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光伏逆变器的分类与功能
日期:2017-07-03   [复制链接]
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编者按:通常来说将交流电能转化为直流电能的过程称为整流,把整流功能的电路称为整流电路,把实际整流过程的装置称为整流设备或整流器,与之对应的将直流转换为交流电能的过程称为逆变,把完成逆变功能的电路称为逆变电路,把实际逆变过程的装置称为逆变设备或逆变器。

光伏逆变器光伏组件所发出的直流电转变成正弦波电流,接入负载或者并入到电网中,是光伏系统中核心器件。

光伏逆变器的种类与主要功能

光伏逆变器按用途分为并网逆变器,离网逆变器,微网储能逆变器三大类,并网逆变器按照功率和用途可分为微型逆变器、组串式逆变器、集中式逆变器、集散式逆变器四大类,微型逆变器,又称组件逆变器,功率等级为180W到1000W,适用于小型发电系统;组串型逆变器,功率在1kW到10kW的单相逆变器,适用于户用发电系统,并网电压为220V,4kW到80kW三相逆变器,适用于工商业发电系统,并网电压为三相380V,。集中式逆变器和集散式逆变器,功率从500kW到1500KW,一般用在大型地面电站。

《一》 并网逆变器


并网逆变器是连接光伏阵列和电网的关键部件,除了把组件发出来的直流电变成电网能接收的交流电外,还有以下特殊功能:

1)最大功率追踪MPPT功能

当日照强度和环境温度变化时,光伏组件输入功率呈现非线性变化,如图所示,从图上看出:光伏组件既不是恒压源,也不是恒流源,它的功率随着输出电压改变而改变,和负载没有关系。它的输出电流随着电压升高一开始是一条水平线,到达一定功率时,随着电压升高而降低,当到达组件开路电压时,电流下降到零。

光伏组件的输出功率受日照强度、环境温度等因素的影响。当光照强度减小时,光伏组件的开路电压降低,短路电流减小,最大输出功率减小;当光伏组件温度下降时,组件的短路电流减小,但组件的开路电压升高,最大输出功率增加;在组件温度和日照强度一定的情况下,同一块组件只有唯一的最大功率输出点,MPPT功能就是最大功率跟踪功能,通过调整直流电压和输出电流,使太阳能组件始终工作在最大工作点,输出当前温度和日照条件下的最大功率。

常见的最大功率跟踪控制方法主要有:定电压跟踪法(CVT),将光伏组件的端电压固定在某一个固定值,特点是控制简单,稳定性好;功率计算法,电流寻优法,扰动观察法,增量电导法等经典控制算法以及最优梯度法、模糊逻辑控制法等、神经元网络控制法等现代控制算法。

2)孤岛效应的检测及控制


在正常发电时,光伏并网发电系统连接在大电网上,向电网输送有功功率,但是,当电网失电时,光伏并网发电系统可能还在持续工作,并和本地负载处于独立运行状态,这种现象被称为孤岛效应。逆变器出现孤岛效应时,会对人身安全,电网运行,逆变器本身造成极大的安全隐患,因此逆变器入网标准规定,光伏并网逆变器必须有孤岛效应的检测及控制功能。

孤岛效应的检测方法有被动式检测和主动式检测,被动式检测方法检测并网逆变器输出端电压和电流的幅值,逆变器不向电网加干扰信号,通过检测电流相位偏移和频率等参数是否超过规定值,来判断电网是否停电;这种方式不为造成电网污染,也不会有能量损耗;而主动式检测是指并网逆变器主动、定时地对电网施加一些干扰信号,如频率移动和相位移动,由于电网可以看成是一个无穷大的电压源,有电网时这些干扰信号就会被电网吸收,电网如果发生停电,这些干扰信号就会形成正反馈,最终会形成频率或电压超标,由此可以判断是否发生了孤岛效应。

3)电网检测及并网功能

并网逆变器在并网发电之前,需要从电网上取电,检测电网送电的电压、频率、相序等等参数,然后调整自身发电的参数,与电网电参数同步一致,完成之后才会并网发电。

4)零(低)电压穿越功能

当电力系统事故或扰动,引起光伏发电站并网点电压出现电压暂降,在一定的电压跌落范围内和时间间隔内,光伏发电站能够保证不脱网连续运行。

《二》 离网逆变器


并网逆变器将能量直接送到电网上,所以要跟踪电网的频率、相位,相当于一个电流源。离网逆变器相当于自己建立起一个独立的小电网,主要是控制自己的电压,就是一个电压源。并网逆变器不需要储能,但能量不可调控,光伏发多少就往网上送多少,根本就不管人家要不要,电网很不喜欢。离网一般需要储能,并不往网上送能量,电网无权干涉。

离网逆变器离开电网后可独立工作,相当于一个独立的小电网,主要是控制自己的电压,就是一个电压源。可带阻容性及电机感性等负载,应变快抗干扰,适应性及实用性强,是停电应急电源和户外供电首选电源产品。

光伏离网逆变器适用电力系统,通讯系统、铁路系统、航运、医院、商场、学校,户外等场所,可以接入市电对蓄电池补充充电,可以设置成风光电优先市电后备,或者市电优先风光电后备。

离网逆变器一般都需要接蓄电池,因为光伏发电不稳定,而负载也不稳定,需要蓄电池来平衡能量,当光伏发电大于负载时,多余的能量给蓄电池充电,当光伏发电小于负载时,不足的能量由蓄电池提供。

太阳能泵水逆变器,是一个特殊的离网逆变器,不需要接蓄电池,直接从太阳能板获得直流电源,转化成交流电供给水泵泵水。根据太阳光的强度,调整输出频率的实时性而得到最大功率点跟踪(MPPT)和最大限度地利用太阳能,相当于一个逆变器和变频器的组合体,因结构简单。操作方便,广泛应用于无电地区引水工程,农业灌溉,景观灌溉。

《三》 微网储能逆变器

大部分国家电网规定,光伏等分布式发电比例,不能超过电网的10%,超过了就要加入储能系统,光伏系统并网发电时如果不采用储能系统,光伏系统会对电网带来了一些不良的影响,并且,随着光伏发电系统规模的不断扩大以及光伏电源在系统中所占比例的不断增加,这些影响变得不可忽视。

(1)对线路潮流的影响。未接入光伏并网发电系统的时候,电网支路潮流一般是单向流动的,并且对于配电网来说随着距变电站的距离增加有功潮流单调减少。然而,当光伏电源接入电网后,从根本上改变了系统潮流的模式且潮流变得无法预测。这种潮流的改变使得电压调整很难维持,甚至导致配电网的电压调整设备出现异常响应,

(2)对系统保护的影响。当光照良好,光伏并网电站输出功率较大时,短路电流将会增大,可能会导致过流保护配合失误,而且过大的短路电流还会影响熔断器的正常工作。此外,对于配电网来说未接入光伏发电系统之前支路潮流一般是单向的,其保护不具有方向性,而接入光伏发电系统以后该配电网变成了多源网络,网络潮流的流向具有不确定性。因此,必须要求增设具有方向性的保护装置。

(3)对电网经济性运行的影响。由于光伏电源的自身输出不稳定性,当光伏发电系统并网运行后,系统必须增加相应容量的旋转备用,以保证系统的调峰、调频能力,也就是说,光伏并网发电系统向电网供电,降低了机组利用小时数,牺牲了电网的经济性运行

(4)对电能质量的影响。受云层遮挡的影响,光伏电源的发出功率可能在短时间内从100%降到30%以下,或由30%以下增至100%,对于大型光伏并网系统来说,会引起电压的波动与闪变或频率波动。此外,由于光伏发电系统所发出的电能为直流电,必须经过逆变装置接入电网,这一过程必将产生谐波,对电网造成影响。

(5)对运行调度的影响。光伏电源的输出功率直接受天气变化影响而不可控制,因此,光伏电源的可调度性也受到制约,当某个系统中光伏电源所占到一定比例后,电网运行商应认真考虑如何安全可靠地进行电力调度。另外,光伏电价与常规电价也存在着差异,如何在满足各种安全约束的条件下对电网进行经济性调度也将成为一个值得关注的问题。

市场调查显示,随着光伏装机量越来越大,各个国家光伏补贴越来越低,而峰谷电价差别则不断加大,未来光伏逆变器更看重能量存储,全球近1/3的光伏逆变器厂商期望到2015年所安装的太阳能系统能源存储使用可以达到40%以上,能源存储将成为未来光伏系统一个越来越重要的功能,在未来光伏能量储存的市场可能会显著扩大,成为下一代逆变器的主流产品。

光伏微网储能逆变器是最新一代逆变器。可应用于集中式和分布式光伏发电站。光伏微网逆变器集成光伏并网发电,储能电站的功能,可以克服光伏组件受天气变化发电不稳定的缺点,为电网提供稳定的和谐波含量非常少的纯净电流,提高了电网的品质;通过波谷储存电能,波峰输出电能,电网峰值发电量可大幅削减,电网容量也可大幅增加,提高了电网的利用率;通过比较高的上网电价,以及波峰波谷的差价,为用户创造价值。

光伏微网储能逆变器具体工作原理

(1)白天用电高峰期,在太阳光的照射下,太阳能电池组件产生的直流电流通过控制器传送到逆变器转化成交流电,并入电网。

(2)晚上用电低谷期,电价比较低时,电网的电能通过逆变器充放电控制器,对蓄电池进行充电储能;

(3)当阳光不足或在夜间非低谷期用电时,蓄电池通过直流控制系统向逆变器送电,经逆变器转化为交流电供交流负载使用。

原标题:光伏逆变器的功能与分类
 
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来源:泓达光伏
 
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