光伏发电系统低压侧并网技术及方案曹仁贤.pdf

Page 1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Page 2曹仁贤， 电源变换、可再生能源发电技术专家 , 研究员、博士生导师作者简介：● 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Page 3一、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Page 4一、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Page 5Page 6二、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Page 71. 单相 直接逆变系统Page 8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。Page 92. 单相 工频隔离系统Page 10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。工频隔离系统的优缺点Page 113. 高频隔离系统Page 12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。高频隔离系统的优缺点Page 134. 高频不隔离（ Boost 升压）系统Page 14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。(2) 使用了高频 DC/DC， EMC设计 难度加大。(3) 可靠性较低。高频不隔离系统的优缺点Page 15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5. 多 DC- DC（ MPPT）、单逆变系统Page 166. 半桥逆变技术优点：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Page 177、升降压 DC/DC+工频逆变Page 188、三个单相逆变器组成的三相系统Page 199、单相三线逆变技术Page 209. 三电平、半桥逆变技术Page 2110.谐振型拓扑结构Page 2211. DC/DC+三电平逆变技术Page 2312. 多重叠加技术Page 2413. 组件并联、逆变器逐个并联方式Page 25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。Page 2689909192939495969798991000 20 40 60 80 100PN [%]n[%]逆变器 , Pn=1 020kWMW 变压器 , 1MVA逆变器 +MV 变压器1 MWp 设备效率数据PDC % 2 5 10 15 25 50 70 100η PCU % 85 92 96 96.5 97,0 97,3 97.4 97.5Page 27 三台逆变器一天中的运行状况图Page 2814. 新拓扑方式Page 2915.多电平直接逆变技术Page 3016.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Page 31*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*产品的交货周期及产能风险性条件*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绩效性条件是否满足标准、安全、电网及认证要求*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强制性条件如何选择并网逆变器？Page 32三、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Page 33? 停电与应急? 逆流的处理? 接地、防雷问题? 电站管控与计量Page 34（一）不可逆流系统1、不可逆流系统中的逆流断电技术Page 352、不可逆流时的限负荷运行Page 363、不可逆流时的增负荷运行Page 374、不可逆流时的贮能运行模式Page 38（二）可逆流系统Page 39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Page 40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）Page 41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Page 42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Page 43 无载调压Page 44 有载调压Page 45网压升高时的调度策略Page 46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，应进入逆变器限功率运行，确保电网电压升高在允许值范围。Page 47电磁兼容技术. 电磁干扰? 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。? 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。? 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。Page 48Page 49? 隔离变压器? EMI滤波器? 控制算法? 拓扑结构? 正确良好接地Page 50主动抑制技术Page 51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Page 52? 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。孤岛效应的定义：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保护技术Page 53? 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。孤岛效应检测技术?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。解决方案Page 54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？）Page 55 具有应急发电 \ 调峰功能的混合供电系统Page 56 反孤岛技术：应急供电Page 57光伏组件 光伏阵列 直流线缆逆变器 升压变压器“ 木桶效应 ” 损失 MPPT损失直流线损逆变损耗交流线损变压器损耗电网全效率图示Page 58光伏组件 +光伏组件+ ……光伏阵列MPPT效率直流线路逆变器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%Page 59木桶效应损耗MPPT损耗直流线损逆变器损耗交流线损升压变压器损耗Page 60最小值 最大值? 木桶效应损耗 2% 12%? 升压变压器损耗 1% 10%? 逆变器损耗 2% 8%目前全效率最差 70%，最好 90%三大损耗：