第二讲-光伏并网逆变器原理

第二讲:光伏并网逆变器原理 一 、 常 见 光 伏 并 网 逆 变 器 的 拓 扑 结 构二 、 光 伏 并 网 逆 变 器 相 关 技 术 要 点 2.1 效 率 2.2 直 流 输 入 电 压 适 应 范 围 2.3 可 靠 性 （ 保 护 配 置 方 式 和 种 类 ） 2.4 并 网 电 流 谐 波 2.5 逆 变 控 制 策 略 2.6 最 大 功 率 点 跟 踪 方 式 2.7 锁 相 技 术 特 点 2.8 孤 岛 效 应 检 测 技 术 2.9 监 控 软 件 和 附 件三 、 阳 光 电 源 相 关 产 品 介 绍四 、 相 关 业 绩 报 告 内 容 • 光 伏 并 网 发 电 系 统 由 光 伏 组 件 、 光 伏 并 网 逆 变 器 、 计 量 装 置 及 配 电 系统 组 成 。• 太 阳 电 池 产 生 直 流 电 能 。• 通 过 光 伏 并 网 逆 变 器 直 接 将 电 能 转 化 为 与 电 网 同 频 、 同 相 的 正 弦 波 电流 ， 馈 入 电 网 。 •直 接 逆 变 系 统•工 频 隔 离 系 统 • 高 频 隔 离 系 统• 多 DC-DC（ MPPT） 、单 逆 变 系 统• 高 频 升 压 不 隔 离 系 统 1.1 直 接 逆 变 系 统 1 常见光伏并网逆变器的拓朴结构 直 接 逆 变 系 统 的 优 缺 点优 点 ：•省 去 了 笨 重 的 工 频 变 压 器 ： 高 效 率 （ 97%） 、 重 量 轻 、 结 构 简 单 。成 本 低 。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 太 阳 电 池 MPPT电 压 需 要 大 于 350V。 这 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 。 1.2 工 频 隔 离 系 统 1 常见光伏并网逆变器的拓朴结构 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 200V-800V。缺 点 ： (1)系 统 效 率 相 对 较 低 。 (2)笨 重 。工 频 隔 离 系 统 的 优 缺 点 1 常见光伏并网逆变器的拓朴结构 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 5KW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 。高 频 隔 离 系 统 的 优 缺 点 1.4 高 频 升 压 不 隔 离 系 统 1 常见光伏并网逆变器的拓朴结构 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 ， 所 以 可以 带 来 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 ， 所 以 太 阳 电 池 阵 列 的 直 流 输 入 电 压 范围 可 以 很 宽 （ 150V-450V） 。 这 种 拓 扑 结 构 越 来 越 成 为 市 场 的 主 流 。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 。(2)使 用 了 高 频 DC/DC， EMC难 度 加 大 。高 频 升 压 不 隔 离 系 统 的 优 缺 点 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 。 N一 般为 2或 3。缺 点 ：•同 高 频 不 隔 离 系 统1.5 多 DC-DC（ MPPT） 、 单 逆 变系 统 1.6 三相并网逆变器 采用工频变压器的技术方案 1 常见光伏并网逆变器的拓朴结构 2005年 全 球 1818MW 光 伏 组 件 其 中 并 网 逆 变 器 市 场 为 60亿 人 民 币 1.7、 产 业 情 况 全 球 生 产 逆 变 器 的 著 名 厂 商 大 约 有 20家 ：● 德 国 SMA● 荷 兰 Mastervolt● 奥 地 利 Fronius● 德 国 conergy● 德 国 KACO● 日 本 Sharp ● 加 拿 大 Xantrex● 瑞 士 Asp● 西 班 牙 Ingeteam 其 它 如 京 瓷 、 三 菱 、 Satcon、 Solarmax、 delta、 Sunways 典 型 产 品 介 绍 ： 3KW — 6KW KACO（ 直 接 逆 变 ）SMA（ 工 频 隔 离 ） Mastervolt（ 高 频 隔 离 ） SHARP（ Boost 升 压 ） 西 门 子 750KW Satcon 公 司 500KW Xantrex 500KW SMA 1000KW 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 效 率 根 据 加 权 公 式 计 算加 州 效 率 ηcec： 按 照 不 同 功 率 ， 不 同 直 流 电 压 点 效 率 计 算MPPT效 率 ηmppt： 反 应 逆 变 器 最 大 功 率 点 跟 踪 的 精 度整 机 效 率 ηtot： 在 某 个 直 流 电 压 下 η euro 和 η mppt乘 积2.1 转 换 效 率 二 、 光 伏 并 网 逆 变 器 相 关 技 术 要 点 SG100K3的 效 率 ：最 大 效 率 ηmax ： 96.27%欧 洲 效 率 ηeuro ： 95.38%SG5K的 效 率 ：最 大 效 率 ηmax ： 94.7%欧 洲 效 率 ηeuro ： 94.2%二 、 光 伏 并 网 逆 变 器 相 关 技 术 要 点2.1 转 换 效 率 2.2 直 流 输 入 电 压 范 围二 、 光 伏 并 网 逆 变 器 相 关 技 术 要 点具 体 设 计 系 统 串 联 数 时 综 合 考 虑 以 下 几 个 因 素 ：• 温 度 的 影 响 ： 需 要 保 证 在 夏 天 和 冬 天 的 MPPT范 围• 效 率 的 影 响 ： 尽 量 考 虑 逆 变 器 的 最 优 效 率 工 作 点• 导 线 的 损 耗 ： 电 压 越 高 ， 损 耗 越 少 。 概 念 ： 1. MPPT工 作 电 压 范 围 ： 逆 变 器 MPPT的 搜 索 范 围2. 直 流 电 压 范 围 ： 系 统 能 够 工 作 的 最 低 电 压 至 最 高 电 压3. 最 高 系 统 开 路 电 压 ： 系 统 能 承 受 的 最 高 直 流 电 压 举 例 如 下 ：SG100K3: 450V~880V DC， 一 般 推 荐 阵 列 开 路 电压 配 置 为 700V左 右 。 （ 44V开 路 电 压 为 16串 ）SG 5K: 220V~ 780V DC ， 一 般 推 荐 阵 列 开 路电 压 配 置 为 530V左 右 。 （ 44V开 路 电 压 为 12串 ）2.2 直 流 输 入 电 压 范 围二 、 光 伏 并 网 逆 变 器 相 关 技 术 要 点 保 护 类 型 ：• 电 网 电 压 过 欠 压• 电 网 电 压 过 欠 频• 交 流 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• 逆 变 器 过 载 保 护• 逆 变 器 对 地 漏 电 保 护 2.3 可 靠 性 （ 保 护 配 置 方 式 和 种 类 ）二 、 光 伏 并 网 逆 变 器 相 关 技 术 要 点 SG100K3: 3% 在 额 定 负 载 时SG5K: 4% 在 额 定 负 载 时2.4 输 出 正 弦 波 失 真 度 电 网 对 于 并 网 发 电 系 统 的 谐 波 要 求 很 高 ，按 照 目 前 光 伏 并 网 逆 变 器 的 相 关 国 际 标 准 要 求 ：一 般 在 额 定 功 率 时 ， 要 求 并 网 电 流 谐 波 5%。二 、 光 伏 并 网 逆 变 器 相 关 技 术 要 点 光 伏 并 网 逆 变 器 控 制 系 统 结 构 框 图 MPPT环最 大 功 率 跟 踪直 流 电 压 外 环直 流 电 压 稳 压交 流 电 流 内 环快 速 跟 踪 电 流限 流 控 制交 流 电 压 前 馈 实 现 无 差 拍 电 流 控 制 2.5 逆 变 控 制 策 略 二 、 光 伏 并 网 逆 变 器 相 关 技 术 要 点 1. 核 心 控 制 思 想 是 通 过 对 直 流 电 压 的 扰 动 ， 判 断直 流 功 率 的 变 化 ， 从 而 搜 索 到 最 大 功 率 点 。2.6 最 大 功 率 点 跟 踪 （ MPPT）2.具 体 的 方 法 ：• 采 用 精 度 高 于 0.1％ 的 电 能 专 用 采 样 芯 片二 、 光 伏 并 网 逆 变 器 相 关 技 术 要 点