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光伏逆变器结构、配置选型及其工作原理

发表于:2016-04-25 11:44:58 来源:电子发烧友
     光伏逆变器又称电源调整器,根据逆变器在光伏发电系统中的用途可分为独立型电源用和并网用二种。根据波形调制方式又可分为方波逆变器、阶梯波逆变器、正弦波逆变器和组合式三相逆变器。对于用于并网系统的逆变器,根据有无变压器又可分为变压器型逆变器和无变压器型逆变器。

光伏逆变器工作原理

逆变器是一种由半导体器件组成的电力调整装置,主要用于把直流电力转换成交流电力。一般由升压回路和逆变桥式回路构成。升压回路把太阳电池的直流电压升压到逆变器输出控制所需的直流电压;逆变桥式回路则把升压后的直流电压等价地转换成常用频率的交流电压。逆变器主要由晶体管等开关元件构成,通过有规则地让开关元件重复开-关(ON-OFF),使直流输入变成交流输出。当然,这样单纯地由开和关回路产生的逆变器输出波形并不实用。一般需要采用高频脉宽调制(SPWM),使靠近正弦波两端的电压宽度变狭,正弦波中央的电压宽度变宽,并在半周期内始终让开关元件按一定频率朝一方向动作,这样形成一个脉冲波列(拟正弦波)。然后让脉冲波通过简单的滤波器形成正弦波。

 

 

图 光伏并网发电原理图

元器件的构成:

1、电流传感器

光伏逆变器一般采用霍尔电流传感器来进行电流采样,从小功率到大功率所采用的电流传感器形式不一,列举一些例子如下:

 

500KW逆变器中JCE1005-FS电流传感器外形图

 

图 500KW逆变器中JCE1005-FS电流传感器外形图

100KW:检测电流是300A左右,一般都会采用JCE308-TS7电流传感器

250KW:检测电流是500A左右,一般都会采用JCE508-TS6电流传感器

500KW:检测电流是1000A左右,一般会采用JCE1005-FS电流传感器

1MW:检测电流是2000A左右,一般会采用JCE2005-FS电流传感器

对于电流传感器要求精度高、响应时间快,而且耐低温、高温等环境要求

2、电流互感器

一般采用BRS系列电流互感器,从几百到几千A不等,输出信号一般采用0-5A为标准

3、电抗器

光伏逆变器配置选型

光伏逆变器是太阳能光伏发电系统的主要部件和重要组成部分,为了保证太阳能光伏发电系统的正常运行,对光伏逆变器的正确配置选型显得成为重要。逆变器的配置除了要根据整个光伏发电系统的各项技术指标并参考生产厂家提供的产品样本手册来确定。一般还要重点考虑下列几项技术指标。

 

 

1、额定输出功率

额定输出功率表示光伏逆变器向负载供电的能力。额定输出功率高的光伏逆变器可以带更多的用电负载。选用光伏逆变器时应首先考虑具有足够的额定功率,以满足最大负荷下设备对电功率的要求,以及系统的扩容及一些临时负载的接入。当用电设备以纯电阻性负载为生或功率因数大于0.9时,一般选取光伏逆变器的额定输出功率比用电设备总功率大10%`15%。

2、输出电压的调整性能

输出电压的调整性能表示光伏逆变器输出电压的稳压能力。一般光伏逆变器产品都给出了当直流输入电压在允许波动范围变动时,该光伏逆变器输出电压的波动偏差的百分率,通常称为电压调整率。高性能的光伏逆变器应同时给出当负载由零向100%变化时,该光伏逆变器输出电压的偏差百分率,通常称为负载调整率。性能优良的光伏逆变器的电压调整率应小于等于±3%,负载调整率就小于等于±6%。

3、整机效率

整机效率表示光伏逆变器自身功率损耗的大小。容量较大的光伏逆变器还要给出满负荷工作和低负荷工作下的效率值。一般KW级以下的逆变器的效率应为80%~85%;10KW级的效率应为85%~90%;更大功率的效率必须在90%~95%以上。逆变器效率高低对光伏发电系统提高有效发电量和降低发电成本有重要影响,因此选用光伏逆变器要尽量进行比较,选择整机效率高一些的产品。

4、启动性能

光伏逆变器应保证在额定负载下可靠启动。高性能的光伏逆变器可以做到连续多次满负荷启动而不损坏功率开关器件及其他电路。小型逆变器为了自身安全,有时采用软启动或限流启动措施或电路。

光伏产业从欧洲,澳洲,到现在的中国已经成了热门行业,短短几年内国内光伏逆变器生产厂家如春笋般的诞生,不过如何选择太阳能逆变器这个还是有一定的标准。

首先考虑的是光伏电站的规模,是家庭还是企业,不过在国内组建太阳能光伏电站还是比较少,主要是房屋结构条件等限制,无法安装太阳能电池板,厂房和企业还是很有优势。小型家庭光伏电站主要是针对国外别墅安装。

其次考虑的是效率。效率说直接点就是根发电量直接挂钩,所以现在越来越多的光伏逆变器生产厂家对逆变器的效率作为主要技术优势来研发,欧姆尼克新能源微型逆变器在德国Photon效率测试位居欧洲第一,查看Photon测试对比结果。

最后要考虑是否可靠。光伏并网发电系统是将太阳能电池发出的直流电转化为与电网电压同频同相的交流电,并且实现既向负载供电,又向电网发电的系统。光伏并网发电系统主要由光伏阵列、并网逆变器、控制器和继电保护装置组成。光伏阵列是光伏并网发电系统的主要部件,由其将接收到的太阳光能直接转换为电能。目前工程上应用的光伏阵列一般是由一定数量的晶体硅太阳能电池组件按照系统需要的电压的要求串、并联组成的。

并网逆变器是整个光伏并网发电系统的核心,它将光伏阵列发出的电能逆变成220V/50Hz的正弦波电流并入电网。电压型逆变器主要由电力电子开关器件组成,以脉宽调制的形式向电网提供电能。控制器一般由单片机或DSP芯片作为核心器件,控制光伏阵列的最大功率点的跟踪、控制逆变器并网电流的功率和波形。继电保护装置可以保证光伏并网发电系统和电网的安全性。

光伏并网发电系统按照系统的设计要求不同可以分为两种一种是不可调度式光伏并网发电系统,这种系统不含有储能环节;另一种是可调度式光伏并网发电系统,这种系统含有储能环节。在不可调度式光伏并网发电系统中,并网逆变器将光伏阵列产生的直流电直接转化为和电网电压同频同相的交流电,完全由日照和环境温度等因素来决定并网的时间和并网的功率大小。它的优点是系统可以省去蓄电池而将电网作为自己的储能单元。

当日照强烈时,光伏并网发电系统将发出的多余电能回馈电网,当需要电能时可以由电网输出电能。可调度式光伏并网发电系统增加了储能环节,系统首先对储能环节进行充电,然后根据需要将光伏并网发电系统用作并网或者经逆变后独立使用,系统的工作时间和并网功率的大小可人为设定。当电网发生断电或者其它故障时,逆变器自动切除和电网的电气连接,同时可以根据需要选择是否进行独立逆变,用于对本地负载继续供电。

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