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光伏并网逆变系统简介 石家庄通合电子有限公司 行业背景 随着世界能源紧缺和环境污染问题的日益严重 新能源的发展越来越受到世界各国的关注 太阳能作为一种清洁的绿色能源 在光伏发电系统中具有广阔的发展前景 光伏并网发电是太阳能发电系统应用的发展趋势 并网逆变器是光伏并网必不可少的 光伏发电的优势及前景 无枯竭危险 使用年限以亿年计 绝对无公害 不受资源分布的区域限制 可在用电处就近发电 能源质量高 获取资源花费时间短 据权威机构数据预测 21世纪60年代 全球直接利用太阳能占世界能源的比例在13 15 光伏并网逆变器的拓扑 单级式并网逆变器拓扑 有工频变压器 系统采用逆变器产生电网频率的交流电能 经工频变压器进行隔离和变压 接至电网 这种拓扑效率低 光伏并网逆变器的拓扑 单级式并网逆变器拓扑 无工频变压器 通过多个太阳能电池组件串联达到足够的直流输出电压 通过全桥逆变和滤波后直接接入电网 光伏并网逆变器的拓扑 两级式并网逆变器拓扑目前使用较多的主回路拓扑结构 主回路 包括DC DC变换环节和自换相或电网换相的DC AC逆变环节 多级式并网逆变器拓扑 家庭光伏并网典型方案 小型电厂光伏并网典型方案 光伏并网的一般结构图 直流变换器DC DC 给直流负载供电给蓄电池充电最大功率点跟踪 通过控制直流变换器使光伏电池阵列的工作点保持在最大功率点 逆变器DC AC 通常中大功率时含有工频变压器 小功率的不含变压器 通合公司提供高频两级变换逆变器输出与电网同频同相交流电 电网电压不受控 会有波动 非恒压给交流负载供电 将电能送入电网 最大功率跟踪MPPT 光伏电池的原理 太阳能电池是以光生伏打效应为基础 可以把光能直接转换成电能的一种半导体 所谓光生付打效应是指某种材料在吸收了光能之后产生电动势效应 在气体 液体和固体中均可产生 在固体特别是半导体中光能转换成电能的效率相对较高 最大功率跟踪MPPT 光伏电池特性图 最大功率跟踪MPPT 光伏阵列是由多个太阳能电池组成 在忽略温度效应时 硅太阳电池阵列伏安特性如图 在不同的日照强度下 它与负载特性L的交点如a b c d e等为当前的工作点 然而这些工作点并不正好落在阵列输出功率电压曲线的最高点 也即光伏阵列可能提供的最大功率点 MaxmunPowerPoint MPP 上 如a b c d e 上 这就不能充分利用在当前日照下所能提供的最大功率 最大功率跟踪MPPT 最大功率跟踪MPPT 可见阵列输出特性具有非线性特征 且其输出受太阳辐照度 环境温度和负载情况影响 在太阳辐照度和环境温度下 光伏阵列可以工作在不同的输出电压 但是只有在某一输出电压值时 光伏阵列的输出功率才能达到最大值 这时光伏阵列的工作点才能达到最大功率点 因此 在光伏发电系统中 要提高系统的整体效率 一个重要的途径就是实时调节光伏阵列的工作点 使之始终工作在最大功率点附近 这一过程就称之为最大功率点跟踪 MaxmunPowerPointTranking MPPT 孤岛效应及其危害 所谓孤岛 islanding 效应是指当电网由于电气故障 误操作或自然因素等原因中断供电时 光伏发电系统未能及时检测出停电状态而脱离电网 使太阳能并网发电系统和周围的负载组成的一个电力供公司无法掌握的自己孤岛 这种现象不止太阳能发电系统存在 其他分布式发电系统也会存在这种现象 孤岛效应及其危害 孤岛现象会对整个配电系统设备及用户端设备造成不良影响 主要有以下几种情况 电网无法控制孤岛中的电压和频率 如果电压和频率超出允许的范围 可能会对用户的设备造成损毁 如果负载容量大于逆变电源容量 逆变电源过载运行 易被烧毁 孤岛国际标准 通常情况下 一个装有过欠压 过欠频等采集装置和继电器的逆变器具有对孤岛的基本保护功能 电网一旦由于某种原因失电 逆变器输出功率与负载要求不匹配 负载量端电压和频率值就会逐渐超出继电器的额定范围 此时继电器动作使逆变器与电网和负载脱离 同时逆变器停止工作 但是在源 负载功率平衡的情况下 电压和频率变化很小 这些继电器将失效 导致系统进入 孤岛运行 根据专用标准IEEEStd 929 2000和UL1741 所有的并网逆变器必须具有防孤岛的功能 标准如下 孤岛国际标准 低电压穿越 低电压穿越至并网机组在并网点电压跌落的时候能够保持并网 甚至向电网提供一定的无功功率 支持电网恢复电压直至电网恢复正常 并网机组的并网运行 穿越 了电网的低电压危险期 风能并网与光伏并网对比 与光伏并网一样 风能并网也具有绿色能源的特性 风能实际上是太阳能的另外的一种形式 也具有很强的市场前景 风能并网与光伏并网逆变的模式基本一致 所需用的拓扑结构一致 不同的地方是控制部分有差异 如光伏并网的最大功率跟踪在风能并网