何道清《太阳能光伏发电系统原理与应用技术》第4章光伏系统应用技术.ppt

1,第4章 光伏系统应用技术,2,3.1 光伏逆变器的结构 通常分为独立和并网型两种，它们又可分为方波，阶梯波和正弦波逆变器,3,4,是否使用变压器，分为有变压器型和无变压器型 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，一般含有升压电路和逆变桥电路。升压电路将光伏电池板的不规则输出电压升高到所需的稳定直流电压，为后级逆变电路提供稳定的直流母线电压。,5,6,7,4.1.1基本构成 1.光伏阵列 是发电系统的电源 2.充放电控制器 把光伏阵列输出的电能存入 电池和释放给逆变器，由于 光伏阵列输出的功率是日照 和温度的函数，存在最大功率跟踪问题。 3.逆变器 把直流电转变成交流电 4.储能系统 蓄电池,8,有无蓄电池，把光伏系统分为可调度式和不可调度式 可调度式，通常成本更高，用的不多，个别分布式发电中有,9,10,不可调度式 并网逆变器把光伏阵列产生的直流电转化为和电网电压同频、同相的交流电能， 主电网断开时，自动停止两只电网供电，白天，光伏系统产生超过本地负载所需时，多余的送给电网，当光伏系统产生不能满足本地所需时，电网自动向负载提供补充电能， 当电网故障时，逆变器要停止工作，并且使逆变器、电网和负载断开，防止“孤岛”效应,11,可调度式的优点 1）逆变器由并网逆变器和太阳能控制器组成，不但可以把直流电逆变后向电网输电，还可以向蓄电池充电。 2）有主开关和负载开关，正常时两者闭合，当交流电断开时，断开并网发电的主开关，但本地负载仍保持闭合，使光伏电池和蓄电池提供的直流电还可以通过逆变器向负载供电，对于负载来说，具有UPS的功能，对于一些特定的场所有吸引力 3）系统不仅输送电能，还可以作为电网的有源功率调节器，补偿电网的无功分量以稳定电网电压，同时，可抵消一些有害的高次偕波分量，提高电能质量 4）大功率的并网发电装置可根据需要自行确定并网电流的大小，这有利于电网调峰，,12,缺点 1）蓄电池的寿命短，目前的大多数免维护电池在3-5年左右，而光伏电池在20-30年左右， 2）价格高 3）较为笨重，占用较大空间，还有环境污染的问题 4）不可调度式系统的集成度高，安装和调试也方便，可靠性也高一些。,13,光伏发电系统的结构 -主要分为2种-集中式和组串式,14,15,16,集中式,17,集中式,18,19,20,21,22,23,4.1.2 运行模式,1独立运行模式,3混合型运行模式,2并网运行模式,24,1 独立光伏发电系统 1.无蓄电池的直流光伏发电系统 典型的应用：太阳能光伏水泵以及一些小型的太阳能电 池计算器、玩具、日用品等。,25,2.有蓄电池的直流光伏发电系统 应用广泛：小到太阳能草坪灯、庭院灯，大到远离电网 的移动通信基站、微波中转站，边远地区农村供电等。,26,3.风光互补发电系统 太阳能与风能在时间和地域上都有相当好的资源互补 性，建设投资更合理，发电成本更低，应用前景更好。,27,4.1.3 光伏逆变器的电路结构 1.隔离型 A 工频隔离 工频变压器起电压匹配和隔离作用， 电路和结构简单，可靠性高，抗冲击性好，安全性能优良， 体积和重量大，笨重，效率低，,28,B 高频隔离,（a）高频变压器至于DC/AC变换器中,（b）高频变压器至于DC/DC变换器中,特点：体积小、重量轻、结构复杂，功率等级不高。,29,2 非隔离型 没有变压器，避免能量损耗，提高了效率，结构也简单，重量轻，体积小，成本降低。 通常要将多个光伏阵列串联，具有较高的输出电压，不用变压器，效率高，重量轻，结构简单，成本低，但是电池板和电网没有电气隔离，危险。,30,多级非隔离型， 通过DC/DC把电压转化成较高的电压，再通过DC/AC逆变成符合要求的交流电，不需要很高的输入电压，增加光伏阵列电压范围，实际中这种用的较多。 同样没有隔离，安全性是个问题。,31,4.1.4光伏逆变器的主要技术参数 1.额定输出电压 光伏逆变器在规定的输入直流电压允许的波动范围内， 应能输出额定的电压值，一般在额定输出电压为单相220V 和三相380V时，电压波动偏差有如下规定： （1）在稳定状态运行时，一般要求电压波动偏差不超过 额定值的5%； （2）在负载突变（额定负载050%100%）或有其它 干扰因素影响的动态情况下，其输出电压偏差不超过额定 值的10%；,32,1.额定输出电压 （3）在正常工作条件下，逆变器输出的三相电压不平衡 度不应超过8%； （4）输出的电压波形（正弦波）失真度一般要求不超过 5%； （5）逆变器输出交流电压的频率在正常工作条件下其偏 差应在1%以内，GB/T l9064-2003规定的输出电压频率应在 4951Hz之间。 2.负载功率因数 负载功率因数大小表示逆变器带感性负载的能力，在正 弦波条件下负载功率因数为0.70.9。,33,3.额定输出电流和额定输出容量 额定输出电流是指在规定的负载功率因数范围内逆变器 的额定输出电流，单位为A；额定输出容量是指当输出功率 因数为1（即纯电阻性负载）时，逆变器额定输出电压和额 定输出电流的乘积，单位是kVA或kW（注意：非电阻性负 载时，逆变器的kVA数不等于kW数）。 4.额定输出效率 额定输出效率是指在规定的工作条件下，输出功率与输 入功率之比，通常应在70%以上；逆变器的效率会随着负 载的大小而改变，当负载率低于20%和高于80%时，效率 要低一些；标准规定逆变器输出功率在大于等于额定功率 的75%时，效率应大于等于80%。,34,5.过载能力 过载能力是要求逆变器在特定的输出功率条件下能持续 工作一定的时间，其标准规定如下： （1）输入电压与输出功率为额定值时，逆变器应连续可 靠工作4h以上； （2）输入电压与输出功率为额定值的125%时，逆变器 应连续可靠工作1min以上； （3）输入电压与输出功率为额定值的150%时，逆变器 应连续可靠工作10s以上。,35,6.额定直流输入电压 额定直流输入电压是指光伏发电系统中输入逆变器的直 流电压，小功率逆变器输入电压一般为12V和24V，中、大 功率逆变器输入电压有24V、48V、110V、220V和500 V等。 7.额定直流输入电流 额定直流输入电流是指太阳能光伏发电系统为逆变器提 供的额定直流工作电流。 8.直流电压输入范围 光伏逆变器直流输入电压允许在额定直流输入电压的 90%120%范围内变化，而不影响输出电压的变化。,36,9.使用环境条件 （1）工作温度。逆变器功率器件的工作温度直接影响到 逆变器的输出电压、波形、频率、相位等许多重要特性， 而工作温度又与环境温度、海拔高度、相对湿度以及工作 状态有关。 （2）工作环境。对于高频高压型逆变器，其工作特性和 工作环境、工作状态有关。在高海拔地区，空气稀薄，容 易出现电路极间放电，影响工作；在高湿度地区则容易结 露，造成局部短路。因此逆变器都规定了适用的工作范围。 光伏逆变器的正常使用条件为：环境温度20+50，海 拔5500m，相对湿度93%，且无凝露；当工作环境和工 作温度超出上述范围时，要考虑降低容量使用或重新设计 定制。,37,10.电磁干扰和噪声 逆变器中的开关电路极容易产生电磁干扰，容易在铁芯 变压器上因振动而产生噪声。因而在设计和制造中都必须 控制电磁干扰和噪声指标，使之满足有关标准和用户的要 求。其噪声要求是：当输入电压为额定值时，在设备高度 的1/2、正面距离为3m处用声级计分别测量50%额定负载和 满载时的噪声应小于等于65dB。,38,11.保护功能 （1）欠压保护。当输入电压低于规定的欠压断开(LVD) 值时，逆变器应能自动关机保护。 （2）过电流保护。当工作电流超过额定值的150%时， 逆变器应能自动保护。当电流恢复正常后，设备又能正常 工作。 （3）短路保护。当逆变器输出短路时，应具有短路保护 措施。短路排除后，设备应能正常工作。 （4）极性反接保护。逆变器的正极输入端与负极输入端 反接时，逆变器应能自动保护。待极性正接后，设备应能 正常工作。,39,(5)过电流保护。逆变器的过电流保护，应能保证在负载发生短路或电流超过允许值时及时动作，使其免受浪涌电流的损伤。当工作电流超过额定值的150时，逆变器应能自动保护。当电流恢复正常后，设备又能正常工作。 （6）雷电保护。逆变器应具有雷电保护功能，其防雷器件的技术指标应能保证吸收预期的冲击能量。,40,12.安全性能要求 （l）绝缘电阻。逆变器直流