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            寧波瀟陽科技有限公司(中文)

            分享下光伏逆變器的原理和選型技巧

            更新:1970-01-01
            摘要: 光伏逆變器的原理和選型技巧: ? 一、工作原理以及特點: 工作原理:逆變裝置的核心,是逆變開關電路,簡稱作為逆變電路。該電路透過電力電子開關的導通和關斷,來完成逆變的功能。 特點: (1)要求具有比較高的效率。 因為目前太陽能電池的價格偏西高,借以最為大限度的利用太陽能電池,提高系統效率,必需設法...

            光伏逆變器的原理和選型技巧:

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            一、工作原理以及特點:

            工作原理:逆變裝置的核心,是逆變開關電路,簡稱作為逆變電路。該電路透過電力電子開關的導通和關斷,來完成逆變的功能。

            特點:

            (1)要求具有比較高的效率。

            因為目前太陽能電池的價格偏西高,借以最為大限度的利用太陽能電池,提高系統效率,必需設法提高逆變器的效率。

            (2)要求具有比較高的可靠性。

            目前光伏電站系統重要用于邊遠地區,許多電站無人值守與維護,這便要求逆變器有合理的電路結構,嚴格的元器件篩選,并且要求逆變器具 備各種保護功能,如:輸入直流極性接反保護、交流輸出短路保護、這么熱、過載保護等。

            (3)要求輸入電壓有比較寬的適應范圍。

            因為太陽能電池的端電壓隨負載與日照強度變化因而變化。尤其是當蓄電池老化時其端電壓的變化范圍非常大,如12V的蓄電池,其端電壓可能于 10V~16V間變化,這便要求逆變器于比較大的直流輸入電壓范圍之內保證正常工作。

            二、光伏逆變器分類

            有關逆變器分類的方法很多,例如:依據逆變器輸出交流電壓的相數,可分為單相逆變器與三相互逆變器;依據逆變器使用的半導體器件類型不同,亦可分為晶體管逆變器、晶閘管逆變器以及可關斷晶閘管逆變器等。依據逆變器線路原理的不同,也可分為自激振蕩型逆變器、階梯波疊加型逆變器與脈寬調制型逆變器等。依據應用于并網系統仍然離網系統之中亦可以分為并網逆變器與離網逆變器。借以便于光電用戶選用逆變器,這里只以此逆變器適用場合的不同進行分類。

            1、集中型逆變器

            集中逆變技術是若干個并行的光伏組串遭連到同一臺集中逆變器的直流輸入端,一般功率大的使用三相的IGBT功率模塊,功率比較小的使用場效應晶體管,除此之外使用DSP轉換控制器用以改善所產出電能的質量,使它十分接近在正弦波電流,一般用于大型光伏發電站(>10kW)的系統之中。最為大特點是系統的功率高,成本低,但是因為不同光伏組串的輸出電壓、電流常常絕不完全匹配(尤其是光伏組串由于多云、樹蔭、污漬等原因遭部分遮擋時),采用集中逆變的 方式會導致逆變過程的效率降低與電戶能的下降。除此之外整個光伏系統的發電可靠性受某一光伏單元組工作狀態絕不 良的影響。最新的研究方向是運用空間矢量的調制控制及開發新的逆變器的拓撲連接,以此獲得部分負載情況之下的高效率。

            2、組串型逆變器

            組串逆變器是根據模塊化概念基礎之上的,每個光伏組串(1-5kw)透過一個逆變器,于直流端具有最為大功率峰值跟蹤,于交流端并且聯并網,已經成為現在國際市場之上最為流行的逆變器。

            許多大型光伏電廠使用組串逆變器。優點是絕不受組串棟模塊差異與遮影的影響,除此之外減少了光伏組件最佳工作點和逆變器絕不匹配的情況,進而增加了發電量。技術之上的這些優勢不但降低了系統成本,亦增加了系統的可靠性。除此之外,于組串棟引人“主-自”的概念,使得系統于單串電能絕不能使單個逆變器工作的情況之下,把幾組光伏組串聯系于一起,讓其中一個或是幾個工作,進而產出越來越多的電能。

            3、微型逆變器

            于傳統的PV系統之中,每一路組串型逆變器的直流輸入端,會改由10塊左右光伏電池板串聯接入。如果10塊串聯的 電池板之中,若是有一塊絕不能良好工作,亦這一串均會受到影響。若逆變器多路輸入使用同一一個MPPT,那麼各路輸入 亦均會受到影響,大幅度降低發電效率。于實際應用之中,云彩,樹木,煙囪,動物,灰塵,冰雪等各種遮擋因素均會引起上述因素,情況十分普遍。因而于微型逆變器的PV系統之中,每一塊電池板依次接入一臺微型逆變器,如果電池 板之中有一塊絕不能良好工作,亦只這一塊均會受到影響。其他光伏板均把于最佳工作狀態運行,使得系統總體效率越來越高,發電量越來越大。于實際應用之中,若組串型逆變器出現故障,亦會引起幾千瓦的電池板絕不能發揮作用,因而微 型逆變器故障造成的影響相當之小。

            4、功率優化器

            太陽能發電系統加裝功率優化器(OptimizEr)可大幅度提升轉換效率,并且把逆變器(Inverter)功能化繁為簡降低 成本。作為實現智慧型太陽能發電系統,裝置功率優化器可確實讓每一個太陽能電池發揮最佳效能,并且實時監控電池耗損狀態。功率優化器是介于發電系統和逆變器間的裝置,主要任務是替代逆變器原本的最佳功率點追蹤功 能。功率優化器藉改由把線路簡化及單一太陽能電池乃對于應一個功率優化器等方式,以此類比式進行十分快速的最佳功率點追蹤掃描,從而讓每一個太陽能電池均可確實達到最佳功率點追蹤,除此之外,也能藉置入通訊晶片隨 時隨地監控電池狀態,實時回報問題讓相關人員盡快維修。

            三、光伏逆變器的功能

            逆變器不但具有直交流變換功能,也具有最為大限度地發揮太陽電池性能的功能與系統故障保護功能。歸納起來有手動運行與停機功能、最為大功率跟蹤控制功能、防單獨運行功能(并網系統用)、自動電壓調整功能(并網系統用)、直流檢測功能(并網系統用)、直流接地檢測功能(并網系統用)。這里簡單介紹手動運行與停機功能以及最為大功率跟蹤控制功能。

            (1)手動運行與停機功能

            早晨日出之后,太陽輻射強度漸漸增強,太陽電池的輸出亦逐漸增大,如果達到逆變器工作所需的輸出功率之后,逆變器乃手動開始運行。進入運行之后,逆變器就時時刻刻監視太陽電池組件的輸出,如果太陽電池組件的輸出功率大于逆變器工作所需的輸出功率,逆變器便持續運行;直到日落停機,即便陰雨天逆變器亦能運行。當太陽電池組件輸出變小,逆變器輸出接近0時,逆變器就形成待機狀態。

            (2)最為大功率跟蹤控制功能

            太陽電池組件的輸出是隨太陽輻射強度與太陽電池組件自身溫度(芯片溫度)因而變化的。此外因為太陽電池組件具有電壓隨電流增大因而下降的特性,所以存在能獲取最為大功率的最佳工作點。太陽輻射強度是變化著的,顯然最佳工作點亦是于變化的。相對于這些變化,依舊讓太陽電池組件的工作點處于最為大功率點,系統依舊自太陽電池組件獲取最為大功率輸出,這種控制便是最為大功率跟蹤控制。太陽能發電系統用的逆變器的最為大特點便是包括了最為大功率點跟蹤(MPPT)這一功能。

            四、光伏逆變器的主要技術指標

            1.輸出電壓的穩定°

            于光伏系統之中,太陽電池發出的電能先行改由蓄電池儲存起來,接著歷經逆變器逆變成220V或是380V的交流電。不過蓄電池受自身充放電的影響,其輸出電壓的變化范圍比較大,如標稱12V的蓄電池,其電壓值可于10.8~14.4V間變動(超出這個范圍可能對于蓄電池造成損壞)。對一個合格的逆變器,輸入端電壓于這個范圍之內變化時,其穩態輸出電壓的變化量應絕不超過額定值的&Plusmn;5%,除此之外當負載發生突變時,其輸出電壓偏差絕不應超過額定值的±10%。

            2.輸出電壓的波形失真度

            對于正弦波逆變器,應規定允許的最為大波形失真度(或是諧波含量)。一般以此輸出電壓的總波形失真度表示,其值應絕不超過5%(直流輸出允許l0%)。因為逆變器輸出的高次諧波電流會于感性負載之上產生渦流等附加損耗,假如逆變器波形失真度過大,會導致負載部件嚴重發熱,絕不利于電氣設備的安全,并嚴重影響系統的運行效率。

            3.額定輸出頻率

            對包含電機之類的負載,如洗衣機、電冰箱等,因為其電機最佳頻率工作點為50Hz,頻率這么高或是這么低均會造成設備發熱,降低系統運行效率與使用壽命,因此逆變器的輸出頻率應是一個相當穩定的值,一般作為工頻50Hz,正常工作條件之下其偏差應于&Plusmn;l%之內。

            4.負載功率由于數

            表征逆變器帶感性負載或是容性負載的能力。正弦波逆變器的負載功率因數為0.7~0.9,額定值為0.9。于負載功率一定的情況之下,假如逆變器的功率由于數比較低,亦所需逆變器的容量要增大,另一方面造成成本增加,除此之外太陽能系統交流回路的視在功率增大,回路電流增大,損耗必定增加,系統效率亦會降低。

            5.逆變器效率

            逆變器的效率是指于規定的工作條件之下,其輸出功率和輸入功率之比,以此百分數表示,一般情況之下,光伏逆變器的標稱效率是指純阻負載,80%負載情況之下的效率。因為光伏系統總體成本比較高, 所以應該最為大限度地提高光伏逆變器的效率,降低系統成本,提高光伏系統的性價比。目前主流逆變器標稱效率于80%~95%間,對于小功率逆變器要求其效率絕不低于85%。于光伏系統實際設計過程之中,不僅要選擇高效率的逆變器,除此之外也應透過系統合理配置,盡可能使光伏系統負載工作于最佳效率點鄰近。

            6、額定輸出電流(或是額定輸出容量)

            表示于規定的負載功率因數范圍之內逆變器的額定輸出電流。有些逆變器產品給出的是額定輸出容量,其單位以此VA或是kVA表示。逆變器的額定容量是如果輸出功率因數為1(即純阻性負載)時,額定輸出電壓作為額定輸出電流的乘積。

            7、保護措施

            一款性能優良的逆變器,也應具備完備的保護功能或是措施,以此應對于于實際使用過程之中出現的各種異常情況,使逆變器本身以及系統其他部件免受損傷。

            (1)輸入欠壓保戶:

            當輸入端電壓低于額定電壓的85%時,逆變器應有保護與顯示。

            (2)輸入過壓保戶:

            當輸入端電壓高于額定電壓的130%時,逆變器應有保護與顯示。

            (3)過電流保護:

            逆變器的過電流保護,應能保證于負載發生短路或是電流超過允許值時及時動作,使其免受浪涌電流的損傷。如果工作電流超過額定的150%時,逆變器應能手動保護。

            (4)輸出短路保戶

            逆變器短路保護動作時間應絕不超過0.5s。

            (5)輸入反接保護:

            如果輸入端正、負極接反時,逆變器應有防護功能與顯示。

            (6)防雷保護:

            逆變器應有防雷保護。

            (7)過溫保護等

            此外,對于無電壓穩定措施的逆變器,逆變器也應有輸出過電壓防護措施,以此使負載免受過電壓的損害。

            8.起動特性

            表征逆變器帶負載起動的能力與動態工作時的性能。逆變器應保證于額定負載下可靠起動。

            9.噪聲

            電力電子設備之中的變壓器、濾波電感、電磁開關以及風扇等部件皆會產生噪聲。逆變器正常運行時,其噪聲應絕不超過80dB,小型逆變器的噪聲應絕不超過65dB。

            五、選型技巧

            逆變器的選用,最先要考慮具有足夠的額定容量,以此滿足最為大負荷之下設備對于電功率的要求。對以此單一設備作為負載的逆變器,其額定容量的選取較為簡單。

            如果用電設備作為純阻性負載或是功率由于數大于0.9時,選取逆變器的額定容量作為用電設備容量的1.1~1.15倍即可。除此之外逆變器也應具有抗容性與感性負載沖擊的能力。

            對于一般電感性負載,如電機、冰箱、空調、洗衣機、大功率水泵等,于起動時,其瞬時功率可能是其額定功率的5~6倍,此時,逆變器把承受非常大的瞬時浪涌。對于此類系統,逆變器的額定容量應留有充分的余量,以此保證負載能可靠起動,高性能的逆變器可做到連續多次滿負荷起動因而絕不損壞功率器件。小型逆變器借以自身安全,有時候需采用軟起動或是限流起動的方式。

            六、安裝注意事項以及維護

            1、于安裝后最先應該檢查逆變器是否于運輸過程之中有無損壞。

            2、于選擇安裝場地時,應該保證四周之內沒有任何其他電力電子設備的干擾。

            3、于進行電氣連接以前,必須采用絕不透光材料把光伏電池板覆蓋或是斷開斜流側斷路器。暴露在陽光,光伏陣列把會產生危險電壓。

            4、所有安裝操作必需而且只改由專業技術人員完成。

            5、太陽能系統發電系統之中所使用線纜必需連接牢固,良好絕緣及規格合適。

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