输出 （电压、电流、温度传感器） 开关量采集和输出（熔断器、接触器、风机等状态和控制） IGBT驱动 、保护通道 电池板绝缘检测 、漏电检测（交流侧、直流侧） 状态显示按钮 （状态显示、钥匙开关ห้องสมุดไป่ตู้急停）
6 电磁兼容技术
7 最大功率点跟踪（MPPT） 8 电网锁相技术
9 孤岛效应检测技术
10 光伏电站的群控、监控及调度技术 11 大规模应用的技术发展方向
并网电流谐波要求
国网公司对于光伏电站并网电流的谐波要求
并网电流谐波要求
鉴衡认证对于光伏并网逆变器并网电流的谐波要求 总谐波<5%
并网电流谐波的抑制
感应雷的防止
小功率系统直流和交流防雷，采用凯文接线
•注：该资料来源于phoenix公司网站
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1 大型光伏电站的系统构成 2 逆变器常见拓扑结构和发展方向 3 逆变器的转换效率
4 逆变器的保护功能
5 逆变器并网电流谐波 6 电磁兼容技术
7 最大功率点跟踪（MPPT）
8 电网锁相技术 9 孤岛效应检测技术 10 光伏电站的群控、监控及调度技术 11 大规模应用的技术发展方向
并网电流谐波抑制方法：
拓扑结构选择： L-C ，L-C-L
电感和电容参数的设计
控制算法，PWM(脉冲宽度调制）驱动方式
采样精度 运算精度 目前国际标准要求<5%，但许多用户要求<3%
新的研究方向
1.如何更好抑制低功率时的电流谐波？ 2.如何抑制多台逆变器同时并网时电流谐波的叠加问题？
3.如何在电网电压谐波大时，仍旧保证低电流谐波？
电网锁相技术
常用方法： .使用电压比较器和施密特触发器进行整形，得到和电网电压完全同频同 相的方波。 .使用DSP芯片的CAPTURE口进行捕获。 .软件中侦测到电网频率和相位。调整并网电流的频率和相位，从而使得 并网电流和电网电压同频，相位差180°。 . 锁相时间很短，可以在20ms内完成
电网锁相技术
最好具有短路特性。即真正为电流源特性
功率容量需要达到100KW左右。
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1 大型光伏电站的系统构成
2 逆变器常见拓扑结构和发展方向
3 逆变器的转换效率 4 逆变器的保护功能 5 逆变器并网电流谐波 6 电磁兼容技术 7 最大功率点跟踪方式 8 电网锁相技术
9 孤岛效应检测技术
10 光伏电站的群控、监控及调度技术 11 大规模应用的技术发展方向
11 大规模应用的技术发展方向
孤岛效应的原理
孤岛效应的定义： 孤岛效应发生的机理 • 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。 光伏并网发电系统的功率流图
孤岛效应检测技术
逆变器中同时具有两种软件解决方案 1.被动检测： 电网电压的幅值、频率、相位和谐波。当电网失电时，会 在电网电压的幅值、频率、相位和谐波等参数上，产生跳变信号，通过 检测跳变信号来判断电网是否失电。 2.主动式检测：指在并网点处向电网注入很小的干扰信号，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。
在电网电压出现异 常跌落时，常常需 要并网逆变器此时 不能立即脱网，而 是需要继续工作， 起到支撑电网的作 用。当并网点电压 在图中电压轮廓线 及以上区域内时， 逆变器需要保持并 网运行。轮廓线以 下，逆变器停止向 电网送电。
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1 大型光伏电站的系统构成
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2 逆变器常见拓扑结构和发展方向
3 逆变器的转换效率 4 逆变器的保护功能 5 逆变器并网电流谐波
保护类型：
• 电网电压过欠压
• 电网电压过欠频 • 交流输出短路保护 • 孤岛效应保护 • 逆变器过热保护 • 直流极性反接保护 • 直流过压保护
• 逆变器过载保护
• 逆变器对地漏电保护 • 逆变器内部自检保护（防雷器损坏，接触器故障，变压器过热，A/D通道
损坏，IGBT损坏等等）
低电压穿越 （LVRT）
光伏电站的群控、监控及调度技术 大规模应用的技术发展方向
大型光伏电站组成
•太阳电池 •交直流电缆 •阵列汇流箱 •太阳电池阵列支架（固定或自动跟
踪）
•交、直流配电系统 •大型并网逆变器 •电网接入系统（升压变压器、交流
断路器、计量、无功补偿、继电保护 等）
•监测、计量、数采设备、防雷系统
（气象监测、数据采集及传输等）
孤岛效应其他检测方案
• 德国VDE0126-1-1 要求并网逆变器系统中必须有独立的检测电网断电的 模块。 • 一般常用的方法是主动测量电网的阻抗。
• 当电网的阻抗发生突变或变得比较大时，则认为发生了孤岛。
• 当然，电压和频率的变化和超出范围也是重要依据。 • 具有独立性，使用功率范围更宽
目
录
1 大型光伏电站的系统构成