光伏并网逆变器和分布式发电系统.pdf

光伏并网逆变器和分布式发电系统 北京科诺伟业科技股份有限公司 光伏产品研发部 李雪飞 主要内容 一 并网逆变器原理 二 公司并网逆变器介绍 三 分布式发电系统设备 四 分布式发电系统特点 一 并网逆变器原理 并网逆变器器件组成 逆变原理 直流输入部分常规器件直流输入部分常规器件 直流 塑壳 断路器 隔离开关熔断器组合 直流EMI滤波器 滤波磁环 电流传感器 电压传感器 快速熔断器 浪涌吸收器 支撑电容 高频吸收电容 直流母线部分直流母线部分 IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor 绝缘栅双极性晶体管 主要品牌 infineon semikron 三菱 富士 功率开关器件 功率开关器件 IGBT 部分 部分 各个厂家构成模块的形式各异 但本质相同 差 异的原因在于散热 电磁兼容 整体布局等考虑 的不同 组装后的逆变桥部分 功率模块 组装后的逆变桥部分 功率模块 LC滤波器 L 0 12 0 2mH 1100A C 100 200 F LC滤波部分滤波部分 交流 塑壳 断路器 隔离开关熔断器组 合 接触器 快速熔断器 浪涌吸收器 电流传感器 电压传感器 交流EMI滤波器 交流输出部分交流输出部分 大功率逆变器的控制部分要完成如下几个基本任务 跟踪电池板跟踪电池板 MPPT 最大功率跟踪 充分发挥电池板的发电潜力 跟踪电网跟踪电网 保证输出电流和频率保持和电网同步 逆变逆变 直流电到交流电的转换 转换的同时 调节输出功率的大小 或根据电网需要发出无 功功率 控制与保护 逆变器的功能实现 控制与保护 逆变器的功能实现 大功率逆变器的控制部分 跟踪电池板 跟踪电池板 MPPT 最大功率跟踪 使逆变器始终工作在太阳能电池板阵列的最大输出功率点附近 最大功率追踪 最大功率追踪 MPPT 对电网信号实时追踪 锁相 对电网信号实时追踪 锁相 逆变原理逆变原理 宽度不等的脉冲 脉冲宽度按正弦规律变化 驱动IGBT开关器件形成模 拟正弦波 经过LC滤波器滤除高频部分形成最终纯净正弦波并入电网 二 公司并网逆变器介绍 KNGI900 100 150PTA KNGI900 250HEA KNGI900 500HEC KNGI900 100 150PTA 1 1 适用于分布式适用于分布式 城市屋顶电站城市屋顶电站 2 2 内置隔离变压内置隔离变压 器 器 AC400VAC400V输出 输出 可直接接入三相可直接接入三相 四线制四线制400V400V配电配电 电网 电网 3 MPPT3 MPPT电压范围电压范围 450450 820V820V KNGI900 250HEA 1 1 适用于分布式适用于分布式 城市屋顶电站城市屋顶电站 2 2 通过外置隔离通过外置隔离 变压器实现变压器实现 AC400VAC400V输出 接输出 接 入三相四线制入三相四线制 400V400V配电电网配电电网 3 3 逆变器输出电逆变器输出电 压压AC270VAC270V 可配 可配 置置270 400V270 400V电压 电压 KNGI900 500HEC 1 主要适用于大 型地面电站 农 业大棚等组件朝 向完全一致的光 伏电站 2 逆变器输出AC 电压可选 270 315 一般 为降低MPPT最 低电压 通常选 270V电压输出 3 接入400V电网 需配置隔离变压 器 三 分布式发电系统设备 传统配置 组件 汇流箱 直流配电柜 集中性逆变器 交流配 电柜 电网 组串类解决方案配置 组件 组串逆变器 交流汇流柜 电网 集中性逆变器电站配置 电池组件 汇流箱 交流配电柜 逆变器 变压器 电网 直流配电柜 采用集中性解决方案优点 1 控制集中化 方便调度 管理 控制 特点体现在交流并网 侧控制方便 2 整体转换效率高 技术方案成熟 3 在大型地面电站中性价比高 组串型逆变器电站配置 組串式解决方案优点 1 能很好地解决屋顶电站组件朝向不一致导致的适配问题 2 IP65防护等级适应的安装环境更广泛 不用逆变房 可户外安 装 3 組串式逆变器解决方案减少了系统设备 变压器 电网 交流汇流箱 逆变器 组件 集中式与組串式对比 集中式适合大型地面电站 控制技术 系统解决方案成熟 比较高的系统转化效率使得在大型地面电站发电量较高 組串式适合分布式屋顶及丘陵地区组件不易分配的地区 能 很好地解决组件朝向不一致导致的MPPT损失 比集中式解 决方案发电量偏高 組串式逆变器目前多数厂家还不能很好的解决多机并联导致 的系统谐振 谐波含量偏大问题 多数厂家的可靠性普遍不 高 集中性逆变器由于其散热特性防护等级普遍不高 而组串逆 变器IP65的防护等级可直接安装于户外 降低系统逆变房和 配电室的前期投资 而且减少了灰尘等对逆变器的可靠性和 寿命影响 四 分布式发电系统特点 分布式发电施工问题 分布式发电接入和原有系统的相互影响 分布式发电系统设计前期调研要素 分布式发电施工问题 屋顶的多样性导致组件朝向不一致造成不可避免的发电损失 建筑格局导致的电缆长度不能把控造成电缆线损问题和施工 难度的增加 分布式发电借用原有配电室和建筑造成的散热 防护问题 采用集中式逆变器会增加直流侧的线损及MPPT损失 采用组串式逆变器会增加交流侧线损 分布式发电接入和原有系统的相互影响 1 原有系统的谐波问题 谐波电流会在电网短路阻抗上产生 谐波电压降 影响电压输出波形 用户端电压 电网稳定电压 谐波电压降 这就是分布式发电逆变器侧交流电压偏高问 题 2 电网谐波的主要来源于三个方面 一是发电源质量不高产 生谐波 二是输配电系统产生谐波 三是用电设备产生的谐 波 其中用电设备产生的谐波最多 在用电设备中 由整流 装置产生的谐波占所有谐波的近40 这是最大的谐波源 较高的谐波含量甚至导致逆变器不能运行 强制运行会增加 逆变器的损耗 发热 严重导致烧毁 3 对原有电网变压器容量和继电保护的冲击 分布式发电接入和原有系统的相互影响 常规用电网潮流示意图 分布式发电接入和原有系统的相互影响 DG接入后电网潮流的转变 分布式发电接入和原有系统的相互影响 分布式发电是从配电网侧接入电网 因此发电的潮流与电网 中常规潮流方向是相反的 对电网的影响有以下几点 1 对电压影响 分布式发电接入会抬高接入点电压 2 对继电保护的影响 造成保护误动 据动 3 谐波对电能质量的影响 4 对系统频率的影响 分布式能源的间歇性 不可存储性决 定了它的出力不稳 大容量的DG有功变化容易导致电网频 率失稳 5 单相并网引起的系统不平衡 决定了单相小功率逆变器 适用范围 分布式发电接入和原有系统的相互影响 故障后保护的误动 据动 故障 在此 位置 会导 致C 据动 故障 在此 位置 会导 致B 误动 左图由于DG发电的 电流会流向故障点 短路或接地 从 而导致电网正常潮 流的短路电流减小 因而会导致C据动 因为DG电流注入导 致C检测到的短路电 流很小到不了保护 限值 当故障点发 生在负荷侧时 由 于DG电流会直接流 入故障点 短路电 流很大 会导致B检 测到故障电流导致 误动 本来B回路是 没有故障的 按常 规只断开A即可 分布式发电系统设计前期调研要素 以下信息来自相关文献 1 一般规律为 当DG容量超过馈线容量15 时 问题就会出现 在农村电网会降到5 而在靠近变电站侧会提高到30 电网设计余 量一般在20 左右 2 法国并网细则规定低压侧DG容量不允许超过MV LV变压器视 在功率的40 3 我国电力系统经验计算负荷的30 变动不会影响到频率 电压 可用各种无功设备来调节 4 分布式发电系统设计初期应考察该区域配电网容量和网架结构 包扣变压器容量 裕度 架空铝绞线载流量 埋地电缆载流量 负荷能 力等种种现状 5 微网和分布式发电接入容量受现有电网条件制约 只能凭各种 经验数据和电网现状来设计 毕竟配电网从作为负载端的无源状态发展 为D